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我国工业视觉行业发展总体概况分析
2020-04-15 来源: 文字:[    ]

 

机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支,其中的工业视觉具体应用是智能制造的核心分支之一,也是能够率先渗透并发展起来的核心技术之一。

工业视觉装备主要应用于尺寸与缺陷检测、智能制造等功能,属于高端装备领域中的智能制造,在细分领域中属于工业机器视觉领域。人工智能的应用技术主要包括语音类技术、视觉类技术、自然语言处理技术和基础硬件等,视觉占据人类信息获取超过80%,同样机器视觉在人工智能领域也占据最重要的地位。

图表  工业视觉主要应用市场

机器视觉技术在国内外人工智能企业应用技术占比超过40%,在中国人工智能市场,机器视觉占据30%以上的市场份额。机器视觉系统的应用领域和应用范围非常广泛,其中的智能制造、高端装备、自动化设备等行业均属于国家重点支持的行业。

工业领域是机器视觉应用比重最大的领域之一,主要包括尺寸与缺陷检测、智能制造以及自主导航。随着我国工业的产业升级,产品质量要求的提高及人力成本的增加,机器视觉系统的应用将越来越广泛。

机器视觉技术将人类强大、复杂的视觉感官赋予机器,将计算机的快速性、可重复性,与人眼视觉的高度智能化和抽象能力结合,是机器人自主行动的前提,能够实现计算机系统对于外界环境的观察、识别以及判断等功能,相较人工视觉有许多优势,对于人工智能的发展具有极其重要的作用,是人工智能范畴最重要的前沿分支之一。 

图表  机器视觉和人类视觉对比

 

人类视觉

机器视觉

色彩辨别能力

容易受人心理影响,上能量化

具有可量化的优点

灰度辨别能力

差,一般只能分辨64个灰度

强,目前一般使用256灰度级,采集系 统可具有10bit,2bit,16bit等灰度级

空间分辨力

分辨率较差,上能观看微小的 目标

分辨率较高,可观测微米级的目标

速度

速度慢,0.1秒的视觉暂留使人 眼无法看清较快运动的目标

速度快,快门时间可达10微秒左右, 高速相机帧率可达到1000以上,处理 器的速度越来越快

感光范围

范围窄,400mm-750mm范围的 可见光

范围宽,从紫外到红外的较宽光谱范围 ,另外有X光等特殊摄像机

环境适应性

对环境适应性差,另外有许多场 合对人有损害

对环境适应性强,另外可加防护装置

观测精度

精度低,无法量化

精度高,可到微米级,容易量化

其他

主观性,受心理影响,易疲劳

客观性,可连续工作

机器视觉技术是实现设备精密控制、智能化、自动化的有效途径和实现计算机集成制造的基础技术之一,可以称得上是现代工业生产和智能制造的“机器眼睛”。具有的核心优势主要有精确性、客观性和可靠性;环境适应性和工作持续性、经济型和高效性、灵活性与重夊性。

工业视觉用于实现对产品表面信息进行检测、非接触式测量产品外观尺寸、判断物体位置坐标以及识别判断物体的颜色、形状等特征。在汽车行业,几乎所有的系统和零部件制造流程均可收益;在医疗器械和制药行业,对产品质量的高要求也需要机器视觉进行参与;在食品饮料领域,机器视觉能够帮助企业快速实现产品的准确检测,跟上生产线的速度,降本提效。无论是作为一个独立的系统进行检测还是与工业机器人配合,指引机器人的操作和行动,工业视觉在生产过程中都展示出巨大的作用。

图表  工业视觉部分下游应用

主要行业

用量

用途

消费类电子产业

IPhone生产全过程需70套以上系统

高精度制造和质量检测:晶圆切割、3C表面检测、触摸屏制造、AIO光学检测、PCB印刷电路、电子封装、丝网印刷、SMT表面贴装、SPT锡膏检测、半导体对位和识别等

汽车

一条产线需要十几套系统

几乎所有系统和部件的制造流程均可受益:车身装配检测、面板印刷质量检测、字符检测、零件尺寸的精密测量、工业零部件表面缺陷检测、自由曲面检测、间隙检测等

制药

一条装配流水线至少5套系统

主要是质量的检测:药瓶封装缺陷检测、胶囊封装质量检测、药粒却是检测、生产日期打码检测、药品颜色识别、分拣等

食品与包装

各细分环节使用量各异

高速检测:外观封装检测、视频封装缺漏检测、外观和内部质量检测、分拣与色选等

印刷

一条高端生产线使用6套左右

印刷质量检测、印刷字符检测、条码识别、色差检测等

机器视觉在工业领域主要有三类应用,包括尺寸与缺陷检测、智能制造以及自主导航等。 机器视觉在工业领域的重要应用之一是尺寸与缺陷检测,这一应用领域主要包括高精度定量检测(例如工业零部件的尺寸检测)和定性检测(例如产品的外观检查、缺陷性检测与装配完全性检测)。在一些人工视觉难以满足要求的场合,机器视觉可高效地替代人工视觉;同时,在大批量工业生产过程中,用人工视觉检查产品质量效率低且精度上足,用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产自动化程度。

智能制造是机器视觉技术目前应用最广的技术方向之一。机器视觉系统可用于指引工业机器人在大范围内的操作和行动,如从杂乱的零件堆中捡取零部件并按一定的方位放在传输带或装配到其他设备上,还可以融合多传感器技术引导工业机器人在小范围内的操作和行动。将机器视觉技术应用于智能制造中的尺寸与缺陷检测、制造与装配领域,可以高效地替代人工视觉;同时在大批量工业生产过程中,人工视觉检查产品质量效率低且精度上高,用机器视觉检制方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度,智能制造系统主要应用于智能制造、装配领域。

机器视觉在导航领域可以模拟人眼来识别环境,通过大脑分析,来指导行走。机器视觉技术用摄像头摄取场景图像,通过算法进行图像分析和识别,找出与已设置路径的相对位置,从而引导装置行走的一种导航方法。例如:装备有机器视觉自动导引装置的无人物流车,能够自主行驶,具有安全保护等功能。

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