“工業(yè)之眼”：機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展之路
隨著工業(yè)4.0、“中國制造2025”時(shí)代的來臨，機(jī)器視覺將使得機(jī)器人智能化變成現(xiàn)實(shí)，在工業(yè)自動(dòng)化中機(jī)器視覺技術(shù)已經(jīng)占有十分重要的地位，而機(jī)器視覺技術(shù)的不斷創(chuàng)新，也推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化、智慧安防以及人工智能等行業(yè)的進(jìn)步，也為各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了更多發(fā)展?jié)摿εc機(jī)會(huì)。
機(jī)器人視覺系統(tǒng)經(jīng)歷了三代的發(fā)展：
1、第一代機(jī)器人視覺系統(tǒng)
第一代機(jī)器人視覺的功能一般是按規(guī)定流程對圖像進(jìn)行處理并輸出結(jié)果。這種系統(tǒng)一般由普通數(shù)字電路搭成，主要用于平板材料的缺陷檢測。
2、第二代機(jī)器人視覺系統(tǒng)
第二代機(jī)器人視覺系統(tǒng)一般由一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一個(gè)圖像輸入設(shè)備和結(jié)果輸出硬件構(gòu)成。視覺信息在機(jī)內(nèi)以串行方式流動(dòng)，有一定學(xué)習(xí)能力以適應(yīng)各種新情況。
3、第三代機(jī)器人視覺系統(tǒng)
第三代機(jī)器人視覺系統(tǒng)是目前國際上正在開發(fā)使用的系統(tǒng)。采用高速圖像處理芯片并行算法，具有高度的智能和普通的適應(yīng)性，能模擬人的高度視覺功能。
機(jī)器人仿人眼視覺系統(tǒng)
人類的感知系統(tǒng)，有83％以上是通過人眼來完成的，而人類的眼睛又是所有動(dòng)物里面綜合性能最高的，其圖像包含的信息量是最巨大的。不僅要用到單個(gè)的立體視覺成像，還要用到整體視覺能力，所以人眼的立體視覺能力和顏色辨別能力遠(yuǎn)超過動(dòng)物的眼睛。其中，對個(gè)體的感知是人眼最基本的功能——對自身和對象位移的測量，尺寸的測量。而最重要的功能是對自身和對象位置的測量，比如走了多少，轉(zhuǎn)了多少，這是一種對空間環(huán)境的感知和判斷。
要在機(jī)器人身上模仿人的眼睛，主要分三大部分：
1、機(jī)器人眼球構(gòu)造
機(jī)器人眼球，就相當(dāng)于攝像頭或者掃描儀，庫卡機(jī)器人何服電機(jī)維修，通過紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，紅外線在遇到物體后被反射回來，紅外接受管接受到被反射回來的紅外線以后，發(fā)出電信號(hào)給機(jī)器人的“大腦”，這時(shí)候機(jī)器人就能“看見”東西了。
機(jī)器人眼睛是集成了很多的芯片、傳感器等進(jìn)行綜合計(jì)算，比如能力風(fēng)暴個(gè)人機(jī)器人通過光敏傳感器中的兩個(gè)光敏電阻來感知光線的強(qiáng)弱。
2、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
機(jī)器人控制系統(tǒng)作為工業(yè)機(jī)器人最為核心的零部件之一，對機(jī)器人的性能起著決定性的影響，其運(yùn)動(dòng)控制就相當(dāng)于自動(dòng)化的一個(gè)分支，它使用通稱為伺服機(jī)構(gòu)的一些設(shè)備如液壓泵，線性執(zhí)行機(jī)或者是電機(jī)來控制機(jī)器的位置或速度，目前被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中。比如ABB第五代機(jī)器人控制器，融合了TrueMove、QuickMove等運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，來提升機(jī)器人性能，包括精度、速度、節(jié)拍時(shí)間、可編程性、外軸設(shè)備同步能力等。
3、圖像處理
圖像本身，只有經(jīng)過圖像處理之后，才能找到圖像中需要的特征，從而更進(jìn)一步的執(zhí)行其它的指令動(dòng)作，如機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)、機(jī)臺(tái)的移動(dòng)等，使機(jī)器人完成踢球、下棋等命令。在工業(yè)上，KUKA機(jī)器人示教器維修，則主要應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，完成自動(dòng)生產(chǎn)、裝配、檢測等工作，富士康就有大量的機(jī)器人，在農(nóng)業(yè)上，則表現(xiàn)在一些自動(dòng)收割機(jī)，如棉花收割，自動(dòng)分類機(jī)器。
當(dāng)然也有一些機(jī)器視覺是不需要圖像處理的，如經(jīng)過相機(jī)鏡頭等直接連接到顯示器上觀察的，結(jié)果好壞是由人來判斷的，這時(shí)圖像處理的過程是由人自己完成的，而不是計(jì)算機(jī)。還有一些圖像傳感器有固定的特性，如顏色傳感器，那樣只會(huì)有信號(hào)出來即可，也是沒有圖像處理的。
機(jī)器視覺不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品
機(jī)器視覺技術(shù)的出現(xiàn)，m.dekuna.com，就是為機(jī)器設(shè)備安上了感知外界的眼睛，使機(jī)器具有像人一樣的視覺功能，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測、判斷、識(shí)別、測量等功能。
機(jī)器視覺發(fā)展至今，早已不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品。機(jī)器視覺的軟硬件產(chǎn)品早已逐漸演變發(fā)展為產(chǎn)品在生產(chǎn)制造的各個(gè)階段中的重要組成部分，因此，這也就對系統(tǒng)的集成性提出了更高的要求。
工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)要求能夠與測試或控制系統(tǒng)協(xié)同工作的一體化工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，而非獨(dú)立的視覺應(yīng)用。在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。
工業(yè)4．0使全球工業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，中國機(jī)器視覺市場已成為國際機(jī)器視覺廠商的重要目標(biāo)市場。隨著技術(shù)的不斷提升，機(jī)器人與人的視覺差距正在逐步減少，視覺技術(shù)的成熟和發(fā)展都使之在工業(yè)制造應(yīng)用中越來越廣泛。而未來的機(jī)器視覺技術(shù)勢必也將與其他的傳感技術(shù)相融合，并將越來越數(shù)字化、智能化。
結(jié)語
工業(yè)4．0離不開智能制造，而智能制造離不開機(jī)器視覺。機(jī)器視覺已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和智能化的核心，要實(shí)現(xiàn)人類視覺在機(jī)器人上進(jìn)行延伸，就必須滿足高度自動(dòng)化、高效率、高精度和適應(yīng)較差環(huán)境等條件，才能在工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中產(chǎn)生重要作用。