機(jī)器視覺(jué)技術(shù)如今已成功的應(yīng)用到了工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中，并已成為一項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，這是否意味著該技術(shù)已經(jīng)迎來(lái)黃金發(fā)展時(shí)期？

　　近期，我參加了ABB公司在武漢國(guó)際博覽中心舉辦的年度最大活動(dòng)-第八屆自動(dòng)化世界展，近距離了解了ABB公司的工業(yè)機(jī)器人解決方案、智能家居以及智能建筑能源管理平臺(tái)等產(chǎn)品和技術(shù)；對(duì)ABB所提出的主題“物聯(lián)網(wǎng)+”有了比較深刻直觀的認(rèn)識(shí)。“物聯(lián)網(wǎng)+”即“物、服務(wù)與人的互聯(lián)”，這也代表了未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展方向，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把設(shè)備、服務(wù)與人以及制造流程緊密的聯(lián)系起來(lái)，提升客戶(hù)的體驗(yàn)，提高生產(chǎn)效率，為客戶(hù)提供多樣化的定制服務(wù)與產(chǎn)品。

　　整個(gè)展會(huì)ABB的產(chǎn)品、技術(shù)、解決方案與服務(wù)的布局展示場(chǎng)景都是圍繞著這一主題展開(kāi)。在展會(huì)中，ABB公司基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人給人留下了極為深刻的印象，讓人產(chǎn)生了在未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)新時(shí)代中人與機(jī)器協(xié)同工作場(chǎng)景的遐想。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)如今已成功的應(yīng)用到了工業(yè)機(jī)器人當(dāng)中，并已成為一項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)，這是否意味著該技術(shù)已經(jīng)迎來(lái)黃金發(fā)展時(shí)期？

　　ABB YuMi：擁有機(jī)器視覺(jué)的靈活機(jī)器人

　　在展會(huì)中，我重點(diǎn)關(guān)注了ABB在機(jī)器人自動(dòng)化方面的一些展區(qū)，ABB公司通過(guò)20個(gè)機(jī)器人工作站全面展示了ABB工業(yè)機(jī)器人在物料搬運(yùn)、碼垛、組裝、激光雕刻、打磨、焊接、貼標(biāo)、分揀等眾多環(huán)節(jié)的應(yīng)用，無(wú)所不能的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)令大家耳目一新。

　　其中，最吸引觀眾眼球的就屬ABB YuMi機(jī)器人，它是ABB工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品線中具有高度靈活性的自動(dòng)化產(chǎn)品，是全球首款能實(shí)現(xiàn)人機(jī)安全協(xié)作的機(jī)器人。在現(xiàn)場(chǎng)，ABB設(shè)置了自動(dòng)復(fù)原魔方，折紙飛機(jī)和用筆寫(xiě)字3個(gè)有趣的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)展示YuMi機(jī)器人的靈活性。

圖1 ABB YuMi機(jī)器人趣味應(yīng)用場(chǎng)景展示

　　現(xiàn)場(chǎng)還展示了Yumi機(jī)器人在工業(yè)方面應(yīng)用，在以視覺(jué)引導(dǎo)裝配為主題的機(jī)器人工作站上，YuMi機(jī)器人由影像系統(tǒng)引導(dǎo)，自由抓取零件盒中擺放雜亂的零件，然后再通過(guò)基于機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行零件定位最終完成電子元件連接器的裝配工作，從而解決了小型零件自動(dòng)化裝配的生產(chǎn)需求，尤其是消費(fèi)電子行業(yè)對(duì)柔性生產(chǎn)和靈活制造的需求。通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，YuMi機(jī)器人擁有了“視覺(jué)”，可以雙手完成組裝工作，并能夠與人進(jìn)行協(xié)同工作，真正意義上實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同作業(yè)。

圖2 Yumi機(jī)器人視覺(jué)引導(dǎo)裝配工作展臺(tái)

機(jī)器視覺(jué)到底是什么？

　　在YuMi機(jī)器人上，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)起到了十分關(guān)鍵的作用，代替人眼完成了定位和判斷的工作。不過(guò)機(jī)器視覺(jué)除了應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上以提高其靈活性和協(xié)同能力以外，還能夠應(yīng)用在其他生產(chǎn)制造過(guò)程中，提高生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化程度。例如，在一些不適于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或者人工視覺(jué)難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合，可以用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)。同時(shí)，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度，避免人為漏失。

　　歸納起來(lái)，機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)上的應(yīng)用主要集中在定位、檢測(cè)、識(shí)別、測(cè)量這幾大方面。

　　定位：主要體現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人方面的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人在完成裝配、分類(lèi)或搬運(yùn)作業(yè)時(shí)，需要視覺(jué)反饋給機(jī)器人空間坐標(biāo)以提供零件的精確固定的位置和方向，保證機(jī)器人準(zhǔn)確的抓取零件。

　　檢測(cè)：主要應(yīng)用在檢測(cè)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的產(chǎn)品有無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，該環(huán)節(jié)也是取代人工最多的環(huán)節(jié)。同時(shí)還有印刷品質(zhì)量的檢測(cè)，產(chǎn)品組裝過(guò)程中有/無(wú)漏裝、殘次品檢測(cè)等應(yīng)用環(huán)節(jié)。目前，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)在電子行業(yè)的應(yīng)用較為廣泛，尤其是SMT、波峰焊、插件等環(huán)節(jié)，這些都是直接影響產(chǎn)品電氣部分質(zhì)量好壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，處理不當(dāng)很容易引起后期產(chǎn)品的電氣質(zhì)量問(wèn)題，直接導(dǎo)致產(chǎn)品無(wú)法使用，對(duì)客戶(hù)影響非常重大，所以也是管控的核心。

　　識(shí)別：主要有顏色方面的識(shí)別，讀碼、無(wú)人駕駛汽車(chē)、紋理的識(shí)別等方面的應(yīng)用。

　　測(cè)量：主要是制造產(chǎn)品中長(zhǎng)度、角度的測(cè)量。另外，有些產(chǎn)品的精密度較高，達(dá)到0.01~0.02m甚至到u級(jí)，人眼無(wú)法檢測(cè)必須使用機(jī)器視覺(jué)完成。

　　機(jī)器視覺(jué)的構(gòu)成

　　一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。

圖3 傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程

　　機(jī)器視覺(jué)的工作原理

　　機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理是利用圖像攝取裝置將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。

圖4 機(jī)器視覺(jué)的典型應(yīng)用場(chǎng)景原理圖

上圖就一個(gè)典型的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景，從圖中我們也可以了解到一個(gè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的工作流程，從產(chǎn)品到達(dá)檢測(cè)位置，光電或傳感器感應(yīng)到產(chǎn)品時(shí)，觸發(fā)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行工作，通過(guò)光源（或多個(gè)組合光）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行照明并獲取產(chǎn)品的圖像信息并完成圖像的數(shù)字化處理過(guò)程，視覺(jué)軟件快速識(shí)別數(shù)字化圖像并判斷產(chǎn)品是否合格，判斷完成后再進(jìn)行離散輸出，剔除掉不良品，并在操作界面顯示出不良品畫(huà)面和統(tǒng)計(jì)信息，完成產(chǎn)品的檢驗(yàn)過(guò)程，整個(gè)過(guò)程完全不需要人員干涉，使產(chǎn)線減少了工作人員的同時(shí)還能夠高效的管控產(chǎn)品質(zhì)量。

　　智能制造呼喚機(jī)器視覺(jué)廣泛應(yīng)用

　　如今中國(guó)制造業(yè)正在面臨前所未有的壓力，就在前不久，蘋(píng)果CEO蒂姆庫(kù)克到訪印度，并對(duì)外宣稱(chēng)考慮“將iPhone生產(chǎn)遷往印度”。無(wú)獨(dú)有偶，富士康郭臺(tái)銘也表示，將在2020年，在印度國(guó)內(nèi)興建10家至12家生產(chǎn)工廠，并創(chuàng)造至少100萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。中國(guó)勞動(dòng)力成本與租金飆漲，使中國(guó)制造業(yè)承受著不小的壓力，尤其是那些自主研發(fā)能力不強(qiáng)但卻能解決大量就業(yè)問(wèn)題的代工企業(yè)。

　　據(jù)悉，我國(guó)勞動(dòng)者的平均時(shí)薪已從10年前的4.35美元飆漲至12.47美元，十年間猛增近3倍，在此壓力下，中國(guó)制造向低成本、高效率的智能制造轉(zhuǎn)型成為發(fā)展大勢(shì)。與此同時(shí)，我國(guó)制造業(yè)大而不強(qiáng)，質(zhì)量粗糙的問(wèn)題也需要得到改善。

　　正因如此，2015年我國(guó)發(fā)布了實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)《中國(guó)制造2025》，其中“智能制造”被定位為中國(guó)制造的主攻方向，并被視為中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變的“主力軍”，也成為中國(guó)制造業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型的核心目標(biāo)。

　　從智能制造的角度來(lái)看，機(jī)器視覺(jué)具有非常重要的作用，尤其是在智能產(chǎn)線和智能設(shè)備中，機(jī)器視覺(jué)可以使產(chǎn)品在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量更加穩(wěn)定、更加高效。由于有了視覺(jué)，智能設(shè)備生產(chǎn)的柔性化程度、效率也將會(huì)得到極大的提升。

　　首先，在打造智能產(chǎn)線的過(guò)程中，必須要使質(zhì)量控制能夠保持高速度、高精度、高分辨力、穩(wěn)定性好、適應(yīng)能力強(qiáng)以及可以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)不間斷運(yùn)作，人工檢驗(yàn)很顯然已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這方面的生產(chǎn)需求，而如果有機(jī)器視覺(jué)助力，就恰恰解決了這一問(wèn)題。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不僅可以滿(mǎn)足自動(dòng)化生產(chǎn)的各種需求，而且本身最大的特點(diǎn)在于非接觸性測(cè)量和檢驗(yàn)，對(duì)于機(jī)器本身以及產(chǎn)品都起到了一定的保障作用。

　　并且我認(rèn)為，機(jī)器視覺(jué)最大的價(jià)值不僅僅在查漏等基本的檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，更重要的是能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)的檢測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)如尺寸、角度、精度等關(guān)鍵參數(shù)，并通過(guò)聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)收集并加以分析和處理，從而實(shí)時(shí)感知、分析、決斷出產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。

　　另外，機(jī)器視覺(jué)還可以高速的識(shí)別產(chǎn)品上的特征、條形碼等各種記錄產(chǎn)品身份信息的內(nèi)容，使生產(chǎn)過(guò)程變得可控，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程具有可追溯性，這都是打造智能產(chǎn)線所必不可少的要求。

　　最后，機(jī)器視覺(jué)就是在智能設(shè)備中的應(yīng)用，如前面提到ABB YuMi機(jī)器人就是很典型的代表，具備了機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人可以靈活自如的處理一些復(fù)雜的加工裝配過(guò)程，并且能夠做到人機(jī)協(xié)同工作，這也是未來(lái)制造的趨勢(shì)。

　　總結(jié)

　　當(dāng)前全球正在興起以德國(guó)提出的工業(yè)4.0為首的新一輪工業(yè)革命，制造業(yè)正向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化上進(jìn)行探索和轉(zhuǎn)變，商業(yè)模式也從過(guò)去以企業(yè)為中心轉(zhuǎn)向以用戶(hù)為中心。本文只是列舉出了一部分機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在制造業(yè)中的典型應(yīng)用，相信機(jī)器視覺(jué)技術(shù)還有很多有待我們發(fā)掘的應(yīng)用場(chǎng)景和需要深入研究的地方，隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和更加廣泛的應(yīng)用，必將能夠使制造業(yè)朝著更智能、更快速和具有視覺(jué)感知的方向發(fā)展，創(chuàng)造出理想中的人機(jī)協(xié)同的工作環(huán)境，并通過(guò)柔性化生產(chǎn)滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化定制需求，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)已然成為企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型重要應(yīng)用之一。