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    企業動態 |行業資訊

    工業4.0讓我們曾經熟悉的工廠、車間成了新技術的試驗場!

    2020-09-28  

    工業4.0讓我們曾經熟悉的工廠、車間成了新技術的試驗場,但凡是能夠推動制造數據化和智能化、提升生產效率的技術和方案,都希望有機會在工業領域一展身手。機器視覺當然也是其中之一。

    應用在工業領域的機器視覺,也被簡稱為工業視覺, 最通俗的理解就是在生產制造的過程中運用機器視覺技術,代替人眼去完成特定的任務,或是讓機器設備具備視覺功能以支持其完成自動化的操作。所以也有人認為工業視覺就是智能制造的之。

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    為什么要發展工業視覺?與其他被機器取代的人工工作類似,我們可以列舉出許多讓工業視覺大行其道的理由:首先,機器視覺比人眼的精度高,可以完成許多肉眼無法完成的工作;其次,機器不會疲勞,還可以在一些極端環境下工作,更為可靠;再有,機器還可以響應可見光以外更寬的光譜(如紅外),可的范圍也更廣;另外,對于機器在效率上的優勢,大家也一定不會有疑議……

    當然,除了上述技術層面的原因,工業視覺的經濟性也是一個重要因素。這是因為隨著全球老齡化進程的加速,勞動力資源供給在減少,而與之關聯的是工業制造業的人力成本一直在增加,所以很多經濟體原先高速發展所仰仗的人口紅利不再,考慮用機器去替代人工也就成了其工業發展必由之路。

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    以工業視覺應用中占比最大的電子行業為例,有人估算,僅就智能手機玻璃蓋板、觸摸屏、顯示屏外觀檢查這一個崗位,中國每年就需要近30萬人,由此產生的勞務工資是一項龐大的開銷。而如果采用工業視覺方案去替代這種重復性的勞動,既是效率之選,也是效益之選。

    因此在市場需求驅動下,近年來工業視覺市場一直保持較快的增速。據高工產業機器人研究所(GGII)預測,中國工業驅動的機器視覺市場規模預計到2020年將超過120億元,2017-2020年均增速將達15%以上。電子、汽車、醫藥、食品等諸多領域都將是工業視覺的發力點。

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    工業視覺在生產制造過程中的基礎功能主要集中在四個方面:

    物體識別:即利用機器視覺對物體或圖像進行處理、分析和理解,以識別各種不同模式的目標和對象。

    檢測應用:對顏色、圖像等視覺目標進行檢測,多用于缺陷檢測,以及物體位置和方向的檢定。

    視覺定位:機器視覺系統能夠快速準確的找到被測零件并確認其位置,比如電子裝配設備根據機器視覺取得的芯片位置信息調整拾取頭,準確拾取芯片。

    物體測量:基于機器視覺的其非接觸測量技術,可對目標對象進行高精度和高速度的非接觸無磨損測量。

    基于上述的基礎功能,人們又可以對其進行組合、集成,衍生出更復雜的應用。

    與其他領域的機器視覺相比,工業視覺方案也有自己的行業特點。其一,既然是工業應用,那么在性能上不能含糊;第二,必須要滿足工業要求的可靠性;此外,還有一點很重要,由于工業應用大多是高度垂直化的,所以具體的應用需求也會千差萬別,這樣的需求特點映射到技術上,就要求工業視覺方案也要有出色的可擴展性和靈活性。

    那么什么樣的工業視覺方案,才算是方案呢?我們可以安富利的嵌入式物體識別方案作為一個范例,進行分析。

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    1,安富利嵌入式物體識別方案(圖片來源:安富利)

    無論是什么樣的機器視覺系統,都有兩個核心的功能模塊:一個是視覺信息采集系統,另一個就是視覺處理系統。安富利嵌入式物體識別方案的視覺采集功能是通過安森美半導體的PYTHON-1300彩色圖像傳感器實現的。PYTHON-1300是一個1/2英寸的SCGA CMOS圖像傳感器,具有1280x1024的高清分辨率。為了滿足通用工業圖像傳感應用的需求,PYTHON-1300還具有全局快門、高速和高敏感度等特性,以及在配置和分辨率上的靈活性。

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    2,基于PYTHON-1300的彩色圖像傳感器模塊(圖片來源:安富利)

    在整個方案中,與圖像傳感器模塊連接的當然就是視覺處理系統,這部分功能是由安富利開發的MicroZed嵌入式視覺開發套件完成的。MicroZed嵌入式視覺開發套件由MicroZed SOM和專用的視頻采集卡組成,MicroZed SOM提供核心的視覺處理計算功能,視頻采集卡上則集成了視頻處理所需的其他外圍電路和擴展功能,如HDMI輸入輸出、攝像圖模塊連接器,以及以太網供電PoE接口等。

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    3,安富利的MicroZed嵌入式視覺開發套件(圖片來源:安富利)

    這個方案的核心的亮點,就在MicroZed SOM這個核心板上。MicroZed SOM是一個基于Xilinx公司全可編程Zynq-7000器件的系統級模塊,這也就意味著,與其他一些機器視覺方案不同,安富利的這個嵌入式物體識別方案采用的是FPGA+Arm的異構處理器平臺。

    Zynq作為一種異構處理平臺,內部既包含嵌入式處理器(PS),也有可編程邏輯電路(PL),嵌入式視覺開發者可以根據需要將計算任務在兩個系統間進行分配,探索出最優的方案。開發者可以利用平臺的靈活性配置更多的IO,還可以將復雜的視覺處理算法放在PL上做加速…… Zynq總有辦法讓性能的最大化成為可能。

    與此同時,Zynq硬件可編程特性,也使得基于它的工業視覺方案獲得更大的靈活性,無論是嘗試新的算法,還是擴展到新的工業應用場景,這款方案都能夠輕松勝任,在機器人定位、影像搜尋、視頻監控等應用領域游刃有余。

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    4,基于Zynq異構處理平臺的MicroZed SOM(圖片來源:安富利)

    總之,在智能制造的浪潮中,工業視覺的廣泛滲透和應用已是大勢所趨,而技術的進步也在正在加速這個趨勢的進程,讓工業之更為犀利。

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