智慧就是未來 — 影像處理是工業 4.0 中的要角
想要找件新褲子?現在,不論你是到門市購買,還是上網訂購,都是從 S 到 XL 的四種標準尺寸中選擇一種。大量生產帶來的是單位成本的降低。
工業 4.0 世界中的紡織品生產,將可以因為高效率的資料處理,提供件件不同的自訂服飾。顧客只要決定款式,尺寸可以透過影像處理系統(機器視覺系統)來決定。
例如在更衣室中裝設 4 台相機,拍下身體每一面的照片。軟體會進行測量,並處理後續用以生產的剪裁形狀。後續生產會自動進行,直到交運。
未來的時尚商店將不需要設置滿滿的衣櫃和數量巨大的成品,而是透過大型虛擬貨架,以及快速可靠的生產來提供銷售服務。
工業相機系統如何能將未來的生產程序願景化為現實
以工業相機為中心的影像處理系統,已經是自動化生產不可或缺的一環。從原物料檢查、產品製造監控(例如瑕疵檢測)到最後檢查與品質保證,在製造過程中的所有環節,這類系統都是達成高效率與高品質標準不可或缺的一部分。
工業 4.0 這個名詞,意指全新程序形式與工業製造組織。其核心元素是網路連結與廣泛運用的資料通訊。其目標是藉由全面的資料收集與高效率的資訊交換,打造自我組織、強大客製化能力與高效能的生產流程。
在決定特定資訊時,影像處理可在此扮演決定性的角色。有一個重點是,相機的體積不斷縮小、價格愈來愈親民,但效能卻日益提升。
過去需要複雜的系統,但今日小型、高效的系統即可帶來同等甚至更佳的結果。這種技術演進,再加上不斷擴大的網路連結所帶來的可能性,釋放了工業 4.0 新應用的無窮潛力。
小批次生產的新商機
工業 4.0 帶來的重大成效包括透過自動化控制,讓許多工件能以符合成本效益的方式生產,不只大量生產是如此,即使小量生產也一樣,「一批次一件」已成為流行術語。前述的紡織品生產就是一例,另一個例子是依客製規格個別設計的金屬件生產,像是信箱或欄杆。
精準的工業相機系統可以提供什麼樣的助益?
可以想見的案例是將這類系統用於新造金屬零件的塗裝。自動噴嘴執行上通常基於預先程式化的噴塗動作。這類預先程式化的行程難以在客製化工序事先規劃。原則上可以在設計規格時決定行程。但要計算最後的噴塗模式,不但極為複雜,而且結果不精確。相對之下,工業相機可以在現場進行元件的精密測量,決定其個別形狀與位置,並依此指示噴塗臂。在此同時,也可透過光學方式控制噴塗結果,例如由色彩進行評估,或是對塗層上更複雜的反射特性來進行測量。這種控制資料可即時導入控制單元。因此,自動化塗裝系統可以成為一種自我學習系統。對於相似但較新的元件,就可以運用過去的經驗來提高處理效率。
相機就是不眠不休的程序稽核員
感光元件資料也有助早期偵測到已改變的,甚至有缺陷的,裝置行為,以利自動產生對策(例如調整程序參數、訂購替換材料、請人維修等)。這可以同時應用於生產設備與成品上。工業相機在此扮演重要角色,因為這些相機可以不眠不休地檢查色彩、結構與幾何特性是否正常或有誤差,甚至連大型工件或產品都能檢查。另外也顧及「軟性」因素,像是潤滑、磨損和生鏽情形,提供資料給公司的企業資源規劃系統。
生產中的影像處理 — 機器人與人類並肩工作
運用工業相機的應用也能讓生產線員工獲益。不論自動化進展如何,都有充分理由說明在工業生產中,人總是有一席之地,包括「人類」的感官能力、靈活性與可負擔性。
即使如此,在工業 4.0 中,未來的生產流程將發生變化。透過整合到安全帽、服裝與工具中的智慧機器視覺系統,人類的效率也會進一步提高。這種做法在技術上完全可行,因為相機愈來愈輕薄短小:現在可用的高精度工業相機大小如同郵票,加上鏡頭與外殻的重量也不到 30 g。這類視覺系統除了以可視方式記錄活動與工作狀況,還能查核結果、找出合理的後續處理步驟或資訊,並提供給人類,例如可能可以透過智慧眼鏡,以「擴增實境」方式來提供通知訊息。這有助於促進及時提供工作資材,進一步提高生產力。
總結
不論「工業 4.0」現在如何定義,影像處理在未來的製造和商業流程中,都會扮演重要的角色。可以預期該技術能確保:
透過使用影像處理系統的應用,帶來新而更有效率的商業模式
基於資料廣泛收集與視覺辨識資訊的自動化、自我組織生產方式
透過操作流程中廣佈的視覺系統網路,達成更高效率的生產。
視覺系統作為資料提供者
在自動化工廠環境中,最重要和最強大的感測器,是帶有相機的視覺系統;在現代自動化中已經發揮極其重要的作用。系統通常由以下部份組成: