【機器視覺】FANUC機器人視覺功能詳解；智慧工廠對機器視覺有啥需求？

3D視覺應用 發那科

iRVision 2.5D 視覺堆垛

視覺堆垛程式通過相機視野內目標比例的變化來估算目標的高度並引導機器人的運動補償目標的偏移，不但包括X軸，Y軸和X-Y平面旋轉度R，也同時包括Z軸。

使用iRVision 2.5D允許機器人只借助一個普通2D相機來拾取碼放堆集的目標。

iRVision 視覺堆垛程式_1 

（從暫存器R提取Z軸偏移）

  

此功能通過視覺計算尋找目標的2D位置和指定的暫存器數值，並引導機器人的運動補償目標的偏移，不但包括X軸，Y軸和X-Y平面旋轉度R，也同時包括Z軸。

暫存器R被用作儲存已知的目標Z軸高度，或者通過距離感測器檢測出的Z軸高度資訊。

iRVision 視覺堆垛程式_2 

（從堆垛層數提取Z軸偏移）

此功能通過視覺結合視覺檢測結果和根據目標比例確定的目標層數（目標高度）計算目標的位置。目標層數依照參考比例和高度資料自動確定，因而，即使在視覺檢測中存在細微的比例誤差，也可以通過一個離散的層數（目標高度）來計算目標的具體位置。

iRVision 2DV 複數視野功能

2D複數視野程式提供通過若干固裝式照相機定位大型目標的能力，對通過Robot-Mounted式照相機進行檢測同樣有效。

iRVision 3DL 複數視野功能

3D複數視野程式提供通過若干固裝式3D照相機定位大型目標的能力，對通過Robot-Mounted式照相機進行檢測同樣有效。

iRVision 浮動座標系功能

（Floating Frame）

Robot-mounted 式照相機的標定可以用於如下圖所示任意位置和方向下的iRVision程式。2D狀態下的移動補償與照相機實際位置相關聯。照相機的標定可以在任意位置下進行。減少示教工作量。

iRVision 3DL LED 光源控制

此功能支援在3DL視覺程式中，在捕獲2D圖象和鐳射照射圖象時，同步控制LED光源的ON/OFF。通過此功能，可以獲得適當的外部光線環境，提升整個視覺系統的能力。

iRVision 自動曝光功能

根據周圍環境光線強度的變化，iRVision將自動調節曝光時間，以取得和示教良好圖象類似的成像效果，全天候執行可能。

iRVision 多重曝光功能

通過多個不同曝光時間的成像，選擇一個接近示教效果的成像，以取得一個具有寬泛的、動態的曝光範圍和成像效果。此功能在環境光線變化強烈時會有較好的效果。

iRVision 環形網路功能

（Robot Ring）

通過此功能，未附有 iRVision 視覺系統的機器人可以通過網路呼叫附有 iRVision 視覺系統的機器人的偏移檢測資料。

iRVision 斑點檢測功能

（Blob Locator Tool）

在成像範圍內檢測與示教模型具有相似特性（如周長、曲率等）的二元（黑白）目標位置。與條件檢測（Conditional execution tool）同時使用，可以應用於目標排列和品質檢測等多種場合。

iRVision 灰度檢測功能

（Histogram Tool）

在指定區域內檢測光線強度（成像灰度），且計算多種特性例如平均數、最大值、最小值等。與條件檢測（Conditional execution tool）同時使用，可以對應目標排列和目標在位檢測等多種場合。

此功能等同 V-500iA/2DV 中 Associate tool。

iRVision 多視窗檢測功能

（Multi-Window Tool

通過機器人控制器內暫存器R的數值變化切換對應的預設搜尋視窗。

iRVision 多目標檢測功能

（Multi-Locator Tool）

通過機器人控制器內暫存器R的數值變化切換對應的預設目標視覺程式。

iRVision 長度計測功能

（Caliper Tool）

對應指定區域，偵測目標邊緣並測量兩條邊緣間長度（單位：畫素pixel），乘以轉換因子可以換算為mm。可以對應目標排列及品質檢測等應用場合。

iRVision 截面檢測功能

（Cross Section）

偵測目標的區域性3D特性，顯示沿鐳射衍條照射路徑上的目標截面形狀。對在3D視覺程式中因2D成像缺乏有效的特徵量而無法進行準確定位時會比較有效。

iRVision 子檢測功能

（Child Tool）

允許在一個父目標檢測（GPM locator tool）下新增一個子目標檢測（GPM locator tool）構成二級檢測目錄。子檢測將根據父檢測的結果進行動態的判定。與條件檢測（Conditional execution tool）同時使用，可以對應目標排列和目標在位檢測等多種場合。

iRVision 定位調整功能

（Position Adjust Tool）

依據子檢測的結果，對應目標表面明顯特徵（如孔，鍵槽）調整父檢測的定位位置，獲得更精確的偏移和旋轉資料。對不能以整個示教模型進行方向性定位的應用較有效。對一個上級檢測，可以使用多個下級子檢測來分析目標的多種區域性特性。

iRVision 曲面匹配功能

（Curved Surface Matching Tool）

通過目標表面階梯狀的光線強度分佈（亮或暗，模型內顯示為不同顏色）來檢測曲面目標的偏移與旋轉。識別全圓形物體可能。

iRVision 計測輸出功能

（Measurement Output Tool）

輸出測量數值（Locator tool中的”Score/分值“、”Size/比例“，Caliper tool中的”Length/長度“等）至視覺暫存器VR。這些資料可以複製至機器人資料暫存器R並在TP程式中自由呼叫。

iRVision 視覺替換功能

（ Vision Shift）

通過視覺程式調整機器人TP程式以對應實際的工件位置，只需在機器人手爪端新增一臺相機即可執行此功能。固定工件上的3處任意的參考點的位置資料將被自動檢測並計算出補償資料。在離線程式設計或機器人系統搬遷後，使用此功能可極大減少機器人重新示教的時間。

iRVision 視覺零位功能

（ Vision Mastering）

通過視覺程式補償機器人J2~J5軸的零位資料，只需在機器人手爪端新增一臺相機即可執行此功能。機器人變換不同的姿態，相機與確定目標點間的相對位置資料將被自動檢測並計算補償資料。此功能可應用於提升機器人TCP示教準確性，Vision shift 離線程式設計和其他視覺應用。

iRVision 視覺座標系設定功能_1

（ Vision Frame Set）

通過視覺程式設定機器人TCP，只需在機器人手爪端TCP對應位置新增一臺相機即可執行此功能。機器人變換不同的姿態，基於對應使用者座標系下相機與目標點間的相對位置資料將被自動檢測並計算機器人對應TCP。此功能可提升TCP示教的速度和精確性。

iRVision 視覺座標系設定功能_2

（ Vision Frame Set）

座標系設定的另一種功能：通過視覺設定一個與視覺標定板對等的使用者座標系。通過裝置在機器人手爪末端的相機，使用者座標系UF設定在視覺標定板的原點位置（四點法），或當視覺標定板裝置在機器人手爪末端，則工具座標系UT設定在視覺標定板的原點位置（六點法）。

來源：智慧方

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智慧工廠對機器視覺有啥需求？

機器視覺在智慧工廠中扮演著重要的角色，可以有效增加產能、提升產品合格率。

 

在選擇機器視覺系統時，傳統工業智慧視覺裝置的優勢是體積小、整合度高、便於開發使用;嵌入式機器視覺系統的優勢則在於其配置的彈性特徵，具備較高的擴充性。在智慧工廠的建設過程中，對機器視覺系統的要求是，既要降低成本，還要滿足快速變化的視覺應用需求。

 

 智慧工廠對機器視覺有啥需求？

效能與處理能力。如何提升產能，系統效能與處理能力(throughput)扮演著關鍵的角色。就一般機器視覺系統而言，高解析度與高幀率(每秒顯示幀數)就像魚與熊掌一樣，不可兼得。在一般實際的應用中，通常是高解析度但低幀率或低解析度但高幀率的應用組合。如果想要兩者兼得，惟一的出路就是使用高階CPU處理器來補足解析度與幀率加乘出來的結果。如何以合理的成本，取得最佳的處理效能，是系統開發人員所關心的。

 

產線環境。工廠的環境通常是較為惡劣的，例如在飲料生產包裝的產線，系統可能會直接接觸到液體。而在工具機加工的環境中，則是充滿切削工件的惡劣環境。如果機器視覺系統必須就近配置在嚴苛的產線環境中，那麼選擇具備防水、防塵能力的產品才能達到該需求。

 

多組生產工作站。在工廠環境中，一個成品的上市，從元件的製造、半成品的取放、質量的檢驗到出貨的包裝，必須要經過層層不同的工作站。舉例來說，CNC機臺負責元件的車削加工，通過工業機器人的取件，通過工業相機讓工件定位後，才開始進行工件的切割;完成後進入到檢測的站臺，進行缺陷檢測;過關的成品在包裝區進行出貨條形碼的掃讀。多組生產工作站之間，如何讓系統之間容易整合與溝通，是工廠是否智慧化的一大關鍵。

 

軟體開發環境。軟體解決方案開發的難易度與整合度，是所有匯入智慧化系統的工程人員心中的一大擔憂，也往往是決定專案成敗的最重要因素。如何縮短開發時間，降低系統開發成本，是重要的關鍵。

 

我國機器視覺發展現狀

 

我國機器視覺行業的起步比較晚，集中度也不是很高，最開始主要是代理國外品牌。近幾年，很多的經銷商開始自主開發產品，但在行業分佈、渠道分銷以及成熟的自動化產品等方面還是和國外有一定差距。國內機器視覺的相對成熟的自動化產品質量以及技術含量偏低，市場也遠遠沒有飽和。

 

機器視覺企業大體可以分為層開發廠商、二次開發廠商和產品代理商。國內機器視覺企業主要為國外機器視覺產品代理商和系統二次開發廠商。目前進入我國機器視覺市場的國外品牌有100多家，我國本土的企業負責銷售代理的企業有200多家，專業的系統整合商超過50家。我國真正的專業機器視覺底層廠商鳳毛麟角，本土機器視覺系統廠商和機器視覺系統元器件生產商存在缺失。

 

我國機器視覺的發展趨勢

 

工業4.0離不開智慧製造，智慧製造離不開機器視覺。機器視覺是實現工業自動化和智慧化的必要手段，相當於人類視覺在機器上的延伸。機器視覺具有高度自動化、高效率、高精度和適應較差環境等優點，將在我國工業自動化的實現過程中產生重要作用。

 

視覺影像技術需要重點構建四大核心能力：

 

第一，智慧識別。海量資訊快速收斂，從大量資訊中找到關鍵特徵，準確度和可靠度是關鍵。

 

第二，智慧測量。測量是工業的基礎，要求精準度。

 

第三，智慧檢測。在測量的基礎上，綜合分析判斷多資訊多指標，關鍵點上是基於複雜邏輯的智慧化判斷。

 

第四，智慧互聯。影像的海量資料在多節點採集互聯，同時將人員、裝置、生產物資、環境、工藝等等資料互聯，衍生出深度學習、智慧優化、智慧預測等等創新能力，真正展示出工業4.0的威力。

 

機器視覺的相關產品

 

一個典型的工業機器視覺系統包括：光源、鏡頭、相機(包括CCD相機和COMS相機)、影像處理單元(或影像捕獲卡)、影像處理軟體、監視器、通訊/輸入輸出單元等。

 

(一)機器視覺核心部件：

 

智慧相機：黑白智慧相機、線掃描智慧相機、彩色智慧相機、CMOS智慧相機、ID讀碼器等；

 

板卡：黑白採集卡、影像壓縮/解壓板卡、彩色採集卡等；

 

軟體包：影像處理軟體、機器視覺工具軟體；

 

配件：工業相機、CMOS相機、CCD相機、面陣相機、行掃描相機、紅外相機、1394介面相機；

 

工業鏡頭：FA鏡頭、高解析度鏡頭、影像掃描鏡頭、聚光透鏡、遠心鏡頭等；

 

光源：LED光源、紫外照明系統、紅外光源、光纖照明系統等；

 

輔助產品：感測器、標定塊、光柵、墊圈、連線及聯結器、電源、底板。

 

(二)機器視覺輔件：

 

影像處理系統：光學文字、識別系統、自動化/機器人技術、紅外影像系統；

 

機器視覺整合：字元處理和識別系統、自動化/機器人技術、紅外影像系統、菸草、印鈔、電子組裝、質量檢測、自動識別(OCR/OCV)、測量、智慧視覺、表面檢測、印刷、包裝、複雜工業物件視覺線上、汽車製造、車牌、智慧交通、生物特徵識別、監控、醫療檢測、光學檢查等系統。

 

由於機器視覺系統可以快速獲取大量資訊，而且易於自動處理，也易於同設計資訊以及加工控制資訊整合，因此，在現代自動化生產過程中，人們將機器視覺系統廣泛地用於工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。

 

但是機器視覺技術比較複雜，最大的困難在於人的視覺機制尚不清楚。人可以用內省法描述對某一問題的解題過程，從而用計算機加以模擬。但儘管每一個正常人都是"視覺專家"，卻不可能用內省法來描述自己的視覺過程。因此建立機器視覺系統是十分困難的任務。

 

可以預計的是，隨著機器視覺技術自身的成熟和發展，它將在現代和未來製造企業中得到越來越廣泛的應用。

人工智慧賽博物理作業系統

AI-CPS OS

“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧）分支用來的今天，企業領導者必須瞭解如何將“技術”全面滲入整個公司、產品等“商業”場景中，利用AI-CPS OS形成數字化+智慧化力量，實現行業的重新佈局、企業的重新構建和自我的煥然新生。

AI-CPS OS的真正價值並不來自構成技術或功能，而是要以一種傳遞獨特競爭優勢的方式將自動化+資訊化、智造+產品+服務和資料+分析一體化，這種整合方式能夠釋放新的業務和運營模式。如果不能實現跨功能的更大規模融合，沒有顛覆現狀的意願，這些將不可能實現。

領導者無法依靠某種單一戰略方法來應對多維度的數字化變革。面對新一代技術+商業作業系統AI-CPS OS顛覆性的數字化+智慧化力量，領導者必須在行業、企業與個人這三個層面都保持領先地位：

1. 重新行業佈局：你的世界觀要怎樣改變才算足夠？你必須對行業典範進行怎樣的反思？

2. 重新構建企業：你的企業需要做出什麼樣的變化？你準備如何重新定義你的公司？

3. 重新打造自己：你需要成為怎樣的人？要重塑自己並在數字化+智慧化時代保有領先地位，你必須如何去做？

AI-CPS OS是數字化智慧化創新平臺，設計思路是將大資料、物聯網、區塊鏈和人工智慧等無縫整合在雲端，可以幫助企業將創新成果融入自身業務體系，實現各個前沿技術在雲端的優勢協同。AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量與行業、企業及個人三個層面的交叉，形成了領導力模式，使數字化融入到領導者所在企業與領導方式的核心位置：

1. 精細：這種力量能夠使人在更加真實、細緻的層面觀察與感知現實世界和數字化世界正在發生的一切，進而理解和更加精細地進行產品個性化控制、微觀業務場景事件和結果控制。

2. 智慧：模型隨著時間（資料）的變化而變化，整個系統就具備了智慧（自學習）的能力。

3. 高效：企業需要建立實時或者準實時的資料採集傳輸、模型預測和響應決策能力，這樣智慧就從批量性、階段性的行為變成一個可以實時觸達的行為。

4. 不確定性：數字化變更顛覆和改變了領導者曾經仰仗的思維方式、結構和實踐經驗，其結果就是形成了複合不確定性這種顛覆性力量。主要的不確定性蘊含於三個領域：技術、文化、制度。

5. 邊界模糊：數字世界與現實世界的不斷融合成CPS不僅讓人們所知行業的核心產品、經濟學定理和可能性都產生了變化，還模糊了不同行業間的界限。這種效應正在向生態系統、企業、客戶、產品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量通過三個方式激發經濟增長：

1. 創造虛擬勞動力，承擔需要適應性和敏捷性的複雜任務，即“智慧自動化”，以區別於傳統的自動化解決方案；

2. 對現有勞動力和實物資產進行有利的補充和提升，提高資本效率；

3. 人工智慧的普及，將推動多行業的相關創新，開闢嶄新的經濟增長空間。

給決策制定者和商業領袖的建議：

1. 超越自動化，開啟新創新模式：利用具有自主學習和自我控制能力的動態機器智慧，為企業創造新商機；

2. 迎接新一代資訊科技，迎接人工智慧：無縫整合人類智慧與機器智慧，重新

   評估未來的知識和技能型別；

3. 制定道德規範：切實為人工智慧生態系統制定道德準則，並在智慧機器的開

   發過程中確定更加明晰的標準和最佳實踐；

4. 重視再分配效應：對人工智慧可能帶來的衝擊做好準備，制定戰略幫助面臨

   較高失業風險的人群；

5. 開發數字化+智慧化企業所需新能力：員工團隊需要積極掌握判斷、溝通及想象力和創造力等人類所特有的重要能力。對於中國企業來說，創造兼具包容性和多樣性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。”  《論語·子路》雲端計算、大資料、物聯網、區塊鏈和 人工智慧，像君子一般融合，一起體現科技就是生產力。

如果說上一次哥倫布地理大發現，擴充的是人類的物理空間。那麼這一次地理大發現，擴充的就是人們的數字空間。在數學空間，建立新的商業文明，從而發現新的創富模式，為人類社會帶來新的財富空間。雲端計算，大資料、物聯網和區塊鏈，是進入這個數字空間的船，而人工智慧就是那船上的帆，哥倫布之帆！

新一代技術+商業的人工智慧賽博物理作業系統AI-CPS OS作為新一輪產業變革的核心驅動力，將進一步釋放歷次科技革命和產業變革積蓄的巨大能量，並創造新的強大引擎。重構生產、分配、交換、消費等經濟活動各環節，形成從巨集觀到微觀各領域的智慧化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式。引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式，實現社會生產力的整體躍升。

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產業智慧官  AI-CPS

用“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧），在場景中構建狀態感知-實時分析-自主決策-精準執行-學習提升的認知計算和機器智慧；實現產業轉型升級、DT驅動業務、價值創新創造的產業互聯生態鏈。

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新技術：“雲端計算”、“大資料”、“物聯網”、“區塊鏈”、“人工智慧”；新產業：“智慧製造”、“智慧金融”、“智慧零售”、“智慧駕駛”、“智慧城市”；新模式：“財富空間”、“工業網際網路”、“資料科學家”、“賽博物理系統CPS”、“供應鏈金融”。

官方網站：AI-CPS.NET

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