本文展示了業界上先進的機器視覺軟件和及其圖像預處理技術如何促使2D和3D視覺檢測的性能成倍提升。

作者：Steve Zhu  / Teledyne Dalsa

3Dchengxiangjishuhezhinengxiangjixianyizengqianglejiqishijiaojiancedelinghuoxinghexingneng，ruoshijiangqiyuxianjindetuxiangyuchuligongjuhezhinenghuaderuanjianxiangjiehe，zekeyijinyibujiejueguoqunanyihuojihubukenengshixiandezidonghuajianceyingyong。

這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)可(ke)以(yi)帶(dai)來(lai)更(geng)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)產(chan)品(pin)，同(tong)時(shi)減(jian)少(shao)廢(fei)物(wu)的(de)生(sheng)成(cheng)，大(da)大(da)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。在(zai)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)前(qian)期(qi)對(dui)各(ge)零(ling)件(jian)進(jin)行(xing)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)可(ke)以(yi)在(zai)產(chan)品(pin)最(zui)終(zhong)組(zu)裝(zhuang)之(zhi)前(qian)替(ti)換(huan)或(huo)修(xiu)理(li)好(hao)零(ling)件(jian)
，從(cong)而(er)縮(suo)短(duan)生(sheng)產(chan)時(shi)間(jian)，減(jian)少(shao)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)。

通過下文提及的三個實際的應用案例，我們不難發現
， 2D和3D成像在共同的一個軟件平台
，外加與先進靈活的2D和3D圖像處理算法相結合,給視覺係統檢測帶來了顯著的優勢，並提高了軟件運行的效率。第一個應用案例是馬桶的自動檢測和製造--鑒於馬桶所使用的材料和形狀，檢測過程無疑是複雜的
；第二個應用是汽車刹車盤的機器人抓取和檢測，幾經嚐試後最終實現這一生產環節的自動化，並探索了多個解決方案；第三個檢測應用是用於製造汽車電池的鋰電池極片

，檢測速度更快、精度更高。

快速檢測

nihuoxuxiangxiangbudao，matongdezhizaoguochengjinghuirucifuza，zidonghuashengchanyepojunandu。matongsuoshiyongdetaocihecailiaoyouqiteyoudefanshenengli
，duiqidaihududecimianjinxingzhiliangkongzhikeweishitiaozhanzhongzhong。jishishizuijibendedepeijian
，rushuixiang、便池、jinchushuikouhepaiwuguandaodeng
，yexuyaozaizhizaoguochengzhongjinxingzaixidejiance。ciwai
，shejishimenzhengzaishefafengfumatongdegongneng，ruzhimingmatongpinpaizhonghuizengjiakejiarexingmatongzuoquan、集成坐洗器和雙衝洗係統，這使得馬桶的製造更為複雜。

3D成像可對馬桶座圈進行實時高度測量
，以檢查馬桶蓋安裝是否平整 （圖由 Teledyne DALSA 提供）

由於在幾個製造節點中質量檢查都必不可少，對一個普通的馬桶進行人工組裝和檢測可能需要多達 20 人
，整個手動裝配和檢測的過程則需要耗時5至6分鍾。

如ru果guo等deng到dao最zui後hou的de外wai觀guan檢jian驗yan環huan節jie才cai發fa現xian產chan品pin的de缺que陷xian，那na麼me生sheng產chan周zhou期qi可ke能neng會hui被bei延yan長chang。比bi如ru馬ma桶tong左zuo側ce比bi右you側ce稍shao高gao一yi點dian，則ze需xu要yao在zai右you側ce增zeng加jia一yi個ge墊dian片pian才cai能neng使shi兩liang側ce持chi平ping

，而er這zhe一yi小xiao小xiao的de修xiu正zheng會hui使shi得de人ren工gong生sheng產chan的de時shi長chang額e外wai增zeng加jia了le 5 至 6 分鍾。

在一條典型的馬桶流水生產線上，我們借助了20台相機來完成自動化檢測任務和實現機器操作的功能。在這一過程中所使用的檢測相機主要是智能相機，它們可以用於質檢、零件定位、標簽位置確認或完成機器拾取和放置操作。

這zhe類lei機ji器qi人ren係xi統tong依yi靠kao機ji器qi視shi覺jiao來lai精jing確que識shi別bie孔kong的de位wei置zhi
，並bing引yin導dao機ji械xie臂bi末mo端duan工gong具ju將jiang螺luo釘ding放fang入ru孔kong中zhong，另ling外wai安an裝zhuang好hao螺luo釘ding後hou，相xiang機ji再zai次ci確que認ren螺luo釘ding是shi否fou安an裝zhuang到dao正zheng確que的de位wei置zhi。

在視覺軟件的幫助下，一台激光三角法的3D相機執行了最終檢測的任務。該軟件能夠將2D和3D算法應用於圖像數據中
，把相機的3D點雲數據轉換為2D圖像數據
，以支持常規圖像預處理，並使得模式匹配或邊緣檢測更為便捷。2D圖tu像xiang數shu據ju還hai有you助zhu於yu將jiang機ji器qi人ren引yin導dao到dao正zheng確que的de位wei置zhi，隨sui後hou，相xiang機ji將jiang憑ping借jie其qi三san維wei成cheng像xiang的de功gong能neng確que保bao從cong馬ma桶tong的de頂ding部bu和he側ce麵mian拍pai照zhao時shi所suo有you的de零ling件jian都dou是shi正zheng確que放fang置zhi和he對dui齊qi的de。相xiang機ji還hai能neng確que認ren每mei個ge螺luo釘ding和he標biao簽qian是shi否fou處chu於yu正zheng確que的de位wei置zhi，並bing能neng檢jian測ce出chu馬ma桶tong蓋gai和he便bian池chi之zhi間jian以yi及ji便bian池chi和he地di板ban之zhi間jian的de間jian隙xi。

傳統的機器視覺和3D機器視覺的結合有助於實現這一生產線的自動化，而生產自動化在縮短生產時間、降低人工成本和提高產品質量上的顯著優勢也得以進一步突顯。

通過實現自動化，如今在生產線上組裝馬桶的時間從原來的5-6分鍾縮短至 65 秒，所需的勞動力也從20人減少到僅需3個人。此外，從根本上說，自動化精確度更高
，且操作可重複，能夠生產出更高質量的產品。

減少刹車盤飛出

在第二個應用案例中輔以 2D和3D相(xiang)機(ji)協(xie)同(tong)工(gong)作(zuo)，將(jiang)有(you)助(zhu)於(yu)實(shi)現(xian)汽(qi)車(che)刹(sha)車(che)盤(pan)的(de)生(sheng)產(chan)自(zi)動(dong)化(hua)

，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)。這(zhe)一(yi)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)所(suo)需(xu)的(de)刹(sha)車(che)盤(pan)通(tong)常(chang)塗(tu)有(you)可(ke)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)並(bing)延(yan)長(chang)刹(sha)車(che)盤(pan)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)的(de)防(fang)腐(fu)材(cai)料(liao)，如(ru)鋅(xin)或(huo)聚(ju)合(he)物(wu)。

在抓取汽車刹車盤時需要高精度的操作（圖由 Teledyne DALSA 提供）

在汽車刹車盤的生產過程中
，導入自動化設備之前，刹車盤放置於1pingfangmideliaocangzhong，zaiyougongrenshoudongjiangmeigepancongliaocangzhongzhuanyibingfangzhizaichuansongdaishang。suihou，lingyiminggongrenjiangzhidongpancongchuansongdaishangzhugequxiabingnadaopentushi，shishachepanzaitucengbangshangbaochipingheng
，tucengbangjiangxuanzhuanyiquebaotuliaokeyijunyunfenbu。daduoshutucengshidouyoubolichuanghuobolimen，fangbiangongrenguancha。

塗料工序完成後
，工人將每個刹車盤從塗層棒上取下並放到另一條傳送帶上，繼續進行製動係統的生產。若每天工作時長為8小時，工人可對200 個刹車盤塗上防腐材料。

普通轎車規定使用的製動盤平均重量通常為9.5公斤（合約21磅）
，這可能導致工人容易疲勞、因刹車盤掉落造成人身傷害或因操作不當造成背部拉傷。

由於這一生產環節是高度重複的，因此第二個自動化應用案例提供了一個理想的解決方案，但它實際操作起來也具有一定難度——最zui大da的de挑tiao戰zhan是shi在zai塗tu層ceng棒bang上shang進jin行xing準zhun確que定ding位wei並bing平ping衡heng平ping衡heng盤pan的de位wei置zhi
，如ru若ruo不bu然ran
，刹sha車che盤pan可ke能neng會hui從cong棒bang上shang飛fei出chu，對dui塗tu層ceng室shi的de玻bo璃li門men窗chuang等deng造zao成cheng破po壞huai。如ru果guo發fa生sheng這zhe種zhong事shi故gu，裝zhuang配pei線xian不bu得de不bu關guan停ting維wei修xiu
，大da大da增zeng加jia了le成cheng本ben。

不同的供應商嚐試了七次才最終明確如何自動化精準定位刹車盤在塗層棒上的位置，以避免對作業室造成破壞。

這一難題的成功解決有賴於2D和3D相機在兩個生產流程節點中的應用。其中，3D相機主要用於銑出托盤上堆放著刹車盤的槽的輪廓，以幫助引導機器人手臂將刹車盤轉移到移動的傳送帶上。3D相機則專門安裝在距離料倉約2.5米遠的地方，以捕捉該區域及其周圍的影像。

2D相機最初檢測到的信息則可以用於引導第二個機器人拿起刹車盤，並將其放置在塗層室的一根棒上。2D相(xiang)機(ji)安(an)裝(zhuang)在(zai)塗(tu)層(ceng)室(shi)外(wai)，並(bing)借(jie)助(zhu)軟(ruan)件(jian)對(dui)相(xiang)機(ji)與(yu)室(shi)內(nei)塗(tu)層(ceng)棒(bang)之(zhi)間(jian)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)度(du)進(jin)行(xing)校(xiao)準(zhun)。在(zai)圖(tu)像(xiang)生(sheng)成(cheng)時(shi)
，軟(ruan)件(jian)校(xiao)正(zheng)了(le)刹(sha)車(che)盤(pan)的(de)方(fang)向(xiang)
，以(yi)確(que)保(bao)其(qi)在(zai)放(fang)置(zhi)前(qian)與(yu)豎(shu)向(xiang)的(de)塗(tu)層(ceng)棒(bang)完(wan)全(quan)垂(chui)直(zhi)。否(fou)則(ze)
，機(ji)器(qi)人(ren)可(ke)能(neng)會(hui)錯(cuo)誤(wu)地(di)將(jiang)刹(sha)車(che)盤(pan)放(fang)在(zai)半(ban)途(tu)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)生(sheng)產(chan)事(shi)故(gu)的(de)發(fa)生(sheng)。

智能相機助力機器人抓取和放置的應用，以實現智能製造（圖由 Teledyne DALSA 提供）。

噴塗完成後，在機器人手臂的操作下
，圓盤與塗層棒分離，隨後繼續下一個作業流程。

最終，自動化技術的運用促使覆上塗料的刹車盤從每天 200 張增加到了 400 張，精度和可靠性更高
，工人出現安全事故的風險也進一步降低了。

最大程度減少缺陷

第三個應用案例依靠機器視覺軟件中廣泛應用的預處理和前沿算法，以實現對現代電動汽車中使用的鋰電池組件進行精確檢測。

在zai對dui鋰li電dian池chi極ji片pian進jin行xing檢jian測ce時shi，我wo們men可ke以yi應ying用yong線xian掃sao描miao相xiang機ji和he高gao度du智zhi能neng的de軟ruan件jian來lai檢jian查zha是shi否fou存cun在zai可ke能neng導dao致zhi成cheng品pin電dian池chi中zhong出chu現xian缺que陷xian的de微wei小xiao瑕xia疵ci
，例li如ru汙wu垢gou、劃痕或異物等（圖由 Teledyne DALSA 提供）

鋰li電dian池chi是shi由you電dian芯xin組zu成cheng的de分fen層ceng結jie構gou
，包bao括kuo電dian極ji片pian，也ye稱cheng為wei鋰li紙zhi。鋰li極ji片pian由you幾ji層ceng材cai料liao層ceng層ceng疊die起qi，包bao括kuo隔ge膜mo和he集ji電dian極ji箔bo
，例li如ru陰yin極ji側ce的de鋁lv箔bo和he陽yang極ji側ce的de銅tong箔bo。在zai生sheng產chan鋰li紙zhi時shi
，隔ge膜mo和he集ji電dian極ji箔bo需xu按an以yi下xia順shun序xu堆dui疊die：隔膜/陽極/隔膜/陰極/隔膜。成品鋰極片的寬度在100至400毫米之間。

任何諸如汙垢

、劃痕
、異物
、亮點或暗點、陰極/陽極片不完整等缺陷都可能導致鋰電池爆炸，從而造成安全隱患。

zaizheyihuanjiezhong，lizhidezhiliangkongzhizhiguanzhongyao

，qietongchangxuyaoduilianxudecailiaojinxingjuancaijiance。yinci
，yingyonganliyaoqiuxiansaomiaoxiangjihegaoduzhinengderuanjianjiehetuxiangyuchulijishu，yixiaochubeijingzaoshengheyanse。

可供使用的相機為4K或8K線掃描相機，具體使用何種相機取決於廠家所要求的生產線運行速度和檢測精度水平。例如

，具有26-KHz線速的4K相機可以以超過150米/分鍾的速度檢測400毫米寬的鋰電池紙
，並能準確地發現陽極和陰極極片是否存在0.01毫米級的缺陷。8K線掃描相機則能將4K線掃描相機的精度提高一倍，但其運行速度相對地也會放緩一半。

在實踐中，自動化檢測並不總是基於硬件的規格進行簡單地計算。高級校準工具可為線性、非線性和透視圖像失真校正提供助力，前沿的軟件算法則能消除或盡可能減少圖像中多餘的噪聲，以突出顯示重要的圖案、特征或邊緣。

工人每分鍾可以檢測 15 米長的鋰紙，但無法一直識別出所有潛在缺陷。若使用4K和8K線掃描相機，每分鍾可自動檢測60-150米的鋰紙，生產率提高從400%大幅提高至800 %
，新環保技術的應用成本也相對降低了。

未來軟件開發

以上應用案例展示了我們如何將各種成像、預處理和軟件技術相結合，從而獲得1+1+1＞3的效果

，提高產品的性能。它們始終能保證更高的產品質量、更低的製造成本和更快的生產速度。

將2D和3D數據集成到單個軟件平台中有助於生產過程的自動化，這也是未來機器視覺軟件的基本功能之一。

技術的進步帶來更多的自動化工具，而軟件則能使這些工具更高效地協同工作。

作者簡介：

Steve Zhu擔任Teledyne DALSA亞洲公司的銷售總監，且已經在該公司工作了16年。他擁有廈門大學計算機科學學士學位，法國工商管理高等學院(École Supérieure de Commerce et de Gestion)工商管理碩士學位

，並在麥吉爾大學完成了高級行政管理課程。