帶你深入了解機器人視覺系統(tǒng)工作原理及其應用
- 人類想要實現(xiàn)一系列的基本活動，如生活、工作、學習就必須依靠自身的器官，除腦以外，最重要的就是我們的眼睛了，（工業(yè)）機器人也不例外，要完成正常的生產(chǎn)任務，沒有一套完善的，先進的視覺系統(tǒng)是很難想象的。
它是計算科的一個重要分支，它綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領域。
圖像處理和模式識別等技術(shù)的快速發(fā)展，也大大地推動了機器視覺的發(fā)展。
了解機器人視覺系統(tǒng)
一般來說，機器視覺系統(tǒng)包括了照明系統(tǒng)、鏡頭、攝像系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)。對于每一個應用，我們都需要考慮系統(tǒng)的運行速度和圖像的處理速度、使用彩色還是黑白攝像機、檢測目標的尺寸還是檢測目標有無缺陷、視場需要多大、分辨率需要多高、對比度需要多大等。
從功能上來看，典型的機器視覺系統(tǒng)可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。
1、非接觸測量，對于觀測者與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
2、具有較寬的光譜響應范圍，例如使用人眼看不見的紅外測量，擴展了人眼的視覺范圍。
3、長時間穩(wěn)定工作，人類難以長時間對同一對象進行觀察，而機器視覺則可以長時間地作測量、分析和識別任務。
4、機器視覺系統(tǒng)的應用領域越來越廣泛。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、醫(yī)療、金融甚至體育、娛樂等等行業(yè)都獲得了廣泛的應用，可以說已經(jīng)深入到我們的生活、生產(chǎn)和工作的方方面面。
一、系統(tǒng)構(gòu)成
視覺系統(tǒng)的設計分為軟件設計和硬件設計兩大部分。
（一）視覺系統(tǒng)的硬件設計
視覺系統(tǒng)的硬件主要由鏡頭、攝像機、圖像采集卡、輸入輸出單元、控制裝置構(gòu)成。
一套視覺系統(tǒng)的好壞則分別取決于攝像機像素的高低，硬件質(zhì)量的優(yōu)劣，更重要的是各個部件間的相互配合和合理使用。
視覺系統(tǒng)的軟件設計是一個復雜的課題，不僅要考慮到程序設計的最優(yōu)化，還要考慮到算法的有效性，及其能否實現(xiàn)，在軟件設計的過程中要考慮到可能出現(xiàn)的問題。
視覺系統(tǒng)的軟件設計完成還要對其魯棒性進行檢測和提高，以適應復雜的外部環(huán)境。
二、工作原理
機器人視覺通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉(zhuǎn)換為符號，讓機器人能夠辨識物體，并確定其位置。
具體過程如下：
三、應用領域
工業(yè)機器視覺難點在于精度和速度，要求都在毫米級，且工業(yè)領域工業(yè)機器人抓手的變動是在三維空間內(nèi)。根據(jù)功能不同，機器人視覺可分為視覺檢驗和視覺引導兩種。
主要的應用領域包括：
1） 觸摸屏
隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品交互體驗的要求越來越高，觸摸屏作為新一代的電子產(chǎn)品輸入設備正逐步成為平板電腦、手機、電子書、GPS、游戲機等設備的新寵。
觸摸屏生產(chǎn)工藝復雜，從上游的ITO玻璃鍍膜、光刻、IC組件加工，到中游的觸摸屏模組貼合、絲網(wǎng)印刷、切割，再到下游的觸摸屏模組貼合、蓋板玻璃檢測，都對工藝提出更高的要求，使機器視覺技術(shù)成為相關(guān)環(huán)節(jié)生產(chǎn)和質(zhì)量檢測的必要技術(shù)。
2）FPD
FPD（Flat Panel Display）行業(yè)包括LCD、LED、OLED等多種顯示設備，各種技術(shù)工藝流程都非常復雜，其中LCD是當前最主要的顯示技術(shù)。
FPD行業(yè)對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)有極高的要求，機器視覺技術(shù)作為非接觸、高精度、高速度的生產(chǎn)，檢測能力成為不可或缺的技術(shù)手段。
從前端的ITO玻璃檢測、背光模組檢測，到Cell貼合、LCD模組的COG設備、對位貼合、切割機、飛針檢測設備等，機器視覺技術(shù)的應用提高了設備廠商的核心競爭力。
3）激光加工
技工加工是一種應用廣泛的工業(yè)加工技術(shù)，利用對激光器的運動控制，實現(xiàn)高精度的打標、切割、雕刻、焊接等功能，隨著激光加工的工藝升級，傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)不能滿足工業(yè)加工對高精度高速度的要求。
這使機器視覺技術(shù)與激光技術(shù)開始融合，同時視覺的定位和引導實現(xiàn)高精度加工，降低了對高成本精密卡具的需求，提升設備精度，降低加工成本。
4）太陽能
太陽能作為最有價值的未來綠色能源之一，是國家重點發(fā)展的行業(yè)領域。
短期相對的產(chǎn)能過剩對太陽能電池生產(chǎn)設備提出更高的要求，從硅錠、硅片純度、到加工鍍膜過程的質(zhì)量控制，都會銀杏最后太陽能電池片的光電裝換效率，高質(zhì)量的產(chǎn)線能夠減低廢品率，從而降低生產(chǎn)能耗與太陽能電池片產(chǎn)出比，使太陽能成為真正的清潔能源。
在太陽能電池片生產(chǎn)過程中，通過機器視覺定位、測量、檢測等技術(shù)可大大提高成品率，降低生產(chǎn)成本。
5）半導體
半導體技術(shù)是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的根基，也是機器視覺技術(shù)最早的發(fā)源地。
上世紀90年代，歐美半導體企業(yè)在半導體行業(yè)中應用圖像技術(shù)，使其后來逐步發(fā)展成為今天的機器視覺技術(shù)，并成為半導體工業(yè)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。
同時半導體產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大，行業(yè)摩爾效應為行業(yè)工藝不斷提出挑戰(zhàn)，也對其生產(chǎn)設備中的機器視覺的要求不斷提高。
6）PCB
印制電路板PCB（Printed Circuit Board）板是電子信息產(chǎn)品主要的產(chǎn)品載體，在PCB行業(yè)發(fā)展相對成熟的今天，行業(yè)競爭激烈，對高性能設備的綜合制造能力的要求越來越高。
隨著多層板、撓性板、剛撓板等PCB制造技術(shù)的發(fā)展，對PCB生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。
在PCB板制造過程中機器視覺技術(shù)得到廣泛應用，在菲林AOI、PCB AOI、PCB AVI、內(nèi)層板AXI、PCB絲網(wǎng)印刷、自動曝光機、SPI、打孔機等設備中，機器視覺定位、檢測等視覺技術(shù)可實現(xiàn)快速、精準的質(zhì)量檢測和過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，是設備性能提升的可靠保障。
7）SMT
表面貼裝技術(shù)SMT（Surface Mount Technology）行業(yè)是繼PCB后又一重點電子信息產(chǎn)業(yè)，也是中國機器視覺設備商的發(fā)源地，電子元器件小型化、器件貼裝高密度化、器件管腳陣列復雜化和多樣化都給現(xiàn)代SMT設備提出更高的要求。
通過運用機器視覺視覺定位、測量、檢測檢測技術(shù)，提升SMT設備生產(chǎn)效率、提高貼裝精度、提升連續(xù)貼裝工作穩(wěn)定性。助力SMT行業(yè)的設備升級和技術(shù)提高。
8）機器人與工廠自動化
工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器人，在工業(yè)生產(chǎn)中替代人工執(zhí)行單調(diào)、頻繁、長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，如沖壓、壓力鍛造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序，是現(xiàn)代工廠的自動化水平的重要標志。機器人與視覺技術(shù)結(jié)合，能完成更精準的組裝、焊接、處理、搬運等工作。
9）制藥
藥品的生產(chǎn)和加工過程是非常嚴格的管理過程，任何微小的差錯都有可能造成嚴重的后果。通過機器視覺手段實現(xiàn)對藥品生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制和管理控制，提升藥品質(zhì)量和包裝質(zhì)量，保障患者的生命安全。
10）物流
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)流程管理是現(xiàn)代化生產(chǎn)效率和先進性的體現(xiàn)，通過對條碼和字符的識別和跟蹤，能夠形成原材料器件、產(chǎn)成品、包裝箱、產(chǎn)品垛之間的一一對應，使現(xiàn)代生產(chǎn)具備可管理、可追溯型。
對于工業(yè)品的生產(chǎn)工業(yè)管理和器件追溯，對于食品飲料防止串貨和安全追溯，汽車行業(yè)的零部件追溯有著非常重要的應用意義。
11）汽車
汽車行業(yè)作為一個自動化程度比較高的高科技行業(yè)，很多先進的自動化技術(shù)已經(jīng)成功的運用到該行業(yè)各個生產(chǎn)流程中。
在汽車制造的許多環(huán)節(jié)已經(jīng)做到了無人化操作，這樣就要求有一種可靠的檢測技術(shù)去驗證每一次裝配的正確性及裝配部件的合格性。
機器視覺技術(shù)以其獨特的技術(shù)優(yōu)勢成為自動檢測系統(tǒng)的首選。機器視覺已經(jīng)被廣泛的應用于汽車生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)，例如汽車零部件的尺寸及外觀質(zhì)量檢測，自動裝配正確性的檢測。
以前傳統(tǒng)的檢測方式耗費大量人力，而且容易受到工人主觀情緒及自身技術(shù)水平的影響，不能保證很高的檢驗合格率。許多汽車制造廠家開始嘗試使用機器視覺檢測來替代傳統(tǒng)的檢測方式，并取得了良好的效果。
12）OCR
光學字符識別OCR（Optical Character Recognition）在很多行業(yè)中，比如印刷包裝、物流行業(yè)，大量涉及印刷質(zhì)量檢查、包裝質(zhì)量檢查以及產(chǎn)品包裝上的條碼檢查和字符識別等環(huán)節(jié)。
這些應用的共同特點是，連續(xù)大批量生產(chǎn)、對外觀質(zhì)量的要求高，具有高度重復性和智能性。利用機器視覺的精度、速度以及工業(yè)環(huán)境下的可靠性，來進行字符識別、條碼識別實現(xiàn)生產(chǎn)過程中自動高效的測量、檢查和辨識。
傳統(tǒng)制造業(yè)面臨新的顛覆，轉(zhuǎn)型升級將給中國自動化行業(yè)帶來巨大的市場機遇。而機器視覺作為自動化界高智能化產(chǎn)品，未來具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
中國的電子制造和代工廠商過去幾年正在采購大量自動化設備取代人工，以應對中國愈演愈烈的缺工現(xiàn)象，未來幾年這一現(xiàn)象將達到高潮。自動化換裝高潮將在未來2-3年內(nèi)到來，必將為機器視覺產(chǎn)品在該行業(yè)的應用帶來新的增長點。
