工業(yè)4.0離不開(kāi)智能制造，智能制造離不開(kāi)機(jī)器視覺(jué)。機(jī)器視覺(jué)是近年來(lái)發(fā)展迅速的一項(xiàng)新技術(shù)，利用光機(jī)電一體化的手段使機(jī)器具有視覺(jué)的功能。機(jī)器視覺(jué)為工業(yè)自動(dòng)化打開(kāi)了“新窗口”。智能制造時(shí)代，機(jī)器視覺(jué)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

機(jī)器視覺(jué)讓機(jī)器看懂世界題

顧名思義，機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：

①引導(dǎo)和定位：上下料使用機(jī)器視覺(jué)來(lái)定位，引導(dǎo)機(jī)械手臂準(zhǔn)確抓取。

②外觀檢測(cè)：檢測(cè)生產(chǎn)線上產(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)。

③高精度檢測(cè)：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)器完成。

④識(shí)別：數(shù)據(jù)的追溯和采集，在汽車零部件、食品、藥品等應(yīng)用較多。

以檢測(cè)應(yīng)用為例，簡(jiǎn)單介紹機(jī)器視覺(jué)的工作原理。用工業(yè)相機(jī)采集被檢測(cè)器件的圖像，這是機(jī)器視覺(jué)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，為了檢測(cè)出所有需要的特征，需要不斷地調(diào)整光源和相機(jī)的參數(shù)，然后利用專業(yè)的圖像處理軟件將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算，抽取目標(biāo)的待檢測(cè)特征，如顏色、器件表面是否有劃痕、規(guī)格大小是否合格、表面涂料是否均勻等等，然后輸出結(jié)果，反饋到機(jī)械端對(duì)器件進(jìn)行分檢，將不合格器件挑選出來(lái)，即圖像獲取、信息處理和完成分揀三個(gè)過(guò)程。如圖所示：

（機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的工作原理）

智能制造時(shí)代，機(jī)器視覺(jué)發(fā)展?jié)摿薮?/p>

全球機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)業(yè)主要分布于北美、歐洲以及日本地區(qū)，其中北美占比達(dá)62%，歐洲占比為15%，日本則為10%。

中國(guó)機(jī)器視覺(jué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展速度迅速，自2009年以來(lái)進(jìn)入高速發(fā)展期，年增速達(dá)到15-20%左右。目前，中國(guó)已成為繼美國(guó)和日本之后的全球第三大機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。2015年其市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到22億元，全球占比8.3%，增速為22.2%，遠(yuǎn)高于全球平均水平。2016-2020年，中國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)增速預(yù)計(jì)將保持在20%以上，將達(dá)到十億美金級(jí)的市場(chǎng)空間。

我國(guó)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)目前仍主要應(yīng)用在半導(dǎo)體及電子制造領(lǐng)域，2015年占比高達(dá)46.4%，其中較為突出的是在SMT貼片、AOI/AXI設(shè)備以及連接器檢測(cè)上。汽車和制藥在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用下游中同樣占比可觀，2015年分別達(dá)到了10.9%、9.7%。（數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)報(bào)告網(wǎng)）

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線自動(dòng)化程度。尤其是在一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作或人眼難以滿足要求的場(chǎng)合；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)，機(jī)器視覺(jué)未來(lái)市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)一步打開(kāi)。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)工業(yè)大應(yīng)用

當(dāng)前國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于電子及半導(dǎo)體制造、汽車制造、工業(yè)檢測(cè)、藥品檢測(cè)分裝、食品包裝、印刷檢測(cè)、鐵路及公路檢測(cè)、公共安全、金融、生物醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)、軍事、化工及科研等領(lǐng)域。而工業(yè)領(lǐng)域毋庸置疑是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用比重最大的領(lǐng)域，其重要原因是中國(guó)已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心，高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進(jìn)生產(chǎn)線改造，使機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用達(dá)到**。

基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人定位技術(shù)

機(jī)器人的智能化程度影響著整個(gè)工業(yè)演化的進(jìn)程，傳統(tǒng)的機(jī)器人大多是通過(guò)示教再現(xiàn)或者預(yù)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種操作，極大地限制了機(jī)器人的應(yīng)用。具有力覺(jué)、機(jī)器視覺(jué)及多種傳感器的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，是柔性自動(dòng)化制造技術(shù)中的典范，利用機(jī)器人的視覺(jué)控制，不需要預(yù)先對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行示教或離線編程，可節(jié)約大量的編程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

（基于機(jī)器視覺(jué)的工業(yè)機(jī)器人定位技術(shù)流程）

讓機(jī)器人像人一樣，有自我意識(shí)：走到什么地方，去抓取什么工件，用多大力度去抓，把工件放置在什么位置進(jìn)行裝配，不是由人類設(shè)定程序控制，而是機(jī)器人自己做。這個(gè)“自我控制”的過(guò)程實(shí)際上就是通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)讓工業(yè)機(jī)器人有了智力。

工業(yè)在線檢測(cè)系統(tǒng)

機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)在線檢測(cè)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域十分活躍，如：印刷電路板的視覺(jué)檢查、鋼板表面的自動(dòng)探傷、大型工件平行度和垂直度測(cè)量、容器容積或雜質(zhì)檢測(cè)、機(jī)械零件的自動(dòng)識(shí)別分類和幾何尺寸測(cè)量等。

如英國(guó)ROVER（英孚）汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測(cè)，是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)用于工業(yè)檢測(cè)中的一個(gè)較為典型的例子，該系統(tǒng)由62個(gè)測(cè)量單元組成，每個(gè)測(cè)量單元包括一臺(tái)激光器和一個(gè)CCD攝像機(jī)，用以檢測(cè)車身外殼上288個(gè)測(cè)量點(diǎn)。檢測(cè)系統(tǒng)以每40秒檢測(cè)一個(gè)車身的速度，檢測(cè)三種類型的車身。系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果與CAD模型中的尺寸相比較，測(cè)量精度為±0.1mm。

（汽車車身在線檢測(cè)）

再如，金屬板表面自動(dòng)探傷系統(tǒng)利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)金屬表面缺陷進(jìn)行自動(dòng)檢查，在生產(chǎn)過(guò)程中高速、準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)由于采用非接觸式測(cè)量，避免了產(chǎn)生新劃傷的可能。

圖像識(shí)別完成數(shù)據(jù)的追溯和采集

電子標(biāo)簽是近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它采用機(jī)器視覺(jué)的識(shí)別技術(shù)，將涉及產(chǎn)品的各種質(zhì)量信息寫(xiě)入或讀出。如在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體生產(chǎn)線上，主軸承蓋在缸體上的裝配是一個(gè)典型示例。

5個(gè)主軸承蓋的前端部呈不同的臺(tái)階狀，各不相同。通過(guò)每個(gè)零件上的數(shù)字標(biāo)識(shí)，按規(guī)定順序和方向安裝。在生產(chǎn)線的擰緊裝配工位和翻轉(zhuǎn)工位之間設(shè)置一檢測(cè)工位，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別，判斷裝配結(jié)果的正確性。若全部正確，則缸體繼續(xù)流向下一工位，否則報(bào)警并給PLC發(fā)出指令，使生產(chǎn)線停機(jī)，將有問(wèn)題的缸體下線返修。為了適應(yīng)1件/分鐘的裝配節(jié)拍，采用在缸體移動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)，2個(gè)光電視覺(jué)傳感器分別前后布置在生產(chǎn)線的上方和一側(cè)。前一個(gè)為零件定位傳感器，用以自動(dòng)準(zhǔn)確地觸發(fā)采樣，后一個(gè)用于動(dòng)態(tài)識(shí)別5個(gè)主軸承蓋的表面幾何形狀。根據(jù)預(yù)先置入的各主軸承蓋特征參數(shù)和采集到的傳感器輸出信號(hào)，可確定是否裝錯(cuò)并指示具體出錯(cuò)位置。（案例來(lái)源：大眾動(dòng)力總成朱正德）

機(jī)器視覺(jué)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的國(guó)際機(jī)器視覺(jué)品牌已超100多家，中國(guó)自己的機(jī)器視覺(jué)企業(yè)也超過(guò)102家，機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品代理商超過(guò)200家，專業(yè)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)集成商超過(guò)50家。

（國(guó)外知名的機(jī)器視覺(jué)廠商）