MACHINE VISION 2023/05 3D 激光輪廓傳感器助力 工業(yè)高精度測量 杭州海康機(jī)器人股份有限公司 王春茂 眾所周知，機(jī)器視覺領(lǐng)域在過去的幾年經(jīng)歷了 當(dāng)物體相對激光輪廓傳感器發(fā)生平移時，物體 如火如荼的發(fā)展；然而，在工業(yè)高精度測量領(lǐng)域， 沿運動方向的每一條輪廓都能夠依次被傳感器采集 2D 視覺并不能解決所有問題，于是 3D 視覺應(yīng)運 和計算，從而能夠動態(tài)恢復(fù)出被測物體的完整 3D 而生。 信息。在物體運動過程中動態(tài)掃描和采集的特性， 讓激光輪廓傳感器廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程的在線式 ?？禉C(jī)器人 3D 視覺專注于高精度測量和機(jī) 3D 測量。 器人抓取應(yīng)用兩個領(lǐng)域，已發(fā)布 3D 激光輪廓傳感 器系列、RGBD 立體相機(jī)系列和機(jī)器人 3D 視覺引 精細(xì)的產(chǎn)品設(shè)計 導(dǎo)平臺軟件。其中，3D 激光輪廓傳感器是經(jīng)過多 年打磨在今年 4 月份召開的海康機(jī)器人機(jī)器視覺 新品發(fā)布會上隆重推出的新品，包括 DP2000 和 DP3000 兩個子系列。 激光三角測量原理 一款好產(chǎn)品，必須經(jīng)過仔細(xì)地設(shè)計雕琢，才能 夠確保產(chǎn)品品質(zhì)，海康機(jī)器人激光輪廓傳感器也是 激光輪廓傳感器采用線激光三角測量的原理 如此。 獲取被測物體的 3D 信息。首先，激光輪廓傳感器 向被測物體投射精細(xì)的激光線，激光線在物體表面 首先，405nm 超均勻精細(xì)藍(lán)光，保證了激光 反射形成凹凸的輪廓線；然后，輪廓線經(jīng)過鏡頭在 輪廓線的精準(zhǔn)提取。其次，定制化的大孔徑大光圈 Sensor 組件進(jìn)行成像，被激光輪廓傳感器所采集； 鏡頭，光通量相當(dāng)于普通鏡頭的 4 倍，保證了極高 再者，傳感器的處理單元按照三角測量的原理計算 和恢復(fù)出激光輪廓線各點的深度信息。這一原理又 被形象地稱為“光切法”或“光刃法”。 51

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 的 MTF 解像力。第三，高達(dá) 90db 的高靈敏度、 激光輪廓傳感器秉持簡單易用的設(shè)計原則， 高動態(tài)范圍的專用 Sensor，確保在極端復(fù)雜場景 對外提供豐富的數(shù)據(jù)接口，可以輸出輪廓數(shù)據(jù)、點 也能實現(xiàn)良好成像。第四，通過莎姆光學(xué)設(shè)計，做 云數(shù)據(jù)、深度圖、亮度圖等。同時兼容多種觸發(fā)模 到全量程范圍內(nèi)的成像清晰。精細(xì)的光學(xué)裝調(diào)，激 式，支持差分編碼器觸發(fā)輸入，支持行觸發(fā)、幀觸 光、鏡頭、Sensor 完美協(xié)同，共同保證了激光輪 發(fā)，行 + 幀觸發(fā)的應(yīng)用模式。通過 SDK 可以非常 廓傳感器的高質(zhì)量成像。最后，激光輪廓傳感器采 方便地集成激光輪廓傳感器到第三方軟件框架，海 用內(nèi)置算力的一體化設(shè)計，相機(jī)內(nèi)置高速處理單元， 康機(jī)器人提供 C/C++、C#、Python 三種語言版本 處理速度最高可達(dá) 19KHz/s。 的 SDK，以及包括主流視覺分析軟件在內(nèi)的 10 多 種集成使用示例，便于用戶的二次開發(fā)。另外，在 強(qiáng)大的算法處理 配套的客戶端軟件中，深度圖調(diào)參支持一鍵調(diào)試， 并且提供 IO 信號監(jiān)測工具，便于現(xiàn)場快速調(diào)試和 在精細(xì)設(shè)計的硬件基礎(chǔ)上，還需要配備強(qiáng)大的 部署。 算法處理，才能讓激光輪廓傳感器的性能更卓越。 對于線激光三角測量來說，核心算法在于輪廓線中 心點的提取，高魯棒性的提取算法可以使傳感器輕 松應(yīng)對各種復(fù)雜場景；在中心點提取算法的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步結(jié)合亞像素超分辨處理算法，能夠?qū)⑻崛【? 度提升至 0.05 像素，從而提升傳感器的 Z 軸檢測 精度。 作為標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)產(chǎn)品，激光輪廓傳感器需要 VM 平臺，助力方案搭建 應(yīng)對各種材質(zhì)的 3D 數(shù)據(jù)采集，寬動態(tài)處理算法能 夠?qū)Σ煌瓷渎实牟馁|(zhì)采取不同的曝光參數(shù)，再進(jìn) ?？禉C(jī)器人為廣大客戶提供了性能強(qiáng)大的視覺 行融合處理，從而讓傳感器能夠同時應(yīng)對高反材質(zhì) 分析算法平臺軟件——VM。目前，激光輪廓傳感 和吸光材質(zhì)的輪廓提?。辉趹?yīng)對金屬表面時，反光 器的 3D 視覺分析已適配到 VM 框架下，具備 50 干擾會導(dǎo)致中心點提取錯誤，尤其是類似螺紋、插 多個 3D 算子功能，并且在持續(xù)增加。同時在方案 針一類具有多個金屬面的雜光，而抗反光算法則能 搭建過程中，還可以復(fù)用 100 多個 2D 算子。VM 夠有效降低這一影響。激光輪廓傳感器采集的 3D 軟件 3D 版本已廣泛用于 3D 圖像處理、 3D 測量、 數(shù)據(jù)，通常要經(jīng)過進(jìn)一步的后處理才能夠更好地進(jìn) 3D 定位和 3D 缺陷檢測等應(yīng)用中，為鋰電、汽配、 行算法分析，?？禉C(jī)器人在傳感器端內(nèi)置了豐富的 3C 等行業(yè)用戶搭建 3D 視覺方案提供便利。 后處理算法，包括空間濾波、時域濾波、空點填充、 雙向插值、邊緣延拓等，方便客戶選用，并且不占 用主機(jī)的 CPU 資源。 52

MACHINE VISION 2023/05 3D+AI，應(yīng)用廣泛 See You in 2023 鋰電行業(yè)持續(xù)的產(chǎn)能提升，對自動化提出了越來越高的要 與您相約 求，3D 視覺主要應(yīng)用在電芯段，具體包括電芯入殼前的極耳 焊接缺陷檢測，入殼后頂蓋焊縫尺寸測量、周邊焊接缺陷檢測、 2023年7月11-13日 頂蓋尺寸測量，注液完成后密封釘偏位檢測、焊接缺陷檢測， 以及電池包組裝前的外觀六面檢測。以方殼鋰電池的六面檢為 July 11-13,2023 例，劃痕、凹坑、鼓包等一系列缺陷都會對電池的后續(xù)使用造 成安全隱患，所以成品電芯的質(zhì)量檢測必不可少。但是，劃痕 上海 的規(guī)格不易量化，并且 3D 成像容易受外殼表面擦痕的影響， 視覺方案極易產(chǎn)生誤判，從而最終影響成品電芯的良率。而且 Shanghai 電芯包膜工序節(jié)拍要求高，對于 3D 視覺檢測帶了極大的挑戰(zhàn)。 針對以上難點，?？禉C(jī)器人采用 3D+AI 相結(jié)合的解決方 案，具體來說，針對激光輪廓傳感器的亮度圖進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn) 練，采用 AI 算法給出劃痕的候選區(qū)域，再進(jìn)一步映射到輪廓 傳感器的深度圖，計算每個劃痕的深度，從而能夠篩選出需要 檢測的 NG 樣品。3D+AI 的創(chuàng)新方法，不但滿足了方殼鋰電池 六面檢的需求，而且可以達(dá)到 0 漏檢、低誤判、高效率的檢測 效果。 除了電池六面檢之外，激光輪廓傳感器已經(jīng)在頂蓋尺寸測 國家會展中心（上海） 量、頂蓋防爆閥平整度檢測、頂蓋焊縫檢測、Busbar 焊接缺 National Exhibition and Convention Center 陷檢測等應(yīng)用中取得不錯的效果，完整覆蓋了鋰電電芯段全部 工藝的 3D 應(yīng)用。 Shanghai 隨著 3D 視覺技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D 視覺產(chǎn)品會應(yīng)用在更 中國（上海）機(jī)器視覺展暨機(jī)器視覺 多領(lǐng)域，比如，在汽配行業(yè)，3D 視覺可集中應(yīng)用在精密器件 技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研討會 測量、插針檢測和密封件檢測中；在 3C 行業(yè)，3D 視覺可集中 應(yīng)用在消費類電子產(chǎn)品的平整度、共面度、縫隙寬度和段差尺 China Shanghai Machine 寸測量中。?？禉C(jī)器人 3D 視覺將為各行各業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量提升保 Vision Exhibition And Machine 駕護(hù)航。 Vision Technology \& Application Conference 53

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 如何克服邊緣視覺的帶寬限制 廣州虹科電子科技有限公司 李新明 150GB/s 或 gb /s 的帶寬。我們在接口上確實取得 了一些進(jìn)步，我們的帶寬速度越來越快。但挑戰(zhàn)仍 然存在，即使有鏈接聚合也很難能跟上傳感器的發(fā) 展速度。最后，電腦的性能水平也存在問題，GPU 和 CPU 的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他領(lǐng)域。 邊緣視覺是指一個相機(jī)連接到一臺邊緣計算機(jī) / 嵌入式計算機(jī)，然后在云端進(jìn)行處理或存儲。同時， 我們也做一些機(jī)器控制?？蛻舴答仯? GigE 相機(jī)的 一個輸出已經(jīng)不夠用了，僅能把它連接到 PLC。我 們需要相機(jī)的第二個 1 GigE 的輸出通道，以便將 圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器。 也就是說，如果我們的解決方案是用高分辨率 的高速傳感器，我們有很多瓶頸，一個是我們已經(jīng) 討論過的攝像頭接口，然后是 GPU 和 CPU 的橋接 接口，還有 CPU 的負(fù)載或處理能力。最后，計算 機(jī)上送云端的帶寬在最好的情況下才能達(dá)到 1G。 我們整個行業(yè)都在追求更多像素，更高幀率、 如果我們有多個攝像頭，情況會變得更糟。 以及更高的空間分辨率和時間分辨率。 假 如 我 們 有 多 個 10 GigE 相 機(jī)、CoaXPress 或 100 GigE 相機(jī)，以 100 GigE 相機(jī)為例，速度大 如上圖所示，我們有很多的圖像傳感器，就是 概是每秒 96 千兆比特乘以攝像機(jī)的數(shù)量。然而大 棕色的那些點，點連接的線表示我們行業(yè)中常見的 多數(shù)情況下，我們電腦的最大帶寬接口 PCIe 3.0， 典型接口，PCIe 3.0 是藍(lán)色的線，CoaXPress v2 x4 其帶寬也只有 48 千兆比特每秒，這是最關(guān)鍵的瓶 是紅線。當(dāng)圖像傳感器高于某條線時，這個接口的 頸之一。 帶寬就已經(jīng)不夠去傳輸該圖像傳感器的數(shù)據(jù)了。 上 圖 中 有 很 多 圖 像 傳 感 器， 帶 寬 速 度 比 10 GigE、CoaXPress v1 快很多，甚至比 100 千兆接 口更快。這意味著圖像傳感器取得了巨大的進(jìn)步， 可以提供 1 萬幀、1 億或更多像素和速度遠(yuǎn)高于 54

MACHINE VISION 2023/05 解決這個問題的方法是在多攝像頭和 CPU 架 行圖像采集和處理。創(chuàng)新架構(gòu)將高端圖像采集與使 構(gòu)之間放置一個圖像采集卡的設(shè)備。圖像采集設(shè)備 用 Nvidia Jetson 的實時圖像處理和 / 或壓縮相結(jié) 可以做壓縮以及預(yù)處理。舉個例子，從圖像提取一 合 ? 在 Intel Arria 10 上具有可選預(yù)處理 / 壓縮功 定區(qū)域的 ROI 進(jìn)而減少總數(shù)據(jù)帶寬。 能的嵌入式計算機(jī) ? FPGA。 實際應(yīng)用中，對圖像采集卡的需求有哪些？我 HK-Gidel FantoVision 的另一個顯著特點是 們通常需要一個高帶寬的相機(jī)接口、多相機(jī)接口、 其開放式體系結(jié)構(gòu)支持 GPU 和 FPGA 上的嵌入式 超高精度的同步以及可定制的 IOs 來控制外圍設(shè) AI/ 圖像處理。軟件工程師可以使用 CUDA C/C++ 備。在處理過程中，需要能夠?qū)崟r并行處理，并且 和 NVIDIA 的庫在 GPU 上編寫他們的算法。此外， 需要低延遲、有一個大的 DRAM，從而計算復(fù)雜 使用新穎的 ProcVision 套件，在 FPGA 上開發(fā)和 的算法，因此我們需要很多個千兆比特每秒的內(nèi)存 部署可選的預(yù)處理塊既簡單又快速。 訪問帶寬。實時壓縮和 ROI 選擇是一種很好的解 決方法。 多 個 HK-Gidel FantoVision 單 元 可 以 相 互 連 接， 以 提 供 獨 特 且 可 擴(kuò) 展 的 拓 撲 結(jié) 構(gòu)。 使 用 對于系統(tǒng)開發(fā)人員來說，開發(fā)的便捷性也是關(guān) InfiniVision? 開放式框架抓取器流程，100 多個 鍵。一個開放的 FPGA 可以將一些特定的 IP 放在 傳感器可同步處理。 圖像采集卡上，例如通過 FPGA 的集成開發(fā)環(huán)境來 實現(xiàn)，快速實現(xiàn)算法和方案開發(fā)，所以圖像采集卡 HK-Gidel FantoVision 為高帶寬、低延遲應(yīng) 需要滿足靈活、易于使用的要求。 用的新型緊湊、經(jīng)濟(jì)高效、可擴(kuò)展的視覺和成像 解決方案開辟了道路。例如需要高分辨率、高速 最后是系統(tǒng)集成方面，如果我們有一個 PCI 3.0 度的交通監(jiān)測、面板檢測等，可以提取和識別高 x8 或 x16 能獲得最大的可用性能，并且具備小尺 分辨率圖像中的關(guān)鍵信息，如車牌號碼等。這些 寸和被動冷卻性能。是否能將圖像采集卡和計算機(jī) 信息可以通過云端或其他設(shè)備進(jìn)行傳輸，而不需 合二為一？ 要過多的帶寬。 具體而言，交通檢測應(yīng)用中有多個攝像機(jī)在拍 攝高分辨率圖像，通過圖像采集卡提取了 ROI 區(qū) 域甚至是車牌，在 GPU 上我們布署算法做車牌識 別，最后將識別的車牌號碼傳到云端上，從而不需 要很多帶寬。 虹 科 有 相 應(yīng) 的 產(chǎn) 品，HK-Gidel FantoVision 虹科是智能感知與機(jī)器視覺領(lǐng)域領(lǐng)先資源整合 40 是 一 款 開 創(chuàng) 性 的 小 型 計 算 機(jī)， 可 與 高 達(dá) 4 x 及技術(shù)服務(wù)落地供應(yīng)商，為用戶提供圖像采集卡、 10GigE Vision 或 4 X CoaXPress 2.0 相 機(jī) 連 接 進(jìn) FPGA 圖像處理和高帶寬圖像采集等服務(wù)。目前已 經(jīng)陸續(xù)在國內(nèi)完成了多家一線公司的汽車圖像采 集、AOI、晶圓半導(dǎo)體檢測項目。 55

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 可高速自動變焦的液體透鏡 ——輕松應(yīng)對景深迅速大范圍變化需求 上?？峋劭萍加邢薰?李昕閱 引言 傳統(tǒng)的調(diào)焦過程由一系列焦距固定的透鏡組 型液態(tài)透鏡的優(yōu)勢在于驅(qū)動方式可與傳統(tǒng)的相機(jī)模 成，利用光學(xué)元件結(jié)合復(fù)雜的運動實現(xiàn)變焦，這一 組中的馬達(dá)驅(qū)動相兼容，且所需行程相對更小。 過程需要對透鏡組的運動軌跡精確控制。傳統(tǒng)變焦 方案調(diào)焦速度慢、操作復(fù)雜、體積大 , 難以滿足機(jī) 液體透鏡與傳統(tǒng)透鏡性能對比 器視覺在電子制造或柔性產(chǎn)線中的檢測需求。高速 自動調(diào)焦技術(shù)以極小的體積和便捷的操作實現(xiàn)了快 液態(tài)透鏡有大屈光度工作范圍，可快速響應(yīng)， 速變焦功能 , 能夠在毫秒級內(nèi)輕松應(yīng)對不同大范圍 快速聚焦，適應(yīng)不斷變化的工作距離，是成像應(yīng)用 景深變化需求。 的理想工具。液體透鏡及傳統(tǒng)透鏡的參數(shù)特點對比 如下： 液體透鏡技術(shù)路線 響應(yīng)時間 傳統(tǒng)透鏡 液體透鏡 液態(tài)透鏡是含有光學(xué)液體的可調(diào)焦透鏡。當(dāng)電 對焦范圍 流或電壓驅(qū)動信號加載于液態(tài)透鏡元件時，該光學(xué) 使用步進(jìn)電機(jī) 毫秒級別 液體形狀也發(fā)生變化，從而改變透鏡的屈光度即改 成像質(zhì)量 數(shù)秒到數(shù)十秒 變了焦距。 較大 遲滯 小 數(shù)毫米到無窮遠(yuǎn) 目前較為成熟的液態(tài)透鏡技術(shù)主要有兩種：第 尺寸 通常在幾毫米 一種為電潤濕液態(tài)透鏡，基于電潤濕原理的液態(tài)透 功耗 成像質(zhì)量較好 鏡，通過施加電壓改變液體與介電層的潤濕角來改 透過率 普通加工成像質(zhì)量不高 成本不高 變液體界面的曲率，實現(xiàn)屈光度的變化；另一種為 工作溫度 但成本較低 薄膜型液態(tài)透鏡，使用外部機(jī)械力等驅(qū)動方式，對 極小 包裹有光學(xué)液體的彈性膜層施加壓力，改變薄膜的 超精密加工成像質(zhì)量好 不需要 形狀實現(xiàn)屈光度的變化。電潤濕液態(tài)透鏡的優(yōu)勢在 但成本極高 機(jī)械位移空間 于僅需改變液態(tài)透鏡的驅(qū)動電壓，即可改變液態(tài)透 小于 2 毫瓦 鏡的屈光度，不需要任何機(jī)械結(jié)構(gòu)的位移，而薄膜 較大（受機(jī)械震動影響） >97% -30 to +85 需要機(jī)械位移空間 體積大 幾十毫瓦 ＞ 97% -30 to +85 液態(tài)遠(yuǎn)心鏡頭的應(yīng)用場景 帶液態(tài)透鏡的遠(yuǎn)心鏡頭集成了可調(diào)焦的液態(tài)鏡 頭，在快速調(diào)整工作距離的同時，在整個工作距離 范圍內(nèi)保持遠(yuǎn)心度、畸變和圖像性能。對物體深度 56

MACHINE VISION 2023/05 進(jìn)行檢查時，僅需改變液體透鏡的工作電壓，即可 通過軟件將單次拍攝的不同景深的 改變液體透鏡的屈光度，從而改變遠(yuǎn)心鏡頭的工作 圖片合成出一張全景深的圖片 距離。帶液態(tài)透鏡的遠(yuǎn)心鏡頭的工作距離范圍通常 在十幾到數(shù)十毫米，且液體透鏡的響應(yīng)時間最快可 達(dá)幾毫秒到幾十毫秒，可在一秒內(nèi)采集十幾到幾十 張不同距離下的圖像，能夠滿足各類缺陷檢測的工 作深度及采集速度的需求。由于無需機(jī)械變焦部件， 液體遠(yuǎn)心鏡頭在工作中也避免了機(jī)械運動會帶來的 震動和可靠性等問題。 我們根據(jù)客戶真實的使用場景搭建了具有 110mm 景深的模擬 demo，首先讓相機(jī)在不同電 壓下迅速完成不同景深的抓拍，再通過圖像處理軟 件將多張圖片合成出一張全景深范圍的圖片。 結(jié)語 具有不同景深拼接完整酷聚 LOGO 的待測 demo 液態(tài)鏡頭能夠以毫秒級的反應(yīng)時間在近距離或 光學(xué)無窮遠(yuǎn)實現(xiàn)對焦，對于條碼讀取、包裝分類、 安保和快速自動化等需要在多個位置進(jìn)行對焦的應(yīng) 用來說是一種理想選擇，同時在半導(dǎo)體元件、PCB 檢測、太陽能電池片、IC 芯片、激光蝕刻等工業(yè) 應(yīng)用中發(fā)揮重要的作用。 APO 激光自動對焦模組 東莞市普密斯精密儀器有限公司 張自榮 普密斯科技深耕光學(xué)行業(yè)十余載，對精密測量 有著深刻的理解，將精益求精的理念融入產(chǎn)品 , 整合 光、機(jī)、電、算，2022 年推出 APO 激光自動對焦 模組 VP-LFS M8000 系列，這是一種用于光學(xué)系統(tǒng) 中實現(xiàn)自動對焦的設(shè)備，其優(yōu)點在于快速、精準(zhǔn)的 實現(xiàn)對焦，尤其適用于需要快速變換拍攝物體的場 景，例如移動拍攝、追蹤拍攝等。同時，激光自動 對焦模組也可以通過外部接口與其他設(shè)備進(jìn)行通訊 和控制，提高其應(yīng)用的靈活性和可擴(kuò)展性。 57

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 一般，自動對焦系統(tǒng)分兩類，被動對焦和主動對焦。 被動對焦，最常見的是圖像對比法，通過連續(xù)移 動鏡頭，分析各處的圖像找對焦面。這種方法的優(yōu)點 是成本低，無需額外增加硬件，常見的使用場合是數(shù) 碼相機(jī)、手機(jī)攝像頭等。缺點是對焦速度較慢，在特 定場合并不適用。 主動對焦，需要借助超聲波、激光等輔助元件進(jìn) 等領(lǐng)域。無論是在工業(yè)生產(chǎn)中的高精度激光加工， 行離焦量測量，適用于高速高精度的場合。 還是在科研領(lǐng)域的顯微觀測和實驗研究，都能夠 發(fā)揮重要作用，為用戶提供快速、準(zhǔn)確的對焦解 決方案。在實際應(yīng)用中，也已得到廣泛的認(rèn)可和 應(yīng)用。在精密加工、半導(dǎo)體制造、醫(yī)療器械等多 個領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，并取得了顯著的效果。 VP-LFS M8000 系列工作原理是光斑的大小和形 IC ( 引導(dǎo)及檢測 ) 狀與離焦量、在對焦面上下位置有關(guān)。當(dāng)光斑為右半圓， 晶圓基材 ( 引導(dǎo)及檢測 ) 被測面在對焦面上方；當(dāng)光斑為小圓點，被測面與對焦 面重合；當(dāng)光斑為左半圓，被測面在對焦面下方。利用這 銅箔 ( 引導(dǎo)及檢測 ) 個對應(yīng)關(guān)系，可計算出離焦量，從而實現(xiàn)快速對焦。 液晶屏 ( 引導(dǎo)及檢測 ) 系統(tǒng)特點： ? 結(jié)構(gòu)緊湊，將半導(dǎo)體激光器，光學(xué)系統(tǒng)，高速 信號處理模塊、激光控制、運動控制，以及軟件算法 集于一體對焦方式采用共軸對焦模式，有效解決對焦 時的遮擋問題； ? 適配通用物鏡，常用的 5X、10X、20X、50X 以及 100X 物鏡均可適用；可以對處于靜止或者實時 移動的多種類型的表面對焦如表面對焦、分層對焦等； ? 對焦精度 um 級，對焦速度高達(dá) 6.5khz 級，具 有對焦精度高，對焦速度快，產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，可 以廣泛應(yīng)用于復(fù)雜應(yīng)用及環(huán)境。 VP-LFS M8000 系列具有廣泛的適用性。可以集 成到現(xiàn)有客戶提供的顯微鏡系統(tǒng)中，也可以廣泛應(yīng)用 于顯微觀測實時對焦、精密激光焊接、精密激光切割 58

MACHINE VISION 2023/05 自研第三代萬兆網(wǎng)圖像采集卡 讓萬兆網(wǎng)替代 CameraLink 湖南邁德威視科技有限公司 陳斌 何攀 前言 萬兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī)出現(xiàn)丟幀有以下三個原因 為了解決萬兆網(wǎng)相機(jī)在傳輸過程中，容易丟包 1、工業(yè)視覺軟件 的問題，早在 2019 年，邁德威視就在全行業(yè)首發(fā) 了內(nèi)置 ISP 功能的 4 口萬兆網(wǎng)圖像采集卡，從此將 主要查看圖像空間等待可視化軟件進(jìn)行計算， 萬兆網(wǎng)相機(jī)的圖像傳輸穩(wěn)定性提高了一個新的臺階， 是否存在緩沖機(jī)制，以增加圖像緩存的緩沖時間， 在 7X24 小時的壓力測試下，4 路萬兆網(wǎng)相機(jī)配合 從而可以處理程序的操作。如果圖像在穩(wěn)定操作下 我司自研的萬兆網(wǎng)采集卡，可實現(xiàn)圖像“0 丟幀率”, 比 CPU 的整體處理速度更快地進(jìn)入，則當(dāng)緩存過 并且圖像采集在電腦端的 CPU 占用率接近 0%。 載時，將發(fā)生幀丟失。 相 比 CameraLink 接 口， 萬 兆 網(wǎng) 的 整 體 成 本 2、工業(yè)相機(jī)自身硬件 更低，普通超 6 類網(wǎng)線即可實現(xiàn) 100 米的傳輸，高 柔和坦克鏈線材配套產(chǎn)業(yè)鏈齊全，電腦端的 SDK 圖像傳感器首先將圖像傳送到工業(yè)相機(jī)的芯 和普通千兆網(wǎng)相機(jī)完全一致，沒有復(fù)雜的采集卡配 片，然后傳送到 PC。如果 PC 系統(tǒng)太忙而不能及 置過程，也無需單獨的采集卡 SDK 調(diào)用，邁德威 時處理接收到的圖像，并且圖像傳感器繼續(xù)傳送新 視發(fā)布的自研萬兆網(wǎng)采集卡，將圖像的傳輸穩(wěn)定性， 圖像，則工業(yè)相機(jī)必須有足夠的存儲器緩存，否則 提高到和 CameraLink 一個級別，讓萬兆網(wǎng)相機(jī)的 它將導(dǎo)致幀丟失。 使用性，像千兆網(wǎng)一樣簡單，萬兆網(wǎng)工業(yè)相機(jī)現(xiàn)在 已經(jīng)成為高速成像的主流。 3、PC 系統(tǒng)硬件 經(jīng)過多年產(chǎn)品迭代和優(yōu)化，邁德威視于近期將 這里的 PC 硬件驅(qū)動程序有偏差。對于 PC 機(jī) 發(fā)布第三代雙口自研萬兆網(wǎng)采集卡，成本進(jìn)一步優(yōu) 來說，最重要的事情是驅(qū)動程序的效率和 CPU 中 化，更加適合一臺電腦同時帶 1 到 2 個萬兆網(wǎng)相機(jī) 內(nèi)核模式的線程數(shù)。接收效率不高，工業(yè)相機(jī)沒有 并且要求高穩(wěn)定性傳輸?shù)膱龊稀? 足夠的緩沖存儲器。幀丟失也會發(fā)生。 59

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 通俗來說，就是因為萬兆網(wǎng)相機(jī)帶寬非常高， 工業(yè) 4.0 時代，也被稱為大數(shù)據(jù)時代、智能時代， 相對于千兆網(wǎng)提升了 10 倍，相比之前的 USB3.0 簡單來說就是通過通信技術(shù)、虛擬網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò) 也提升了一倍，因此，傳統(tǒng)的傳輸方式，對電腦 的結(jié)合，實現(xiàn)制造業(yè)的智能轉(zhuǎn)型。這是一個普遍的 的 CPU 要求非常高，一個普通的 I7 電腦，在接收 概念，這意味著幾乎所有的行業(yè)都有可能在工業(yè) 4.0 一路萬兆網(wǎng)圖像時，單核的占用率可以到百分之 時代升級。 八九十，在 CPU 負(fù)荷很重的情況下，再加上系統(tǒng) 的多任務(wù)調(diào)度，就可能瞬間造成 CPU 無法及時響 在這個智能時代，機(jī)器視覺技術(shù)早已融入日常 應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸請求，導(dǎo)致圖像丟包、丟幀、丟 生活和工作，應(yīng)用于各類行業(yè)，包括教育、工業(yè)檢 行，邁德威視自研的采集卡，從源頭上就解決了這 測、電子半導(dǎo)體、食品飲料、影像檢測、生物技術(shù) 個問題。 和醫(yī)療科研等，為社會發(fā)展做出潛移默化的貢獻(xiàn)。 了解萬兆網(wǎng)采集卡 MV-CXG40 由邁德威視自主研發(fā)的萬兆網(wǎng)采集卡解決了普 遍存在的工業(yè)相機(jī)丟幀丟行的問題，以絕對的優(yōu)勢 具備極低地 CPU 占用率，極高地穩(wěn)定性，并 占據(jù)市場，那么萬兆網(wǎng)采集卡究竟有什么優(yōu)勢解決 實現(xiàn)長距離地傳輸，從而替代 CameraLink 系統(tǒng)， 行業(yè)痛點呢？ 滿足工業(yè)現(xiàn)場地應(yīng)用條件， 邁德威視推出了國內(nèi) 首 款 支 持 GigEVision 協(xié) 議 的 萬 兆 網(wǎng) 四 口 CXG40 由于對工業(yè)精度的高要求，相機(jī)像素也隨之增 卡，以及近期即將發(fā)布的第三代雙口自研萬兆網(wǎng)采 加，檢測進(jìn)度的提高也導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的大幅增加，這 集卡 MV-CXG21。 對傳輸帶寬的要求更加嚴(yán)格。在我們的行業(yè)應(yīng)用案 例中，紡織生產(chǎn)行業(yè)需要機(jī)器視覺技術(shù)對布匹進(jìn)行 特點 缺陷、瑕疵 、色彩、劃傷等檢測 ，這個過程要求 必須檢測精度比較高達(dá)到 0.1mm ，檢測視野寬度 ? 12V PCIE/12V ATX 電源供電 ; 功耗 <20W。 為 3 米 , 出布速度為 200 米每分鐘。由于普通的單 臺相機(jī)無法在滿足精度要求的同時 覆蓋那么寬視 ? 一拖四路萬兆網(wǎng)相機(jī)，CPU 負(fù)荷僅在 1%-4% 野，所以解決的方案是用 4 臺 8K 彩色萬兆網(wǎng)線陣 之間。 相機(jī) XGL83C，配置 MV-CPE40 萬兆網(wǎng)卡。此時 用 4 臺 XGL83C 完成視野完全覆蓋，MV-CXG40 ? 卡內(nèi)完成圖像接收，圖像組幀，DMA 轉(zhuǎn)輸， 萬兆網(wǎng)卡連接 4 臺相機(jī)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X， CPU 零負(fù)擔(dān)。 完美地解決了其后顧之憂。 ? 卡上板載 4GB DDR 圖像緩存，即使 CPU 取 圖不及時，也不會造成數(shù)據(jù)丟失。 ? FPGA 硬件邏輯處理丟包重傳及時性高減少 丟包率，可靠性大幅度提高。 萬兆網(wǎng)采集卡的應(yīng)用 邁德威視萬兆網(wǎng)采集卡一直是眾多客戶和商家 的首選。四口萬兆網(wǎng)采集卡可用于連接萬兆工業(yè)攝 隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，行業(yè)也步入 4.0 時代。 像機(jī)，輕松滿足供電和帶寬需求，可以保證圖像數(shù) 據(jù)的穩(wěn)定性。同時在露天場所的監(jiān)控設(shè)備上使用上 萬兆網(wǎng)也是智慧城市、智能交通的趨勢。 60

MACHINE VISION 2023/05 Precitec 產(chǎn)品組合再添新成員 ——Enovasense 點傳感器 普雷茨特激光技術(shù)（上海）有限公司 曹瑩 普雷茨特于 1971 年在德國巴登成立，致力于推 動激光加工和光學(xué)測量技術(shù)的發(fā)展，目前在全球 22 個國家和地區(qū)設(shè)有子公司和代表處，形成了遍布全 球的銷售和運營網(wǎng)絡(luò)。 在光學(xué)測量方面，普雷茨特已經(jīng)成為全球知名 測量原理： 的創(chuàng)新型傳感器和光學(xué)探頭的德國制造商，產(chǎn)品涵 蓋光譜共焦、干涉、點、線和多點傳感器、區(qū)域掃 Enovasense 公司開發(fā)了一種創(chuàng)新的激光技術(shù) – 描傳感器和光譜線掃相機(jī)，并深入消費電子、半導(dǎo)體、 光熱測厚來測量各種涂層的厚度（如金屬、陶瓷、 玻璃、新能源汽車、醫(yī)療等行業(yè)。 油漆、聚合物、膠水等）。該激光設(shè)備能夠?qū)θ魏? 涂層進(jìn)行快速、非接觸、非破壞性的測量，而不會 在 2022 年 11 月，Precitec 已 經(jīng) 收 購 了 法 國 損壞被測材料。 巴黎 Enovasense 公司的大部分股份并將其招致麾 下，其余股份由兩位創(chuàng)始人 Jean Inard-Charvin 和 光熱測厚的本質(zhì)是通過周期性調(diào)制光源照射幅 Geoffrey Bruno 持有，他們將繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)公司的發(fā)展。 度（頻率），使被照射性物體的輻射發(fā)生周期變化， 這進(jìn)一步豐富了 Precitec 的產(chǎn)品范圍，拓寬更多應(yīng) 物體被加熱到產(chǎn)生穩(wěn)定輻射相較于光源的頻率有延 用領(lǐng)域。 時（調(diào)制頻率的相位差），通過相位的變化實現(xiàn)測厚。 熱輻射的延時受測試物體厚度，測試物體的熱學(xué)性 Enovasense 點傳感器是 Precitec 傳感器產(chǎn)品組 能以及基底材料影響。 合的最新成員，使用激光光熱技術(shù)來測量不透明和 半透明涂層的厚度，可對相關(guān)零件進(jìn)行快速、準(zhǔn)時、 非接觸式無損測量。 61

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) LEMO 同軸連接器 ? 探頭供電 ? 光電轉(zhuǎn)換信號傳輸 傳感器優(yōu)勢： 1. 輕型光熱輻射測量傳感器，占地面積小 傳感器組成： EnovasensePS 傳 感 器 頭 重 量 僅 為 150g， 尺 寸為 35 x 35 x 64mm，是在線檢測應(yīng)用中理想的 控制器： 輕量化、超緊湊型光熱傳感器。每個傳感器頭都有 ? 提供光源 ( 光源強(qiáng)度調(diào)制） 一個單獨的控制器，可以集成到幾乎任何狹小而緊 ? 信號處理 湊的空間中。傳感器頭和控制器之間的電纜最長可 達(dá) 20 米。此外，探頭沒有移動部件，使得集成無 探頭： 需任何維護(hù)。 ? 前置鏡頭：激光聚焦，準(zhǔn)直（控制工作距離 和光斑直徑） 2. 高精度測量任何涂層 ? 鍍膜窗 (coated Ge)：中紅外濾波（~3-5um） ? 光電半導(dǎo)體 / 光電二極管 : 感光元件 精確而穩(wěn)定的厚度測量可以用于任何類型的涂 層和基材材料，如：擴(kuò)散涂層或反射涂層、平面涂 光纖： 層或曲面涂層、粗糙涂層或拋光涂層 , 以及任何表 ? 導(dǎo)出光源（單向） 面，例如：鏡面、未加工金屬面、陶瓷或粘合劑表 面?？蓽y量的厚度范圍從納米到毫米，且多年來保 持亞微米級測量穩(wěn)定性。 3. 通用性極強(qiáng)的點傳感器系列 兩種尺寸的傳感器頭 , 緊湊型 T033 和超緊湊 型 T060, 都有不同的成角激光束，垂直于探頭長 度進(jìn)行測量。此外，各種光學(xué)前置鏡片可實現(xiàn)從 0.3mm 到 12mm 的各種工作距離和激光測量光斑 直徑。在 T033 測量頭上，可以放置特定的長距離 物鏡，使工作距離增加到 200mm，距離公差增加 到 ±50 mm。 4. 輕松集成到任何工業(yè)環(huán)境中 這種無損非輻射技術(shù)可進(jìn)行低對齊操作的測 量。Enovasense point sensor 的標(biāo)稱距離公差可 達(dá) ±50mm（測量頭的特殊配置），角度公差可達(dá) ±50°，具有獨特的易集成性。該傳感器對振動和 部件曲率與形狀的變化表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性。該傳 感器還可以在非常高的溫度下測量部件，適用于高 達(dá) +50°C 的室溫。 62

MACHINE VISION 2023/05 線掃條紋光源與光度立體算法的結(jié)合 ——特點與優(yōu)勢分析 東莞銳視光電科技有限公司 黃俊源 隨著計算機(jī)視覺和光學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，線掃 3、支持線掃和面陣兩種工作模式，適應(yīng)不同 條紋光源在三維重建、物體檢測等領(lǐng)域得到了廣泛 的應(yīng)用場景。 應(yīng)用。本文將結(jié)合光度立體算法，探討全新 P-DISL2 系列高速線掃型程控條紋光源的特點及優(yōu)勢，并分 4、 高 速 條 紋 圖 案 變 換， 線 掃 行 頻 最 大 可 達(dá) 析其在電池、玻璃、手機(jī)和金屬加工等行業(yè)的應(yīng)用。 71428 行 / 秒，提高檢測效率。 一、產(chǎn)品簡介 5、配有外置型線狀激光定位器，快速定位角度， 簡化調(diào)試過程。 全新 P-DISL2 系列是一款高速線掃型程控條 紋光源，能夠在同一個工位中高速產(chǎn)生橫向和縱向 條紋圖案的新型光源。光源將條紋圖案投影到被測 物上，相機(jī)利用鏡面反射形式采集被測物的鏡像特 征，適用于光澤工件上的細(xì)小缺陷檢測，如刮傷、 凹凸、臟污等。 P-DISL2 系列高速線掃型程控條紋光源采用廣 三、應(yīng)用領(lǐng)域 泛兼容的設(shè)計理念，配有一個專用光源控制器和對 外一置型線狀激光定位器。控制器配合專用軟件具 1、電池行業(yè)：P-DISL2 系列高速線掃型程控 有自由編輯條紋圖案功能，支持內(nèi)觸發(fā)模式、外觸 條紋光源可用于電池外觀檢測，包括表面刮痕、凹 發(fā)模式和第三方軟件通訊控制功能，線狀激光定位 凸、臟污等缺陷的檢測。通過光度立體算法，實現(xiàn) 器安裝在相機(jī)上，快速定位相機(jī)與光源的最佳角度， 對電池產(chǎn)品質(zhì)量的準(zhǔn)確評估，確保電池性能和安全。 簡單易用，適合多種線掃平臺使用。 二、優(yōu)勢特點 2、玻璃行業(yè)：在玻璃制品生產(chǎn)過程中，細(xì)微 的劃痕、氣泡和局部變形等缺陷可能影響產(chǎn)品的質(zhì) 1、能夠投影橫向和縱向的條紋圖案，滿足多 量和使用壽命。P-DISL2 系列高速線掃型程控條紋 樣化的檢測需求。 光源與光度立體算法相結(jié)合，能夠?qū)ΣＡП砻孢M(jìn)行 高精度的檢測，提高產(chǎn)品質(zhì)量。 2、能夠修改條紋的寬度、間隔、偏移等參數(shù)， 自由編輯條紋圖案。 3、手機(jī)行業(yè)：手機(jī)外殼、屏幕和鏡頭等部件 的外觀質(zhì)量對產(chǎn)品整體質(zhì)感和使用體驗具有重要影 響。P-DISL2 系列高速線掃型程控條紋光源在手機(jī) 行業(yè)的應(yīng)用，可以幫助廠家及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中的細(xì)小 缺陷，提升手機(jī)產(chǎn)品的品質(zhì)。 63

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 4、金屬加工行業(yè)：金屬零件加工過程中可能 分。利用圖像處理技術(shù)，可以準(zhǔn)確地提取出缺陷信 產(chǎn)生刮痕、凹陷和臟污等缺陷。利用 P-DISL2 系列 息，為后續(xù)的質(zhì)量分析和控制提供依據(jù)。 高速線掃型程控條紋光源和光度立體算法，可以實 現(xiàn)對金屬零件表面的高精度檢測，提高產(chǎn)品質(zhì)量， 降低生產(chǎn)成本。 豎條紋投影在各行業(yè)效果圖， 通過以上步驟，P-DISL2 系列高速線掃型程控 有利于檢測明暗交界才可呈現(xiàn)的缺陷 條紋光源與光度立體算法相結(jié)合，可以實現(xiàn)對不同 行業(yè)中光澤工件上的細(xì)小缺陷進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的檢 四、操作與實現(xiàn) 測。這種方法具有操作簡單、靈活性高、檢測速度 快等優(yōu)勢，為各行業(yè)提供了強(qiáng)大的質(zhì)量控制手段。 P-DISL2 系列高速線掃型程控條紋光源在使用 過程中，可以根據(jù)需求設(shè)置光源每次切換的圖案及 五、結(jié)論 切換的圖案數(shù)量。以下是一個典型的操作流程： P-DISL2 系列高速線掃型程控條紋光源與光度 1、設(shè)置光源圖案：通常在線掃拍照時，可以 立體算法的結(jié)合，為電池、玻璃、手機(jī)和金屬加工 設(shè)置 8 種圖案。這些圖案在投影過程中，可以產(chǎn)生 等行業(yè)提供了一種高效、準(zhǔn)確的檢測方法。其優(yōu)勢 橫向和縱向的條紋變化，以滿足不同的檢測需求。 特點包括多功能的條紋圖案、高速條紋變換、簡化 的角度定位等，使得在不同應(yīng)用場景下都能發(fā)揮出 2、拍照與圖像拆分：在獲得原始圖像后，需要 良好的檢測效果。隨著計算機(jī)視覺和光學(xué)技術(shù)的不 對其進(jìn)行拆分，將原始圖像分解為 8 張子圖。每張 斷發(fā)展，我們相信這種技術(shù)將在未來獲得更廣泛的 子圖包含了不同方向的條紋信息，如縱向條紋投影 應(yīng)用，為各行業(yè)的質(zhì)量控制提供更加便捷和高效的 產(chǎn)生明暗場變換，而橫向條紋投影則產(chǎn)生灰度變化。 解決方案。 3、選擇合適的條紋圖案組合：從 8 張子圖中， 應(yīng)用場景與成果展示 根據(jù)實際應(yīng)用需求，選取 4 張子圖，這些子圖包含 了不同方向的條紋信息。通過這些信息，可以利用 光度立體算法進(jìn)行圖像合成。 4、光度立體合圖與缺陷提?。簩⑦x定的 4 張 子圖輸入光度立體算法，對其進(jìn)行合成處理。合成 后的圖像將包含被測物的表面信息，突顯出缺陷部 64

MACHINE VISION 2023/05 “機(jī)器視覺 +AI 深度學(xué)習(xí)”賦能制造產(chǎn)業(yè) 以創(chuàng)新驅(qū)動制造生產(chǎn)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級 浙江深眸科技有限公司 田川 在智能制造的浪潮中，現(xiàn)代社會對于高精度、 3D 視覺等機(jī)器視覺相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)，促使國內(nèi)制造 多樣化產(chǎn)品需求量加大，越來越多的制造企業(yè)積極 業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型速度加快。 探索現(xiàn)代化生產(chǎn)線建設(shè)，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級，持續(xù)提 升產(chǎn)線數(shù)字化與智能化程度。 基于數(shù)智化的智能制造，離不開人工智能技術(shù) 在機(jī)器視覺系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，AI 算法決定 的支持。隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，作為其重 著機(jī)器視覺智能性和安全性；深度學(xué)習(xí)技術(shù)則通過 要分支之一的機(jī)器視覺，其行業(yè)市場規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò) 建立深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，實現(xiàn)對圖像 大，預(yù)計到 2025 年我國機(jī)器視覺市場規(guī)模將達(dá)到 等視覺信息的識別、分類與檢測；3D 視覺技術(shù)則 349 億元，發(fā)展前景廣闊。 通過算法獲取三維立體成像，得到高度、角度、體 積等信息，解決以往 2D 視覺體驗和安全性較差的 三大要素促就機(jī)器視覺行業(yè)廣闊前景 問題。 1、政策支持 目前，國內(nèi)視覺產(chǎn)品在這些創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用下， 在精準(zhǔn)度、處理速度、應(yīng)用范圍等方面大幅提升， 近年來，我國在工業(yè)制造領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，通過 持續(xù)助力制造業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級。 政策不斷加碼，自上而下地推進(jìn)裝備制造行業(yè)良性 發(fā)展。而機(jī)器視覺技術(shù)憑借較高精度，廣泛應(yīng)用于 深眸科技加大研發(fā)投入，持續(xù)增強(qiáng)技術(shù)與 裝備制造行業(yè)。 產(chǎn)品競爭力 2、人工成本上升 機(jī)器視覺行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，離不開技術(shù)與產(chǎn) 品的創(chuàng)新。隨著本土機(jī)器視覺廠商經(jīng)驗的積累，目 隨著我國人口老齡化程度加深，人力成本進(jìn)一 前國內(nèi)機(jī)器視覺企業(yè)對于技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)投入高 步上漲，許多制造企業(yè)生產(chǎn)線“機(jī)器換人”的需求日 度重視，持續(xù)增強(qiáng)市場競爭力，深眸科技也不例外。 益提升，對于機(jī)器視覺系統(tǒng)的需求也將進(jìn)一步擴(kuò)大。 自成立以來，深眸科技深耕于機(jī)器視覺領(lǐng)域， 3、制造業(yè)轉(zhuǎn)型需求 沉淀了豐富的技術(shù)儲備和強(qiáng)大的產(chǎn)品研發(fā)能力，以 傳統(tǒng)機(jī)器視覺、深度學(xué)習(xí)和自研 2000+AI 行業(yè)模 在智能制造的浪潮中，國內(nèi)制造行業(yè)面臨轉(zhuǎn)型， 型，圍繞工業(yè)視覺的創(chuàng)新應(yīng)用場景，成功構(gòu)建輕轍 亟需在生產(chǎn)工藝及技術(shù)層面取得突破。而機(jī)器視覺 技術(shù)的出現(xiàn)，大幅提升了產(chǎn)線的智能化程度，助力 企業(yè)的精確生產(chǎn)與質(zhì)量控制。 機(jī)器視覺技術(shù)升級，持續(xù)賦能制造行業(yè)轉(zhuǎn)型 中國作為全球制造業(yè)的中心，正在成為機(jī)器視 覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一。基于 AI 算法、深度學(xué)習(xí)、 65

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 視覺引擎、工業(yè)視覺平臺、工業(yè) AI 視覺系統(tǒng)等創(chuàng) 新應(yīng)用。 除此以外，深眸科技具有較強(qiáng)的圖像、視頻識 食品行業(yè)·豬肉分揀、貼標(biāo) 別處理技術(shù)，能夠處理上千個圖像算法模型，多種 交互開發(fā)工具還具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)中臺開發(fā)能力。深 深眸科技通過工業(yè) AI 視覺系統(tǒng)，深度學(xué)習(xí)豬 眸科技以創(chuàng)新的技術(shù)與視覺產(chǎn)品，滿足制造業(yè)客戶 肉圖片樣本中大量的色度、形狀和紋理信息，建立 在工業(yè)生產(chǎn)過程中的差異化需求，也為機(jī)器視覺在 準(zhǔn)確的算法模型；在線實時監(jiān)測，不受來料隨機(jī)混 各行各業(yè)的鋪開奠定了基礎(chǔ)。 料的影響，算法判斷類別后系統(tǒng)可以快速輸出對應(yīng) 標(biāo)簽；利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，后續(xù)新增品類也只需進(jìn) 木材行業(yè)·木板缺陷檢測 行簡單的訓(xùn)練操作，就可以進(jìn)行分類和貼標(biāo)，保證 了新品的準(zhǔn)時上線。 木材作為一種自然材料，其缺陷不一致性極大。 通過輕轍視覺引擎的 AI 算法對各類缺陷的大量圖 工業(yè) AI 視覺系統(tǒng)將識別速度提升至 100 盒 / 像樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，成功利用目標(biāo)識別對木材常見缺 分鐘，標(biāo)簽貼錯率降低至 1%，實現(xiàn) 24 小時持續(xù)識 陷進(jìn)行定位，對每一個缺陷都建有一個準(zhǔn)確的算法 別，大幅提高豬肉分類、貼標(biāo)的效率。 模型。輕轍視覺引擎不僅實現(xiàn)較強(qiáng)的尺寸兼容性， 同時提升檢測速度至 4m/s，將漏檢率降低至 0.05% 以下，精準(zhǔn)識別木材缺陷。 家電行業(yè)·鈑金件缺陷檢測 除上述行業(yè)外，深眸科技的創(chuàng)新視覺產(chǎn)品在周 轉(zhuǎn)箱拆轉(zhuǎn)垛、配件防錯漏檢測、精沖件檢測、電池 在鈑金件批量生產(chǎn)的過程中，常常會出現(xiàn)劃痕、 缺陷檢測等眾多行業(yè)細(xì)分場景實現(xiàn)應(yīng)用，持續(xù)賦能 污漬、凹凸等不可避免的缺陷，通過深眸科技工業(yè) 各行各業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，讓工業(yè)企業(yè)在較低的時 視覺平臺超高分辨率的成像系統(tǒng)抓取圖像信息并分 間成本下，快速增強(qiáng)產(chǎn)線的自動化、智能化、柔性 析，以算法快速響應(yīng)，做到樣品到批量成品的復(fù)制 化程度，從而提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)企業(yè)降本增效。 加工，同時其檢測范圍全，能夠覆蓋零件的全部輪 廓和尺寸。 在機(jī)器視覺這條廣而闊的賽道上，我們需要通 過不斷創(chuàng)新技術(shù)與產(chǎn)品，助力機(jī)器視覺行業(yè)的快速 通過上述多種技術(shù)優(yōu)勢，工業(yè)視覺平臺 30 秒 發(fā)展，持續(xù)推動工業(yè)自動化進(jìn)程，擴(kuò)展機(jī)器視覺技 內(nèi)便可完成鈑金件缺陷檢測，1 分鐘內(nèi)完成模型切 術(shù)的應(yīng)用范圍。相信未來，通過工業(yè)制造領(lǐng)域數(shù)字 換，輸出結(jié)果準(zhǔn)確率不低于 99.9%，人工干預(yù)率小 化與智能化轉(zhuǎn)型升級，機(jī)器視覺行業(yè)將呈現(xiàn)一片繁 于 0.19%，從而做到鈑金件缺陷全檢。 榮景象。 66

MACHINE VISION 2023/05 TOF 相機(jī) HDR 功能可有效改善 復(fù)雜場景中物體測量的精度 青島維感科技有限公司 劉濤 王立平 ToF(Time-of-Flight) 感知技術(shù)作為三維視覺成像領(lǐng)域主流技 了 HDR 高動態(tài)范圍模式：即通過設(shè)置多個不同 術(shù)之一，發(fā)展迅猛，伴隨著半導(dǎo)體元器件尺寸的不斷縮小，結(jié)構(gòu) 曝光時間的方式，將采集到的多個圖像合成到一 緊湊、極具性價比優(yōu)勢的 TOF 深度相機(jī)得到了越來越多的行業(yè)關(guān) 幀中，完成對整個復(fù)雜場景的成像。 注，在工業(yè)和消費電子領(lǐng)域針對整個場景的多點 3D 視覺、3D 建 模輔助、3D 深度感知等場景，應(yīng)用需求日益增加。 在針對距離較近易過曝的區(qū)域與高反射率 物體時，利用短曝光時間進(jìn)行成像；在針對低反 ToF 深度相機(jī)是一種主動成像的方式，即相機(jī)系統(tǒng)向目標(biāo)發(fā) 射率的物體時，利用長曝光時間進(jìn)行成像，最終 射激光，通過接收端傳感器感知到目標(biāo)反射光的時間，從而計算 將不同曝光時間下取得的圖像合成到一幀中，從 出目標(biāo)與相機(jī)之間的距離。TOF 深度相機(jī)技術(shù)是通過一次性成像 而獲得更為精確的深度圖像，減少距離遠(yuǎn)近與物 來提供完整場景深度圖，無掃描器件，成像速度快，計算負(fù)荷低， 體反射率差異對 ToF 相機(jī)深度檢測數(shù)據(jù)的影響。 不論對于移動中的物體，還是靜態(tài)的物體，不論在黑暗環(huán)境中， 還是在室外光照較強(qiáng)烈的環(huán)境中，不論對于低反射率還是高反射 率的物體，都有機(jī)會獲取到較為理想的深度數(shù)據(jù)。 鑒于上述優(yōu)點，ToF 相機(jī)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于 3D 檢測與 識別、AGV 避障、機(jī)械手抓取、體積測量等工業(yè)場景中。 圖 1 ToF 相機(jī)原理圖示 圖 2 HDR 模式下，針對不同曝光時間的 距離測量判斷圖示 本文重點介紹在復(fù)雜環(huán)境中，當(dāng)同時存在高反光率物體如金 屬件與低反光率如黑色表面物體時，如何通過技術(shù)手段提升 ToF 下面將通過兩個實例解釋 ToF 相機(jī)如何通 相機(jī)的檢測精度。 過開啟 HDR 功能來改善對復(fù)雜場景中同時存在 高低反射率物體時的拍攝效果。 首先，從 ToF 相機(jī)的檢測原理來理解這個問題，當(dāng)采用固定 曝光時間模式時，相機(jī)在同時拍攝高反射率與低反射率物體時，較 實例一：拍攝下述雜亂物體 難將曝光時間調(diào)到一個均衡的位置，可同時準(zhǔn)確地捕捉到高反射率 與低反射率物體的深度圖像；當(dāng)我們增加曝光時間時，利于黑色物 體的識別，但近距離區(qū)域容易出現(xiàn)過曝的現(xiàn)象；而降低曝光時間時， 對于低反射率物體的識別又會存在點云缺失的現(xiàn)象。 為了解決這個問題，維感科技在 ToF 相機(jī)曝光時間方面增加 圖 3 被拍攝的雜亂復(fù)雜物體 67

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 未開啟 HDR 模式 未開啟 HDR 模式 圖 4 未開啟 HDR 模式，使用單一低曝光時間時，雜亂復(fù)雜物 圖 8 未開啟 HDR 模式，使用單一低曝光時間時，車輪成像效果 體的成像效果 圖 5 未開啟 HDR 模式時，使用單一高曝光時間，雜亂復(fù)雜物 圖 9 未開啟 HDR 模式，使用單一高曝光時間時，車輪成像效果 體的成像效果 單一 低 曝 光 時 間 的 情 況下，低 反 射 率 的 黑色 輪 單一低曝光時間的情況下，低反射率的黑色膠皮 胎點云數(shù)據(jù)缺失，單一高曝光時間的情況下，高反射 線點云數(shù)據(jù)缺失；單一高曝光時間的情況下，高反射 率的金屬輪轂出現(xiàn)了過曝現(xiàn)象，點云數(shù)據(jù)缺失。開啟 率的泡沫包裹和白色紙箱點云數(shù)據(jù)缺失。開啟 HDR HDR 模式后，點云數(shù)據(jù)缺失的問題得到了明顯改善， 模式后，ToF 相機(jī)首先使用高曝光時間對低反射率的 無論低反射率的黑色輪胎，還是高反射率的金屬輪轂 物體進(jìn)行成像，對于高曝光時間下過曝的區(qū)域，使用 的點云數(shù)據(jù)都是較為完整準(zhǔn)確的。 低曝光時間進(jìn)行成像，最終將不同曝光時間下取得的 圖像合成到一幀中，即可得到 HDR 模式開啟下的圖像， 可以看到點云數(shù)據(jù)缺失的問題得到了明顯改善。 圖 6 開啟 HDR 模式時，雜亂復(fù)雜物體的成像效果 圖 9 開啟 HDR 模式時，轎車車輪的成像效果 實例二：拍攝轎車車輪 ToF 相機(jī)的 HDR 模式，在很大程度上拓展了其 在工業(yè)領(lǐng)域與服務(wù)類機(jī)器人方面的應(yīng)用。維感科技是 圖 7 被拍攝的車輪 國內(nèi)從事工業(yè)級 ToF 相機(jī)的廠商，已推出多款產(chǎn)品， 具有高幀率、抗光性好，在移動中的物體檢測方面表 現(xiàn)尤為出眾，目前有搭配機(jī)械臂進(jìn)行拆垛，搭配蜘蛛 手進(jìn)行物體 3D 識別與抓取，裝載于 AGV 進(jìn)行托盤與 貨物識別，避障等應(yīng)用。 68

MACHINE VISION 2023/05 高性能、高集成、高品質(zhì)源于 嵌入式計算機(jī)圖像采集與處理技術(shù) 天津市中環(huán)電子計算機(jī)有限公司 馬玉生 天津市中環(huán)電子計算機(jī)有限公司提供“一站式” 此，機(jī)器視覺技術(shù)的成功應(yīng)用，必須有專業(yè)可靠的 的 ODM 制造服務(wù)，致力于成為以自主可控、信息 計算機(jī)硬件為其提供基礎(chǔ)支撐。順應(yīng)發(fā)展大勢，中 安全技術(shù)為核心的工業(yè)控制計算機(jī)品牌提供商。 環(huán)計算機(jī)融合嵌入式計算機(jī)技術(shù)和圖像采集與處理 技術(shù)，推出了高集成、高品質(zhì)、高性能的機(jī)器視覺 系統(tǒng)用計算機(jī)產(chǎn)品方案 ZHEPC-Q370-646220。 產(chǎn)品性能： 機(jī)器視覺技術(shù)即以機(jī)器人代替人眼作各種測量 本產(chǎn)品是一款無風(fēng)扇設(shè)計的工業(yè)控制電腦主 和判斷，用計算機(jī)來實現(xiàn)對客觀三維世界的識別。 機(jī)，基于 Intel 第 8 代處理器平臺 Coffee lake 平臺， 它涉及到計算機(jī)、圖像處理、模式識別、人工智能、 采用 Q370 芯片組，支持 Intel 8th/9th 酷睿 i3/i5/ 信號處理等多個領(lǐng)域，可以通過視覺傳感器獲取環(huán) i7 系列或者奔騰、賽揚系列處理器。支持 WIN10 境的圖像，并通過視覺處理器進(jìn)行分析和處理，進(jìn) 以及 Linux 各版本的操作系統(tǒng)。本產(chǎn)品由鋁材料 而轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，讓機(jī)器人能夠完成檢測、識別、 散熱件與板金殼體構(gòu)成，其中鋁散熱件做表面噴砂， 定位、抓取、碼放等一系列功能，適用于加工制造、 板金殼體采用厚度 T=2mm 的金材料打造。 智能交通、倉儲物流等多行業(yè)領(lǐng)域。 從功能上來看，機(jī)器視覺系統(tǒng)的優(yōu)勢主要表現(xiàn) 在系統(tǒng)的反應(yīng)速度和視覺信息的準(zhǔn)確采集方面，同 時還可以對被測物體進(jìn)行精準(zhǔn)定位，視覺信息的處 理技術(shù)主要依賴于計算機(jī)平臺的圖像處理方法，因 69

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 解決其他行業(yè)訴求： 行業(yè)訴求 專注解決 越來越豐富的功能外設(shè) 前后雙顯或多顯亂序 集成度更高、 更精密的研發(fā)設(shè)計 SOC 級對策方案設(shè)計 串口（COM）穩(wěn)定性兼容性 多 SIO 復(fù)用集聯(lián)設(shè)計 網(wǎng)絡(luò)通信可靠性 LAN 芯片性能冗余保障 多樣性運輸 / 應(yīng)用下的可靠性 部分軍工工藝 / 研發(fā)細(xì)節(jié)體現(xiàn) 開發(fā)周期、成本控制 PCB Colay/ 工控機(jī)模組化設(shè)計 核心部件選用 -20℃ -70℃工業(yè)級器件（高于 行標(biāo) 0℃ -60℃），工業(yè)級器件用料保證長壽命可 靠 性； 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 充 分 考 慮 振 動、 散 熱、EMC、 易 于維護(hù)等方面要求。 本產(chǎn)品基于 Intel 第 8 代高性能處理器，并配 中環(huán)計算機(jī)還可為機(jī)器視覺領(lǐng)域客戶提供嵌入 備豐富的 IO 接口；該款產(chǎn)品外型簡約、結(jié)構(gòu)牢固， 式準(zhǔn)系統(tǒng)和工業(yè)整機(jī)的生產(chǎn)定制，可提供系統(tǒng)安全 功能穩(wěn)定，是一款為機(jī)器視覺、工業(yè)自動化控制類 加密等客制化要求。產(chǎn)品嚴(yán)格按照工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)打造， 應(yīng)用而打造的無風(fēng)扇電腦主機(jī)產(chǎn)品。 抗高低溫、抗震、防塵，電磁兼容性良好，具有高 環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性。 大量快速處理 2D 或者 3D 圖像數(shù)據(jù)，工控機(jī) 處于高負(fù)荷狀態(tài)，所以整機(jī)的散熱尤為關(guān)鍵，散熱 良好與否直接影響 CPU 能否滿負(fù)荷工作，能否長 時間穩(wěn)定運行等。本機(jī)器為無風(fēng)扇設(shè)計，經(jīng)測試其 數(shù)據(jù)完全能夠滿足使用要求，完美解決 TDP65W 以下 CPU 的散熱問題，保證主機(jī)低故障、長壽命 穩(wěn)定運行。 多個 USB 接口相機(jī)高速工作，USB 功耗過大， 中環(huán)計算機(jī)還有其他十幾款工控機(jī)，應(yīng)用于新 電壓拉低，會造成 USB 設(shè)備失效，嚴(yán)重影響穩(wěn)定性。 興行業(yè)如半導(dǎo)體、光伏、3C、鋰電等，廣泛應(yīng)用于 這款產(chǎn)品使用系統(tǒng)級升壓，100% 保證負(fù)載正偏差 視覺檢測系統(tǒng)，視覺對位系統(tǒng)，視覺測量系統(tǒng)、產(chǎn) 取電，滿載時電壓能夠滿足穩(wěn)定要求，外接攝像頭 品分揀系統(tǒng)等，保障多種機(jī)器視覺設(shè)備的穩(wěn)定運行。 不會因為電壓低而失效。 數(shù)據(jù)顯示滿載的情況下，USB3.0 穩(wěn)定在 9V， USB2.0 穩(wěn)定在 5V，眾多品牌和功能的攝像頭穩(wěn)定 運行。 70

MACHINE VISION 2023/05 10~100GIGE 視覺的優(yōu)勢 Emergent Vision John Ilett 文 秦勇松 譯 隨著對驅(qū)動機(jī)器視覺應(yīng)用的高速解決方案的 GigE：從傳統(tǒng)到優(yōu)化 需求，制造商在組件方面有許多選擇。幀抓取器 是一個選擇。然而，通過在驅(qū)動程序?qū)用孢M(jìn)行改 傳 統(tǒng) 的 GigE 幀 采 集 模 型 如 圖 2 所 示。 當(dāng) 1g 變——加上現(xiàn)有的高速網(wǎng)卡技術(shù)——有可能在與基 不是最優(yōu)時，為了實現(xiàn)更高性能的驅(qū)動程序，建議 于幀捕獲器的技術(shù)相同的性能和更低的成本下達(dá)到 使用基于 Intel PRO/1000 的網(wǎng)卡。 100GigE 甚至更高的速度。以下是 GigE 視覺相機(jī) 的簡要時間表，界面的細(xì)節(jié)、優(yōu)點和好處，以及關(guān) 優(yōu) 化 后 的 GigE 模 型（ 圖 3 所 示） 提 供 了 遠(yuǎn) 于使用 10GigE 至 100GigE 在制造業(yè)和其他領(lǐng)域保 程 直 接 內(nèi) 存 訪 問 (RDMA) 和 基 于 融 合 以 太 網(wǎng) 的 持機(jī)器視覺解決方案領(lǐng)先的信息。 RDMA (RoCE)。該系統(tǒng)具有低 CPU 占用、無幀丟失、 低抖動和低延遲的特點，與 CoaXPress (CXP) 相同。 GigE 相機(jī)發(fā)展的簡要背景 2010 年，Emergent Vision Technologies 推 圖2 出了第一款 具有 10GigE 接口的相機(jī)。為了滿足市 場對先進(jìn)的圖像傳感器和對更高速度接口的需求， 優(yōu)化 RDMA 后的 GigE 模型提供了從一臺主 我們在 2018 年發(fā)布了第一 代 25GigE 相 機(jī)。之 后 機(jī) ( 存儲器或計算機(jī) ) 的內(nèi)存直接訪問另一臺主機(jī) 隨 著 傳感 器 速 度 的 不 斷提 高，再 次 推 動了 對 高 速 相 的內(nèi)存，而不涉及遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)和 CPU。RoCE 是 機(jī)的需求，公司也隨之在 2020 年推出了 100GigE 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使 RDMA 在以太網(wǎng)上的高效數(shù)據(jù)傳輸 相機(jī) ( 圖 1)。 成為可能，允許通過硬件 RDMA 引擎實現(xiàn)傳輸負(fù) 載。這種設(shè)計網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化了性能，具有更低的延遲、 圖 1 100GigE 相機(jī) 更低的 CPU 負(fù)載和更高的帶寬。 今天，許多 GigE Vision 解決方案和配件都是 圖3 可用的。通常，相機(jī)控制分辨率和幀率，這是高速 成像應(yīng)用中的決定性因素。然而，附件和集成在圖 像采集框架中也起著重要的作用。一家信譽(yù)良好的 機(jī)器視覺技術(shù)公司提供完整的采集解決方案，并就 經(jīng)過良好測試的架構(gòu)提供建議，以提供超高速應(yīng)用 所需的性能。 71

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) GigE 視覺優(yōu)勢 GigE Vision 與 CoaXPress： 現(xiàn) 實 生 活 中 的例子和對比 隨著 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化和 GigE 解決方案的成功，制 造商有許多硬件、軟件和配件的選擇。例如，GigE 圖 5 所示的 GigE Vision 解決方案顯示了 24 視覺解決方案可以使用現(xiàn)成的網(wǎng)卡或 FPGA 卡直接 只 10GigE 相機(jī)，一個 PTP 同步開關(guān)，將 24 只相 連接到 100GigE 相機(jī)，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。 機(jī)復(fù)用到雙 100G 鏈路上，以及一個用于將圖像幀 放入系統(tǒng)內(nèi)存的單槽 100G 雙網(wǎng)卡。同等的 CXP 成像系統(tǒng)設(shè)計的一個驅(qū)動力是對更高級機(jī)器視 系統(tǒng)需要三個八進(jìn)制 CXP 采集卡。本例中 10GigE 覺的需求。例如，圖形處理單元 (GPU) 在涉及更高 和 CXP6 之間的差異如表 1 所示。 速度、3D 成像和深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用程序中得到了越 來越多的使用。集成 GPU 可以引入 AI 解決方案來 驅(qū)動高級成像系統(tǒng)。AI 處理技術(shù)的一個重大進(jìn)步 是 NVIDIA 的 BlueField-2， 它 將 NIC 和 GPU 結(jié) 合到一個一卡通解決方案中。這些創(chuàng)新繼續(xù)發(fā)展和 擴(kuò)展機(jī)器視覺和成像技術(shù)的能力。 圖4 圖5 借助第三方現(xiàn)成的配件、GPU 支持、快速的 圖 6 中的另一個實際部署展示了 12 只 25GigE 數(shù)據(jù)傳輸和不斷增加的幀率；GigE 相機(jī)的好處是 相機(jī)、一個開關(guān)和一個雙 100G 網(wǎng)卡。為了使 CXP 擴(kuò)大了使用范圍到工廠以外。如圖 4 所示，兩個具 系統(tǒng)達(dá)到與此設(shè)置相同的性能水平，它需要 12 只 有雙網(wǎng)卡和 NVIDIA Xavier GPU 的 25 GigE 相機(jī) CXP12 相機(jī)加上 3 個單獨的 CXP12 采集卡。那些 為無人機(jī)系統(tǒng)部署提供了精確的架構(gòu)。 希望在較長距離部署光纖 CXP 選項的人還需要在 材料清單中增加 6 個光纖適配器，進(jìn)一步增加項目 隨著成像解決方案走出工廠，GigE Vision 降 的總成本。 低復(fù)雜性的能力對原始設(shè)備制造商越來越重要。此 外，由于 SFP+ (10G)、SFP28 (25G) 和 QSFP28 (100G) 圖6 提供了低成本的商用收發(fā)器部件，單模光纖的傳輸 距離可以達(dá)到 10 公里以上。電纜長度在相機(jī)可能 在 圖 7 中 的 另 一 個 示 例 中， 它 需 要 2 只 需要遠(yuǎn)離 PC 的應(yīng)用中被證明是至關(guān)重要的，例如 CXP12 相機(jī) ( 每只有 8 個端口 ) 和 4 只 CXP-12 采 監(jiān)控、交通和體育技術(shù)。簡而言之，采用 GigE 相 集卡，以達(dá)到由兩個連接到雙 100G 網(wǎng)卡的 100G 機(jī)的好處包括 : 圖7 ? 超高的數(shù)據(jù)和幀率 ? 配件和電纜選項，覆蓋長距離 ? 相機(jī)同步 PTP( 精確時間協(xié)議 ) ? 相機(jī)多路復(fù)用和多播 ? 低 CPU 開銷，低延遲和低抖動 ? 強(qiáng)大的跨行業(yè)接受，由于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化 ? 具有競爭力的成本和性能 72

MACHINE VISION 2023/05 圖8 相機(jī)組成的 GigE Vision 設(shè)置，進(jìn)一步突出了 GigE Vision 的成本效率。 當(dāng)使用多個相機(jī)工作時，精確的計時和時間戳 圖9 幫助成像系統(tǒng)基于內(nèi)部時間命令執(zhí)行預(yù)定和同步的 同時采集，而不需要外部觸發(fā)器。將許多圖像和數(shù) 高速成像接口的未來 據(jù)組合成單個流需要計算和處理能力。GigE 相機(jī) 和配件將多個相機(jī)實時組合成準(zhǔn)確的流。以太網(wǎng)交 新型圖像傳感器的出現(xiàn)在很大程度上推動了 換機(jī)的可用性為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了一種簡單的方 成像速度的進(jìn)步，而高速應(yīng)用需求又推動了圖像傳 法來實現(xiàn)多相機(jī)同步到 1 個相機(jī)的 IEEE1588 PTP 感器的發(fā)展。許多應(yīng)用程序需要高分辨率的圖像， 傳輸。 如果沒有更快的接口，幀速率可能無法滿足要求。 10GigE、25GigE、50GigE 和 100GigE 等接口滿足 擁有觸發(fā)選項有助于集成和擴(kuò)展 GigE 相機(jī)應(yīng) 了虛擬現(xiàn)實、體積捕獲、體育分析和自動光學(xué)檢測 用程序。例如，在極少數(shù)情況下，客戶希望從網(wǎng)卡 等應(yīng)用的高分辨率、高速需求。 觸發(fā)相機(jī)，Emergent 有自己的雙端口 25Gb 網(wǎng)卡 和單端口 100Gb 網(wǎng)卡，前端面板觸發(fā)端口。此外， GigE Vision 的 其 他 優(yōu) 點 包 括 低 服 務(wù) 器 占 用 前面提到的 FPGA 卡也具有 IO 端口功能。 率、簡化的系統(tǒng)架構(gòu)、多播視頻技術(shù)、具有競爭力 的成本和性能，以及更短的上市時間。這些優(yōu)勢使 軟件簡化了 GigE 集成和操作 GigE Vision 解決方案能夠在多個行業(yè)擴(kuò)展成像應(yīng) 用，并將繼續(xù)這樣做。 隨著 GigE 在工業(yè)界的廣泛應(yīng)用，有許多軟件 可供使用。一個例子是 eCapture 免費查看軟件， 高速成像的明確選擇 它控制所有的相機(jī)功能預(yù)覽，捕捉，和保存。高級 功能包括感興趣區(qū)域 (AOI)、集成控制和標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處 當(dāng)考慮 GigE 視覺對高速成像的好處時，人們 理，包括亮度、Gamma 和幀速率控制。 可能會想，當(dāng) GigE 視覺相機(jī)顯然為機(jī)器視覺應(yīng)用 提供了高速接口的最佳選擇時，推出 CXP 這樣的 eSDK 軟件開發(fā)工具包允許終端用戶、系統(tǒng)集 新標(biāo)準(zhǔn)是否有足夠的好處。注意事項包括 : 成 商 和 OEM 在 需 要 時 將 他 們 的 Emergent Vision Technologies 相機(jī)集成到他們自己的軟件和設(shè)備中。 Emergent 還提供了 eCapture Pro，這是一個 ? 10G, 25G, 50G, 100G 和更高，具備超高的數(shù) 完整的軟件，適用于各種應(yīng)用，如 AOI 和體積捕獲， 據(jù) / 幀速率 為開發(fā)資源有限或在超高速視覺技術(shù)方面沒有專業(yè) 知識的客戶提供。 ? 使用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置網(wǎng)卡功能，CPU 和內(nèi)存使用率 相同 73

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) ? 穩(wěn)定的圖像采集時序 ? CoaXPress over Fiber 是 CXP 的 擴(kuò) 展， 試 ? 圖像獲取不會減慢處理速度 圖使其跟上 GigE 的速度。( 參考超高速和長電纜 ) ? 通過小的調(diào)整和現(xiàn)成的組件，GigE 可以完成 幾乎任何 CXP 的功能 ? CoaXPress over Fiber 只有少數(shù)相機(jī)供應(yīng)商 ? CoaXPress over Fiber 的電源電纜可以不需要 建議使用這個標(biāo)準(zhǔn) ? CoaXPress 在高速應(yīng)用中使用多同軸電纜， 可以使用額外的電纜作為以太網(wǎng)電源 ? 名稱 CoaXPress 本身指的是同軸電纜而不是 ? CoaXPress over Fiber 使用以太網(wǎng)物理層 光纖，所以命名本身是誤導(dǎo) ? GigE 的上市時間更快，因為 10GigE, 25GigE 和 100GigE 現(xiàn)在都可以使用 光學(xué)模組 ——結(jié)合成像和光學(xué)領(lǐng)域的最新創(chuàng)新成果 Teledyne e2v Marie Charlotte Leclerc 圖像傳感創(chuàng)新 Optimom 2M 模塊采用 Topaz 2M，這是一 款 200 萬像素全局快門 CMOS 圖像傳感器，結(jié) 合了多種創(chuàng)新，從像素結(jié)構(gòu)到封裝直到芯片設(shè)計 本身。 產(chǎn)品生命周期的加速和視覺用例的快速增加， 在一個純粹的產(chǎn)品性能是產(chǎn)品開發(fā)的唯一驅(qū)動 使視覺系統(tǒng)制造商別無選擇，只能減少在新開發(fā)項 力的世界里，視覺系統(tǒng)制造商會選擇盡可能大的像 目上的時間和金錢投入，而專注于其附加價值。 素，以最大化設(shè)備的靈敏度和飽和容量。然而，在 現(xiàn)實世界中，價格、外形尺寸和功耗都是重要的考 2022 年 9 月，Teledyne e2v 發(fā)布 了 Optimom 慮因素，所以視覺系統(tǒng)制造商必須通過尋找具有最 2M，這是一系列 MIPI CSI-2 模組中的第一個產(chǎn)品， 佳電光性能的圖像傳感器，來平衡他們在尺寸和成 正是為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)而推出。該模塊將成像和光 本限制內(nèi)最大限度地提高系統(tǒng)光學(xué)性能的愿望，同 學(xué)方面的最新創(chuàng)新結(jié)合到一個一站式成像解決方案 時還能夠適應(yīng)某種光學(xué)格式。 中，通過將專有圖像傳感器安裝到帶有固定鏡頭或 多焦點鏡頭技術(shù)的面板上。但這些創(chuàng)新具體有哪些， 根據(jù)目標(biāo)光學(xué)格式的不同，可接受的最大像素 它們又是如何發(fā)揮作用的？它們給基于視覺的系統(tǒng) 尺寸可能成為一個技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，從一種光學(xué)格 帶來了哪些好處？ 式轉(zhuǎn)變到更小的光學(xué)格式（例如從 1.1 英寸到 1 英 寸）往往意味著像素尺寸的大幅減少，如圖 1 中所 強(qiáng)調(diào)的那樣。 74

MACHINE VISION 2023/05 圖 1 Topaz 2M 傳感器與手指的尺寸對比圖。 Topaz 2M 具有世界上最小的全局快門像素， 圖 3 集成像素的光學(xué)結(jié)構(gòu)剖面圖。 這使得它能夠與緊湊且經(jīng)濟(jì)高效的 1/3 英寸鏡頭相 所示的圖像顯示了嵌入產(chǎn)品中的光學(xué)堆棧的橫截面圖。 匹配，同時仍然最大限度地提高靈敏度和信噪比。 這 種 像 素 由 TowerJazz 利 用 其 65nm 技 術(shù) 開 發(fā)， 本、重量和外形尺寸。近幾年來，晶圓級封裝技術(shù) 通過利用共享像素結(jié)構(gòu)的概念，使其能夠在 2.5μm 在市場上蓬勃發(fā)展，尤其是在移動、汽車或可穿戴 的小尺寸中執(zhí)行全局快門操作。在 Topaz 2M 傳感 設(shè)備等消費應(yīng)用領(lǐng)域。 器中，采用了 8T 共享像素結(jié)構(gòu)。對角線上的兩個 像素共享 8 個晶體管，因此結(jié)合了 6T 像素結(jié)構(gòu)的 雖然傳統(tǒng)陶瓷 (CLGA) 封裝已在業(yè)界使用多年， 先進(jìn)功能，如像素內(nèi)縮減（又稱 CDS 或相關(guān)雙采 但最近在縮小像素尺寸方面的技術(shù)進(jìn)步為晶圓級封 樣），和 4T 結(jié)構(gòu)的靈敏度提高，每個像素的表面 裝打開了大門，它甚至用于工業(yè)檢測、物流或機(jī)器 只占 4 個晶體管。 人的高端圖像傳感器。傳統(tǒng)陶瓷 (CLGA) 封裝需要 將裸片單獨封裝到一個陶瓷結(jié)構(gòu)中，背面有間隔的 圖 2 最大像素間距，以適應(yīng)特定光學(xué)格式的特定分辨率。 焊盤，用于連接到傳感器板，而晶圓級封裝是成批 生產(chǎn)的。 深思熟慮的光學(xué)堆棧 在扇出式晶圓級封裝的情況下，硅晶圓被切 在這個結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，憑借像素頂部的開拓性 成獨立的傳感器裸片，這些裸片全部嵌入到重塑 光學(xué)堆棧結(jié)構(gòu)，Topaz 2M 傳感器和 Optimom 2M 的玻璃基板晶圓中，然后被切割成獨立封裝的傳 模塊具有更高的靈敏度。像素通過無間隙頂部透鏡 感器。對于另一類晶圓級封裝，工藝和封裝尺寸 優(yōu)化像素間距，以避免光損失和不必要的反射，但 的優(yōu)化更進(jìn)一步，它就是芯片級封裝，其中硅晶 真正的創(chuàng)新在于這種“雙光管”架構(gòu)，該架構(gòu)通過 圓直接封裝到材料中，去除了在其周圍模制玻璃 在傳感器的光學(xué)堆棧中創(chuàng)建的微光纖（不同反射率 基板的中間步驟。這些工藝技術(shù)使得圖像傳感器 的材料）將光直接引導(dǎo)到光電二極管上。 越來越小、越來越緊湊。對于這兩類晶圓級封裝， 圖像傳感器與電路板的背面連接由提供更高密度 芯片封裝 連接的球來確保，這是為嵌入式系統(tǒng)（如無人機(jī) 或自動制導(dǎo)車輛）生產(chǎn)微型和輕型成像解決方案 除了優(yōu)化像素尺寸和光學(xué)結(jié)構(gòu)之外，圖像傳感 的絕佳解決方案。 器現(xiàn)在還受益于封裝技術(shù)的進(jìn)步，可降低傳感器成 這些像素、傳感器結(jié)構(gòu)和封裝創(chuàng)新的最新組合 75

PRODUCT\&TEK 產(chǎn)品與技術(shù) 使得新一代圖像傳感器的外形尺寸在短短五年內(nèi)減 學(xué)模組中開發(fā)的多焦鏡頭技術(shù)所解決的問題，該技 少了四倍，參見圖 4 所示的時間線和示例比對。 術(shù)結(jié)合了寬 F/4.0 光圈，和從 10cm 到無限遠(yuǎn)的寬 工作距離。 圖 4 自 2016 年以來，隨著封裝和像素技術(shù)改進(jìn)， 圖 6 Optimom 2M 模塊的背面圖 , 帶有 FFC/FPC 連接器 , 圖像傳感器外形尺寸的演變。 用于控制傳感器和鏡頭聚焦。 除了封裝技術(shù)之外，待封裝的傳感器裸片的設(shè) 計也會對最終系統(tǒng)的尺寸產(chǎn)生影響。圖像傳感器制 造商可用的關(guān)鍵技巧之一是將封裝中心與光學(xué)中心 匹配到完全相同的位置，以此來盡量減少最終的系 統(tǒng)外殼尺寸。圖 5 說明了光學(xué)中心和封裝中心不匹 配的影響，今天在一些圖像傳感器中仍然可以看到 這種情況。 圖 7 嵌入多焦鏡頭的 Optimom 2M 模塊的前視圖。 圖 5 裸片光學(xué)中心未在封裝中居中時的空間損失圖示。 這種專有的鏡片堆疊技術(shù)通過調(diào)整鏡片的外部 形狀來調(diào)整焦點，從而達(dá)到這些性能。鏡片形狀的 一項新技術(shù) 控制是通過協(xié) I2C 議信號來確保的，這些信號通過 模塊板背面的標(biāo)準(zhǔn) FFC/ FPC 連接器直接管理。該 雖然像素的縮小對圖像傳感器的成本和尺寸有 連接器通過 I2C 處理 MIPI CSI-2 數(shù)據(jù)輸出、時鐘 積極的影響，但它對光學(xué)系統(tǒng)的多功能性，特別是 管理以及圖像傳感器和多焦鏡頭控制。與其他焦點 景深的影響相當(dāng)不利。 調(diào)整技術(shù)相比，這一概念使多焦點具有多種優(yōu)勢， 例如小于 1ms 的快速響應(yīng)時間和抗電磁效應(yīng)。 景深可以定義為可以以足夠的清晰度水平捕獲 物體的最近距離和最遠(yuǎn)距離之間的差異，隨著像素 總結(jié)： 的縮小和對失焦圖像的容忍度變小，景深會減小。 對于需要在不同工作距離上捕捉物體的應(yīng)用（如物 Optimom 2M 光學(xué)模組通過利用多種創(chuàng)新技 流中心的包裹跟蹤），系統(tǒng)制造商通常會尋找較小 術(shù)實現(xiàn)了最先進(jìn)的電光性能和高通用性。嵌入式圖 的光圈光學(xué)器件（通常為 F/7.0 或 F/8.0），以便 像傳感器結(jié)合了像素結(jié)構(gòu)、光學(xué)堆棧和裸片封裝方 在像素尺寸縮小的情況下保持足夠的景深。 面的創(chuàng)新，實現(xiàn)了小巧輕便的設(shè)計，能夠與價格低 廉的 S 型鏡頭相匹配，同時保持了高靈敏度水平。 可惜的是，關(guān)閉光圈是以犧牲感光度為代價的， 可選的集成式多焦鏡頭依靠一種新的焦點調(diào)整技 因為通過鏡頭被圖像傳感器捕獲的光線更少。因此， 術(shù)，同時實現(xiàn)了寬廣的工作距離、高靈敏度和快速 現(xiàn)在調(diào)焦技術(shù)的挑戰(zhàn)是在保持視覺系統(tǒng)的高靈敏度 響應(yīng)時間。 的同時實現(xiàn)更深的景深。這正是 Optimom 2M 光 76

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CASE 應(yīng)用案例 比鄰智能光伏組件追溯讀碼解決方案 比鄰智能識別技術(shù)有限公司 張家斌 一、行業(yè)與項目背景 碼器系統(tǒng)的識讀范圍要足夠?qū)拸V，同時確保成像精 度，避免漏讀； 光伏制造行業(yè)當(dāng)前處于產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的狀態(tài)。 2022 年，在光伏制造端，多晶硅、硅片、電池、 3. 不斷提升的產(chǎn)能要求：隨著光伏市場需求量 組件的產(chǎn)量同比增長了 45%；在應(yīng)用端，光伏發(fā)電 的快速提升以及光伏企業(yè)的提質(zhì)增效，產(chǎn)線生產(chǎn)由 裝機(jī)同比增長 137.5%；而 2022 年光伏相關(guān)產(chǎn)品的 靜態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)，由低速逐步開始進(jìn)入高速流 出口同比增長了 113%。光伏行業(yè)的高速發(fā)展，一 水生產(chǎn)，速度會達(dá)到 1-2m/s；在反光以及高速的 方面是由于太陽能作為最清潔的能源之一，是當(dāng)今 應(yīng)用下，讀碼識讀成功率會顯著下降； 中國以及全球始終長期發(fā)展的能源路線；另一方面 受國際局勢的影響，歐洲等區(qū)域?qū)夥l(fā)電有了更 4. 工序多、應(yīng)用場景復(fù)雜：光伏組件生產(chǎn)需要 強(qiáng)烈的需求。中國作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈的全球主導(dǎo)者， 經(jīng)過至少 18 道工序，其中約 16 道工序需要用到讀 其產(chǎn)能和產(chǎn)量也受到了更高的要求和挑戰(zhàn)。 碼器，不同的工序涉及的識讀的范圍、物距、讀碼 速度、單臺 / 多臺讀碼使用都會有差異，方案需要 光伏電池組件是將太陽光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷? 有優(yōu)秀的兼容性和適應(yīng)性； 電能的陽光發(fā)電裝置。在光伏組件生產(chǎn)中，為進(jìn) 行生產(chǎn)管控和檢測追溯，需要對每個電池組件進(jìn) 5. 安裝 / 切線的簡單快速：工業(yè)制造產(chǎn)線，當(dāng) 行數(shù)據(jù)標(biāo)識，并進(jìn)行全流程的數(shù)據(jù)采集和追溯， 前都期望在設(shè)備安裝和切線時，操作和調(diào)試快速便 目前最合適的的數(shù)據(jù)載體為條碼（包括一維碼和 捷，光伏生產(chǎn)的節(jié)奏較快，對生產(chǎn)時間節(jié)拍要求高， 二維碼）。當(dāng)前在光伏行業(yè)的讀碼識別方面，面 廠線的工人對調(diào)試的體驗要求更高。 臨著幾大問題和難點，影響著光伏產(chǎn)線的生產(chǎn)制 造效率和產(chǎn)能升級： 圖 1 光伏組件上的條碼 1. 條碼反光 / 磨砂膜覆蓋：光伏組件上的條碼 二、項目實施的目的和意義 多采用 PET/ 亞銀等高反光材質(zhì)標(biāo)簽，同時黏貼在 反光的組件玻璃表面上；部分條碼也可能會直接鐳 比鄰智能是南京金東康信息系統(tǒng)有限公司旗下 雕在玻璃面上，反光程度更為強(qiáng)烈；為保護(hù)光伏組 企業(yè)，致力于創(chuàng)造自動識別、機(jī)器視覺、智能傳感 件，部分工位的組件表面會覆蓋磨砂膜，對條碼會 產(chǎn)生霧化的效果；上述都提升了條碼成像與識讀的 難度； 2. 條碼黏貼位置范圍較廣：光伏組件的尺寸較 大，當(dāng)前條碼黏貼的范圍較廣，這也要求了工業(yè)讀 78

MACHINE VISION 2023/05 器等物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用領(lǐng)域的世界一流智能終 三、項目的總體方案設(shè)計和實施 端產(chǎn)品。多年來，比鄰智能已協(xié)助光伏行業(yè)的較多 頭部客戶引入和使用工業(yè)固定式讀碼器用于生產(chǎn)流 1. 核心技術(shù)的設(shè)計和突破 程和檢測追溯，助力更好地實現(xiàn)廣大的光伏制造商 的重要關(guān)注點。 為實施光伏的讀碼追溯項目，首先要針對光伏 組件制造的核心問題，在核心技術(shù)上進(jìn)行專門設(shè)計和 1. 推動光伏行業(yè)的數(shù)字化及全流程追溯：條碼 突破，才能為系統(tǒng)搭建做基礎(chǔ)準(zhǔn)備。為此，我們在幾 的采用，給每個組件賦予了屬于自身的一張“身份 個方面進(jìn)行了設(shè)計，其成果或結(jié)果闡述介紹如下： 證”。在制造過程中，讀取這張“身份證”，制造 商能夠通過 MES 類的相關(guān)軟件，實時關(guān)注組件在 1）在光源設(shè)計上：引入高反射率的反光杯光 整個工藝流程中的狀態(tài)，同時也能獲取產(chǎn)線的相關(guān) 源設(shè)計和高反射鍍層，在相同照明功率下，照明 狀態(tài)，為質(zhì)量管控，訂單跟蹤，處理產(chǎn)能瓶頸等工 強(qiáng)度可以提升 50% 以上，顯著提升動態(tài)讀碼速度 作提供數(shù)據(jù)支持。在組件下線后的流通和使用環(huán)節(jié) 30% 以上；同時，配備豐富的光源組件設(shè)計，采用 中，通過讀取這張“身份證”，最終客戶也能獲取 偏振和霧化設(shè)計，針對光伏的條碼和玻璃反光，將 組件的相關(guān)重要信息，從而實現(xiàn)了流程的閉環(huán)，真 會有顯著的圖像改善提升；通過照明強(qiáng)度的提升， 正完成了全流程的追溯。 結(jié)合偏振霧化的設(shè)計，最終實現(xiàn)高速和抗反光成像 的共同改善； 2. 提升產(chǎn)品質(zhì)量：光伏組件的生產(chǎn)工藝流程較 多且復(fù)雜，同時也包含了大量的檢測環(huán)節(jié)（例如外 2）在解碼算法上：解碼算法是條碼識讀的核 觀測試，功率測試，安規(guī)測試等）。通過每道工序 心。在解碼方法上，針對光伏的應(yīng)用重點進(jìn)行了幾 中對組件上的條碼進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，制造商能夠知悉 個方面的改進(jìn)。一方面，在找碼定位上，引入多核 組件是否完成了全部制造工藝，并通過了各項檢測 處理以及智能搜索算法，在找碼時間上大大縮減； 和檢查項目，從而確保此組件為合格產(chǎn)品。同時也 同時，針對磨砂難解的條碼，引入超高分辨率成像 能通過檢測環(huán)節(jié)中的問題反饋，及時跟蹤并處理各 復(fù)原算法技術(shù)，極大程度上還原條碼，保證識讀； 類質(zhì)量和工藝問題。 3）在自動對焦上：引入 TOF 快速變焦技術(shù)， 3. 挖掘并提升產(chǎn)能：光伏組件產(chǎn)線的產(chǎn)能提升 在原本圖像對焦的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)更快更動態(tài)的對焦， 也是制造商的著重關(guān)注點，通過制造和檢測工序中 以滿足不同工位的距離要求； 對組件條碼的采集和 MES 系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時處理 和匯總，制造商能夠清楚地知悉組件的制造周期， 4）在設(shè)備快速調(diào)試上：在自動參數(shù)配置上， 并找到產(chǎn)品制造中的產(chǎn)能瓶頸并進(jìn)行工藝優(yōu)化處 比鄰智能為方便和確保每個工位的廠線工人的快速 理。同時也能夠合理對產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化升級，例如增 無障礙地對讀碼器系統(tǒng)進(jìn)行配置，在自動調(diào)參算法 加耗時較長的工藝設(shè)備數(shù)量，去除冗余的相關(guān)等待 上面進(jìn)行了極大的設(shè)計和優(yōu)化投入，調(diào)參時間在 時間等方案。 30 秒內(nèi)，獲取的參數(shù)的匹配性和適應(yīng)度大，對產(chǎn) 線起到了快速便捷的作用。 在這個過程中，比鄰智能基于光伏條碼識別的 特點、應(yīng)用要求，在產(chǎn)品和解決方案中進(jìn)行了一系 列專門的設(shè)計和考量——從算法設(shè)計、軟件和硬件、 現(xiàn)場系統(tǒng)搭建等提升各個方面，以確保讀碼率，同 時滿足光伏組件高速 / 提速生產(chǎn)下的讀碼需求。 圖 2 層壓機(jī)工位的讀碼追溯 79

CASE 應(yīng)用案例 圖 3 耐壓檢測機(jī)臺的讀碼追溯 圖 4 上工裝 / 下工裝 工位的讀碼追溯 2. 具體典型光伏工位的設(shè)計與實施、經(jīng)驗總結(jié) 典型工位 應(yīng)用要求 對應(yīng)方案 經(jīng)驗總結(jié) 采用偏振光照明，避免鏡面反光 玻璃面反光 采用以太網(wǎng)通訊，交換機(jī)組網(wǎng)實現(xiàn) 1. 與設(shè)備商確認(rèn)通訊方式， 預(yù)先進(jìn)行長距離線纜的布線 層壓機(jī)工位 上下兩層多臺讀碼 I/O 邏輯自定義， 2. 根據(jù)現(xiàn)場情況， 功能實現(xiàn)對抖動信號的屏蔽處理 選擇合適的信號觸發(fā)方案 組件材質(zhì)和抖動， 對光電產(chǎn)生誤觸發(fā) 狹小空間， 采用小型化產(chǎn)品， 1. 指令仿真功能， 人員進(jìn)出困難 方便緊湊空間集成自動對焦， 可兼容多種指令格式并可靈活配置 無需后續(xù)調(diào)整安裝距離 2. 采用自動對焦， 耐壓檢測機(jī)臺 垂直安裝 避免當(dāng)條碼規(guī)格發(fā)生變化時， 采用偏振光照明 / 分組照明， 定焦產(chǎn)品需要重新調(diào)整安裝位置的不便性 觸發(fā)方式多樣 避免反光，實現(xiàn)垂直安裝 支持多種觸發(fā)方式， 指令 / 外部信號 / 感應(yīng)模式 / 連續(xù)觸發(fā)模式 支持觸發(fā)指令的靈活配置和兼容 上（下） 組件高速運動中讀取 高亮度照明， 1. 選擇合適高像素和高亮度照明的型號 工裝工位 保證高速拍照時的光照充足高速讀取算法， 2. 根據(jù)產(chǎn)線的實際情況， 組件運動有偏差， 保證在高速移動下抓取圖像和解碼 選擇合適的光電傳感器或行程開關(guān)， 需要較大視野覆蓋 避免誤觸發(fā)信號的產(chǎn)生 采用合適的高像素 CMOS， 能夠覆蓋更大視野的情況下， 又不會降低動態(tài)讀取性能 四、實施效果與成績 通過對光伏組件生產(chǎn)過程的接近 20 道工藝的讀碼追溯的系統(tǒng)設(shè)計，比鄰智能所設(shè)計的讀碼器以及系 統(tǒng)能夠優(yōu)異地滿足所有需求。我們解決了反光、磨砂霧化、廣角、高速等問題。 今日，各個行業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)升級和高速上升階段，工業(yè)自動化正在快速覆蓋，比鄰智能也將在條碼識別、 OCR 與 RFID 識別、2D 和 3D 視覺檢測等方面進(jìn)行產(chǎn)品、技術(shù)以及行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新突破，助力工業(yè)智造， 為客戶創(chuàng)造價值，實現(xiàn)共贏！ 80

MACHINE VISION 2023/05 大族視覺新能源行業(yè)應(yīng)用案例 深圳市大族視覺技術(shù)有限公司 胡銘珂 動力電池作為新能源汽車的動力核心，其品質(zhì) HV 系列智能機(jī)器視覺軟件架構(gòu)完善、功能齊全、 直接關(guān)系到新能源汽車的性能和安全，然而動力電 擁有數(shù)十個視覺算法工具，具有簡單、高柔性化等 池生產(chǎn)工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘高，需要前期大量的研 多個顯著優(yōu)勢，包含視覺定位、尺寸測量、檢測及 發(fā)投入，且過程中也會不可避免的出現(xiàn)各種缺陷。 信息識別等功能，擁有強(qiáng)大的邏輯處理能力，可以 為減少錯檢、漏檢等問題，可在動力電池生產(chǎn)工藝 同時處理多個檢測任務(wù)，秉承簡易、靈活、高效、 環(huán)節(jié)引入視覺檢測。 易上手的特性，可以適應(yīng)大多數(shù)項目的需求，為客 戶提供快速搭建視覺應(yīng)用服務(wù)。 大族視覺配合自動化的快速發(fā)展和制造工藝的 迭代升級，傾力打造專業(yè)、智能的視覺軟件，搭配 HV 系統(tǒng)配置了成熟的視覺算法，簡化了機(jī)器視覺 精益、可靠的硬件產(chǎn)品，提供全面的機(jī)器視覺解決 系統(tǒng)的復(fù)雜度，具有便捷的適配參數(shù)功能，不需要 方案，助力鋰電行業(yè)高速發(fā)展。 編寫任何代碼，降低了對操作人員的技術(shù)要求低； 同時還擁有豐富的業(yè)務(wù)工具，對位多個場景，標(biāo)準(zhǔn) HV 系列智能軟件系統(tǒng) 化配置流程，引導(dǎo)式操作，步驟簡單；定制化的業(yè) 務(wù)部署，全方位、多層次滿足客戶需求。 HV 系列智能軟件系統(tǒng)是大族視覺所開發(fā)的一 款智能機(jī)器視覺軟件，與傳統(tǒng)的視覺系統(tǒng)相比， HV 系列硬件產(chǎn)品 系統(tǒng)主界面 機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心是圖像的采集和處理。所 有信息均來源于圖像，高質(zhì)量的圖像會大大降低圖 像處理的難度，提高系統(tǒng)的精度和可靠性，而合理 有效的照明方案可提升圖像質(zhì)量。 相機(jī) 1. 優(yōu)化硬件設(shè)計，性能穩(wěn)定 2. 可輸出閃光燈同步信實現(xiàn)曝光與補(bǔ)光的精確同步 3. 可輸出多種格式圖像數(shù)據(jù) 4. 優(yōu)異的圖像插值算法，更好的顏色還原 系統(tǒng)運行界面 81

CASE 應(yīng)用案例 鏡頭 1. 高分辨率、高對比度、超低畸變 2. 卓越的光學(xué)設(shè)計，高解像力 3. 堅固的結(jié)構(gòu)設(shè)計，抗震性能好 光源 檢測結(jié)果 1. 高強(qiáng)度 LED 陣列，大面積打光 2. 光源照射角可根據(jù)安裝方式調(diào)節(jié) 極 耳 中 心 位 置 檢 測 上 下 偏 移 規(guī) 格：0mm~ 3. 顏色可根據(jù)需求搭配，自由組合，尺寸靈活定制 30mm，左右偏移規(guī)格 0mm~60mm，焊點焊印面 積規(guī)格 15mm2 ~200mm2。 銅片焊點 鋁片焊點 鋰電池行業(yè)應(yīng)用案例 銅極片 鋁極片 轉(zhuǎn)接片設(shè)備焊接檢測 轉(zhuǎn)接片焊接是電池電芯生產(chǎn)流程中極為重要的 一道工序，起到連接蓋板及電芯的作用，焊縫質(zhì)量 直接影響整個電芯的性能。 檢測項目 檢測陰極、陽極，檢測焊點大小、偏移，檢測 藍(lán)色薄膜偏移。 檢測方案 此圖使用找線工具找到藍(lán)色薄膜的豎邊與治具的黑色邊， 1. 軟件：HSV 軟件 2D+AI 深度學(xué)習(xí) +3D 通過距離計算工具判斷藍(lán)色薄膜是否偏移 2. 硬件：定制組合鏡頭及光源 電池頂蓋滿焊焊后缺陷檢測 新能源行業(yè)中，頂蓋焊接是方形動力鋰電池封 口焊接過程中的重要一環(huán)，頂蓋焊接質(zhì)量會影響整 個產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性，因此對焊接質(zhì)量的檢測 要求很高。 82

MACHINE VISION 2023/05 檢測項目 爆點、凹陷、斷焊 \& 漏焊、毛刺凸起。 檢測方案 檢測方案 1. 軟件：HSV 軟件系統(tǒng)：2D+3D +AI 深度學(xué)習(xí) 1. 軟件：HSV 軟件系統(tǒng) 2D+3D 缺陷檢測算法 2. 硬件：定制組合鏡頭及光源 2. 硬件：定制組合 2D、3D 相機(jī)，鏡頭及光源 檢測結(jié)果 檢測結(jié)果 識別并挑出爆點直徑 ≥0.2mm，針孔 ≥0.2mm， 凹坑直徑 ≥0.2mm，斷焊長度 ≥1mm，漏殺率 ≤0%， 識 別 并 挑 出 爆 點 直 徑 ≤0.2mm； 凹 坑 直 徑 過殺率 ≤0.5%，誤判率 ≤0.5%，掃描速度 ≥150mm/s， ≤0.2mm; 斷焊、漏焊 ≤1mm；翻邊＜ 0.2mm，頂蓋 CCD 檢測 ≥500 萬像素。 凸起＜ 0.5mm，誤判率 ≤1%，掃描速度 ≥250mm/s。 電池密封釘焊接焊后質(zhì)量檢測 動力電池作為綠色能源變革的關(guān)鍵節(jié)點，利用 效率與經(jīng)濟(jì)價值越來越高，受電池企業(yè)強(qiáng)勢擴(kuò)產(chǎn)帶 在鋰電池電芯制作工藝中，電芯封裝進(jìn)電池殼 動，機(jī)器視覺在鋰電行業(yè)應(yīng)用的需求量也迅速增加， 體后，會在殼體上方的注液孔注入電解液，注液完 相信隨著生產(chǎn)工藝的完善與機(jī)器視覺檢測的應(yīng)用配 成后進(jìn)行焊接密封，焊接缺陷會造成動力電池性能 合，針對鋰電生產(chǎn)中出現(xiàn)的各類缺陷都會迎刃而解。 大打折扣甚至報廢，因而密封釘焊接質(zhì)量的檢測對 動力電池的品質(zhì)護(hù)航起著關(guān)鍵作用。 大族視覺是以 AI 智能和視覺檢測為技術(shù)核心 的企業(yè)，深耕機(jī)器視覺行業(yè)多年，始終堅持自主創(chuàng) 檢測項目 新，積極開發(fā)先進(jìn)的機(jī)器視覺和專業(yè)算法，專注于 深度學(xué)習(xí)和圖像底層算法，不斷提升智能檢測水平， 爆孔、小爆孔、針孔、焊渣、熔釘、臺階。 現(xiàn)已擁有大量的鋰電行業(yè)應(yīng)用案例，可提供專業(yè)的 機(jī)器視覺技術(shù)支持和科學(xué)成熟的解決方案，滿足各 類自動化需求，實現(xiàn)智能制造，提高生產(chǎn)效率。 83

CASE 應(yīng)用案例 華?？萍甲x碼器 助力鋰電行業(yè)全工序讀碼追溯 浙江華睿科技股份有限公司 劉偉 一．引言 華?？萍际且患覍Ｗ⒂跈C(jī)器視覺與移動機(jī)器 力鋰電池裝機(jī)量從 43.2GWh 增長到 296.8GWh， 人產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的專業(yè)性公司。聚焦智 年均復(fù)合增長率達(dá) 47.0%，其中 2021 年同比增長 能制造和智能物流，一直堅持圍繞客戶需求，為 102.2%。鋰電企業(yè)積極推進(jìn)鋰電池產(chǎn)能建設(shè)，搶占 客戶降本創(chuàng)造價值，讓工廠更智能。華?？萍甲? 市場份額和提高競爭力。 為一家國家高新技術(shù)企業(yè)，始終堅持技術(shù)創(chuàng)新， 研發(fā)人員占比超過 60%，專利申請近 400 件。在 華?？萍籍a(chǎn)品與解決方案廣泛應(yīng)用在鋰電行業(yè) 嵌入式軟件、圖像優(yōu)化、識別算法、網(wǎng)絡(luò)傳輸、 各個工序，包括缺陷檢測、尺寸測量、糾偏對位、 導(dǎo)航定位、調(diào)度及運動控制等技術(shù)領(lǐng)域，均處于 讀碼等，本文主要介紹的是讀碼應(yīng)用。要滿足高讀 業(yè)界領(lǐng)先水平。 碼率、低耗時、通信穩(wěn)定，同時也有擴(kuò)展的質(zhì)量等 級評價功能，ISO/IEC 29158(AIM-DPM), ISO/IEC 全球新能源市場方興未艾。2012-2021 年，全 15415, ISO/IEC 15416，分為 A/B/C/D/F 五個等級； 球新能源汽車銷量從 12.5 萬輛增長到 675 萬輛， 讀碼結(jié)果統(tǒng)計和碼質(zhì)量評價功能可以協(xié)助用戶改善 年均復(fù)合增長率達(dá) 55.8%。新能源汽車行業(yè)高景氣 讀碼環(huán)境和印刷質(zhì)量，進(jìn)一步提高讀碼效率。下文 帶動動力鋰電池進(jìn)入高成長時代，全球動力鋰電 會從生產(chǎn)工序和對應(yīng)的讀碼場景、應(yīng)用案例和讀碼 池裝機(jī)量快速增長。2016 年至 2021 年，全球動 器產(chǎn)品幾個方面分別表述。 84

MACHINE VISION 2023/05 二．鋰電行業(yè)應(yīng)用 對焦和自動訓(xùn)練，簡單易用易部署；紅 / 白 / 藍(lán) 光源和外配光源可選，偏振和勻光等多種設(shè)計， 首先是主要的生產(chǎn)工序和和對應(yīng)的讀碼場景以 適應(yīng)反光等復(fù)雜碼場景。 及應(yīng)用案例。 讀碼算法是基于 AI 的自研算法，支持工業(yè)常 讀碼場景和方案模型示意圖 用一維 / 二維碼類型，結(jié)合精定位、多數(shù)決等優(yōu) 化策略，能有效抵抗各種缺陷干擾，具有識別速 度快、讀碼穩(wěn)定的優(yōu)點。不僅適用于通用讀碼場 景，對低 PPM、大景深、低對比度、傾斜扭曲， 以及粗糙金屬表面 DPM 碼，劃痕缺陷干擾等復(fù)雜 場景仍可保持很高的準(zhǔn)確率和讀碼速度。產(chǎn)品采 用內(nèi)嵌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速引擎的專業(yè)計算機(jī)視覺嵌入 式 SOC 芯片進(jìn)行并行加速，優(yōu)化視覺處理速度， 低耗時場景讀碼性能可達(dá) 90 個 /S，滿足高速動態(tài) 讀碼要求。在鋰電行業(yè)我們針對漏液 / 臟污 / 反光 / 遮擋等現(xiàn)象做了大樣本的優(yōu)化迭代，高要求場景 讀碼率高于 99.99%，平均耗時在二三十毫秒。 生產(chǎn)工序和應(yīng)用場景 三．產(chǎn)品和技術(shù) 華睿科技智能讀碼器圍繞算法、光學(xué)、變焦 光學(xué)設(shè)計方面，針對讀碼應(yīng)用設(shè)計定制鏡頭。 三方面推新迭代，不斷提高讀碼準(zhǔn)確性和速度。 不同鏡頭焦距覆蓋不同工作距離及精度要求，支持 豐富的產(chǎn)品型號和光學(xué)配件，支持自動訓(xùn)練讓操 自動調(diào)焦，方便部署；提供紅 / 白 / 藍(lán)多色光源照 作部署更簡單，憑借優(yōu)異的 AI 性能和超高讀碼率 明以及外置光源可供選擇，有效抑制局部反光過曝 可廣泛應(yīng)用于千行百業(yè)。分辨率從 40 萬到 2500 等問題提高圖像質(zhì)量。硬件設(shè)計方面，讀碼器采用 萬可選，可達(dá) 2500 萬超大分辨率；支持 AI 深度 緊湊型設(shè)計，對安裝空間適應(yīng)性較好，外殼和用戶 學(xué)習(xí)，高性能、讀碼率高達(dá) 99.99%；可支持自動 接口采用隔離設(shè)計，抗信號干擾能力強(qiáng)，可靠性 高。功能方面支持多種常用通訊協(xié)議，包括 TCP Client，TCP Server，F(xiàn)TP，RS232，Profinet、 Modbus、EtherNet/IP、MC(SLMP)、FINS/ UDP、FINS/TCP 等，快速穩(wěn)定與工控機(jī)、PLC、 MES 系統(tǒng)等對接。 85

CASE 應(yīng)用案例 硅片分選機(jī)視覺檢測應(yīng)用： 提升品質(zhì)，助力光伏行業(yè)發(fā)展 東莞市磐鑫自動化科技有限公司 何鑫 隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨笕找嬖鲩L，光伏行業(yè) 四、 光源亮點 迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。作為光伏發(fā)電的核心組件， 硅片的質(zhì)量直接影響著光伏電池的轉(zhuǎn)換效率和整體性能。 光源作為視覺檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，其性能 因此，采用先進(jìn)的視覺檢測技術(shù)對硅片進(jìn)行分選和質(zhì)量 直接影響著整個系統(tǒng)的檢測效果。本方案針對硅片 檢測顯得尤為重要。本文將為您詳細(xì)介紹硅片分選機(jī)視 分選機(jī)的各個工位，選用了具有高品質(zhì)、高亮度、 覺檢測應(yīng)用的背景、方案特點、應(yīng)用范圍以及光源亮點 高穩(wěn)定性的光源，確保視覺檢測系統(tǒng)在各個工位上 等內(nèi)容。 的優(yōu)異表現(xiàn)。 一、 背景介紹 以下是各個工位所使用光源的亮點： 硅片分選機(jī)是光伏行業(yè)中必不可少的一種設(shè)備，主 背光源檢測尺寸工位： 要用于檢測硅片的尺寸、厚度、倒角、崩邊、臟污、隱 裂等質(zhì)量指標(biāo)。為了提高硅片分選機(jī)的檢測精度和效率， 背景介紹：這一工位的主要目的是檢測硅片的 許多企業(yè)開始引入先進(jìn)的視覺檢測技術(shù)，通過使用高品 尺寸和形狀，傳統(tǒng)的尺寸測量方法通常是通過目測 質(zhì)光源、專業(yè)相機(jī)和精確算法，實現(xiàn)硅片質(zhì)量的全面把控。 或者機(jī)械測量，這些方法不僅效率低下，而且易受 到環(huán)境光影響而出現(xiàn)誤差。 二、 方案特點 推薦光源：采用 PPX 背光源，提供均勻、高亮 全面檢測：方案覆蓋了硅片生產(chǎn)過程中的各個關(guān)鍵 度的照明，使相機(jī)能更清晰地捕捉硅片邊緣信息， 質(zhì)量指標(biāo)，確保硅片質(zhì)量得到全面把控。 背光源在此工位的應(yīng)用可以有效減少環(huán)境光的干擾， 提高檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。 高效穩(wěn)定：采用先進(jìn)的視覺檢測技術(shù)和高品質(zhì)光源， 實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的硅片檢測。 倒角檢測崩邊檢測工位： 系統(tǒng)集成：方案整合了各個工位的檢測功能，便于 背景介紹：這一工位的主要目的是檢測硅片的倒 企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)優(yōu)。 角和崩邊質(zhì)量，傳統(tǒng)的檢測方法往往只能檢測硅片表 面明顯的缺陷，無法發(fā)現(xiàn)細(xì)微的倒角和崩邊缺陷。 可定制：根據(jù)企業(yè)的具體需求和生產(chǎn)線規(guī)模，方案 可進(jìn)行定制和優(yōu)化。 三、 應(yīng)用范圍 本方案適用于各類硅片生產(chǎn)企業(yè)，涵蓋多晶硅、單 晶硅等不同類型的硅片制造，同時可滿足從小規(guī)模生產(chǎn) 線到大規(guī)模生產(chǎn)線的視覺檢測需求。此外，方案還具有 良好的兼容性和可擴(kuò)展性，可根據(jù)企業(yè)的具體需求進(jìn)行 定制和優(yōu)化。 86

MACHINE VISION 2023/05 推薦光源：使用 PPX 同軸光源，強(qiáng)化硅片倒角和 崩邊的光線反射，有效減少光線在硅片表面的反射和 散射，提高圖像質(zhì)量和檢測準(zhǔn)確性。 側(cè)面崩邊檢測工位： 背景介紹：這一工位的主要目的是檢測硅片側(cè)面 的崩邊質(zhì)量，傳統(tǒng)的檢測方法往往無法全面檢測硅片 的側(cè)面崩邊，而且還容易受到光影和反光的影響。 推薦光源：采用 PPX 多角度隧道光，從不同角 度照射到硅片表面，使得臟污部位的光線反射和散 射更加明顯，便于線陣相機(jī)捕捉到臟污的信息，提 高檢測的準(zhǔn)確性和靈敏度。 隱裂檢測工位： 背景介紹：傳統(tǒng)的隱裂檢測方法通常是通過目 測或者顯微鏡觀察硅片表面來檢測隱裂缺陷，但是 這種方法存在檢測效率低下、準(zhǔn)確性不高的問題。 推薦光源：選用綠色點光源和 80 白色同軸線 推薦光源：使用 PPX 紅外線光源，能夠穿透硅 光源，綠色點光源能夠清晰地照射到硅片側(cè)邊正面， 片表面，使隱裂更容易被檢測到，提高隱裂檢測的 實現(xiàn)側(cè)面崩邊的檢測；而上下同軸線光源分別照射 準(zhǔn)確性，確保硅片質(zhì)量的全面把控。 到側(cè)上方和側(cè)下方，提供充足的照明，使得線陣相 機(jī)能夠捕捉到側(cè)面崩邊的細(xì)節(jié)。這種組合光源方案 通過采用高品質(zhì)光源、專業(yè)相機(jī)和精確算法， 能夠?qū)崿F(xiàn)高效、準(zhǔn)確的側(cè)面崩邊檢測。 我們助力硅片制造企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的全面把控， 提高市場競爭力，推動光伏行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 前后崩邊檢測工位： 隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，硅片分 背景介紹：這一工位的主要目的是檢測硅片前 選機(jī)視覺檢測技術(shù)的應(yīng)用也將日益廣泛。這種技術(shù) 后崩邊的質(zhì)量，傳統(tǒng)的檢測方法往往只能檢測硅片 將進(jìn)一步優(yōu)化硅片制造過程，降低生產(chǎn)成本，提高 表面的缺陷，無法全面檢測硅片前后崩邊的質(zhì)量。 產(chǎn)品品質(zhì)，助力企業(yè)在市場競爭中脫穎而出。 推薦光源：使用 PPX 組合線光源，為硅片的前 后崩邊提供均勻、明亮的照明，使線陣相機(jī)能夠更 清晰地捕捉到崩邊的細(xì)節(jié)，提高檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn) 定性。 臟污檢測工位： 背景介紹：這一工位的主要目的是檢測硅片表 面的臟污和雜質(zhì)，傳統(tǒng)的檢測方法往往無法高效、 準(zhǔn)確地檢測硅片表面的污漬和雜質(zhì)。 87

CASE 應(yīng)用案例 數(shù)之聯(lián)追光 AI-AOI 助力解決 海爾 PCBA 傳統(tǒng) AOI 核心痛點 成都數(shù)之聯(lián)科技股份有限公司 鄧超 李采薇 技術(shù)進(jìn)步持續(xù)推動著電子設(shè)備朝著輕薄化、小 數(shù)之聯(lián)追光 AI-AOI ZG6000 能有此優(yōu)良的表 型化方向發(fā)展，為實現(xiàn)更少空間、更快速度、更高 現(xiàn)，源于數(shù)之聯(lián)從整機(jī)設(shè)備的圖像采集、圖像處理、 性能的指標(biāo)，工廠對 PCBA 的“輕、薄、短、小” 圖像分析都進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計與考量，特別是在數(shù) 要求不斷提高，AOI 檢測由曾經(jīng)的“選配”轉(zhuǎn)變?yōu)? 之聯(lián)強(qiáng)大的 AI 能力加持后，工廠質(zhì)檢變得更為簡 “標(biāo)配”。 單、高效、準(zhǔn)確。 在 海 爾 工 廠，PCBA DIP/SMT 工 藝 段， 現(xiàn) 有 ? 圖像采集 的爐前 / 爐后傳統(tǒng)型 AOI 存在以下兩個核心痛點： AOI 是基于圖像分析的，那么獲取圖像信息 （1）操作復(fù)雜、調(diào)試時間長。海爾多為家電 的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性對于檢測結(jié)果非常重要，可以 類 PCBA 生產(chǎn)，波峰焊的焊點形態(tài)變化大，傳統(tǒng)算 想象，若采集的圖像看不清楚或看不到被檢測物 法需針對每一類焊點進(jìn)行調(diào)試，大大增加了調(diào)試時 體的特征點，那么準(zhǔn)確的缺陷檢出也就無從談起。 間。同時，還對人員的熟練程度有要求，一旦人員 除了使用高分辨率、高速、高精密的成像模組之外， 流動，難以延續(xù)設(shè)備檢測效果，從而影響生產(chǎn)效率。 數(shù)之聯(lián)創(chuàng)新性的使用了“飛行拍照“模式，使設(shè) 備在運動中可以不停頓的拍照，設(shè)備的拍照效率 （2）誤判高。傳統(tǒng)算法難以兼容焊點的多形 更高、設(shè)備運行更穩(wěn)定，為后續(xù)高檢測指標(biāo)奠定 態(tài)特征，誤判比較高，大大增加了操作員復(fù)判的工 了堅實基礎(chǔ)。 作量。過多的誤判，操作員容易疲勞，漏檢的風(fēng)險 隨之增加。 據(jù)產(chǎn)線員工介紹：一塊 A4 大小的 PCBA 板， 一名經(jīng)驗豐富的工程師制作一個程序大約需要 3-4 小時，同時，大約會有 20 個點的誤判。這無疑大 大增加了工程師和操作員負(fù)擔(dān)。 海爾工廠在導(dǎo)入數(shù)之聯(lián)追光 AI-AOI ZG6000 ? 圖像處理 后， 大 大 降 低 了 其 漏 檢 率（<0.01%） 與 誤 判 率 （<0.1%）。新產(chǎn)品換線時間由 3-4 小時變?yōu)?10 分 圖像處理進(jìn)一步的保證了圖像信息的準(zhǔn)確性及 鐘左右，從之前 1 名工程師管理 2 條產(chǎn)線，到現(xiàn)在 穩(wěn)定性。在 AOI 檢測中，有多種因素會造成圖像 1 名工程師可管理 5 條產(chǎn)線。同時，將復(fù)判和維修 工位合并，減少 1 條產(chǎn)線 1 名操作員。 88

MACHINE VISION 2023/05 退化，比如 AOI 圖像獲取傳輸過程中，外界雜散光、 術(shù)，構(gòu)建一個多因素關(guān)聯(lián)模型，來分析生產(chǎn)過程和 光電二極管電子噪聲及溫度、光源的不穩(wěn)定不均勻、 缺陷之間的關(guān)系，并按照各個因素對產(chǎn)品缺陷的影 機(jī)械系統(tǒng)的抖動、傳感器溫度等原因?qū)е虏豢杀苊? 響程度進(jìn)行排序。這個技術(shù)可以幫助我們找到缺陷 的使得圖像因含有噪音而變得模糊。這都給圖像識 產(chǎn)生的原因，并進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品的 別、圖像切割等后續(xù)處理工作帶來了困難。為了保 質(zhì)量。 證成像精確性、一致性，數(shù)之聯(lián)進(jìn)行了大量的校準(zhǔn)， 包括：解析度、白平衡、畸變校準(zhǔn)、顯示器校準(zhǔn)等。 當(dāng) 前， 數(shù) 之 聯(lián) 追 光 AI-AOI 系 列 具 有 完 整 的 同時，為了確保不遺漏任何一絲可能的缺陷，數(shù)之 產(chǎn)品矩陣，可應(yīng)用于 PCBA(DIP/SMT) 爐前 / 爐后 聯(lián)創(chuàng)新性的采用了全視野整板拼接成像，將不同位 生產(chǎn)線上的外觀缺陷檢測。整套產(chǎn)品檢測系統(tǒng)基 置、不同方向的局部圖像進(jìn)行準(zhǔn)確地拼接和校正， 于深度學(xué)習(xí)算法，將傳統(tǒng) AOI 的調(diào)試時間縮短到 從而消除拼接接縫帶來的誤差，實現(xiàn)全視野無縫拼 10 分鐘左右。同時，它的誤判率很低（<0.1%）， 接的效果。這種檢測技術(shù)可以實現(xiàn)對 PCBA 表面缺 檢出率可以達(dá)到 99.99%，具有行業(yè)領(lǐng)先的水平。 陷的檢測識別，有助于提高 PCBA 制造的質(zhì)量和工 相較于同類產(chǎn)品，追光 AI-AOI 系列搭載了數(shù)之聯(lián) 藝水平。 強(qiáng)大的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，訓(xùn)練數(shù)據(jù)及模型 框架來源于泛半導(dǎo)體行業(yè)相應(yīng)缺陷數(shù)據(jù)，模型具 ? 圖像分析 有高泛化能力，能夠兼容焊點形態(tài)變化。這些能 夠從根本上解決傳統(tǒng) AOI 需要長時間編程 / 調(diào)試、 追光 AI-AOI 系列均圍繞 AI 能力核心打造， 誤判率高、會因為不同操作人員而出現(xiàn)不一致性 引入了多個關(guān)鍵 AI 技術(shù)進(jìn)行圖像分析，其中主要 等問題。 包括： （1）深度學(xué)習(xí)。數(shù)之聯(lián)利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)， 構(gòu)建了一個深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過 end-to- end 的方式來學(xué)習(xí)產(chǎn)品圖像中缺陷因素之間的深層 邏輯關(guān)系，包括局部與局部、局部與整體之間的聯(lián) 系，以此來實現(xiàn)對產(chǎn)品缺陷的檢測和分類。 （2）缺陷自動檢測。數(shù)之聯(lián)采用深度學(xué)習(xí)算 法，使用 Mask 來獲取不良圖像像素區(qū)域，并使用 Box Regression 把缺陷位置精確定位到圖像上。 （3）模型自動優(yōu)化。數(shù)之聯(lián)使用自動迭代的 訓(xùn)練方法，對模型進(jìn)行優(yōu)化，提高檢測精度。如果 有新的缺陷產(chǎn)生，我們會更新模型或者重新訓(xùn)練， 以滿足識別新缺陷的需求。 （4）檢測算法自動驗證。數(shù)之聯(lián)采用基于圖 數(shù)之聯(lián)秉承“品質(zhì)是產(chǎn)品的內(nèi)在生命力”，從 像處理的模板比對算法，將檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)庫中的 設(shè)計到生產(chǎn) / 品控等多個環(huán)節(jié)，都嚴(yán)格遵循 ISO 質(zhì) 模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比對驗證，并將錯誤的結(jié)果標(biāo)記出來， 量體系，用心打造高品質(zhì)的產(chǎn)品。 然后回去將算法進(jìn)行優(yōu)化，再繼續(xù)訓(xùn)練，提高缺陷 檢測的準(zhǔn)確性。 （5）缺陷關(guān)聯(lián)分析。數(shù)之聯(lián)采用機(jī)器學(xué)習(xí)技 89

CASE 應(yīng)用案例 探尋未來汽車制造的智慧之光， 斯睿特機(jī)器視覺引領(lǐng)焊縫品質(zhì)提升！ 廣州市斯睿特智能科技有限公司 李揚 近幾十年，汽車工業(yè)迅速發(fā)展，車型、規(guī)模及種 針對以上技術(shù)痛點，斯睿特自主研發(fā)的 3D 激 類都呈多元化，各個公司產(chǎn)品都在不斷更新，這也為 光焊道檢測系統(tǒng)，采用一體式檢測頭，采用藍(lán)紫激 機(jī) 器 視 覺 在 汽 車 行業(yè) 的應(yīng) 用 提 供了廣 闊 的 空 間。機(jī) 光，避免噪音和振動對檢測結(jié)果的影響。結(jié)合高頻 器視覺是一種利用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷的 圖像傳感器獲取高精度原始數(shù)據(jù)，提高檢測精度和 技術(shù)，它能夠自動對各種物體進(jìn)行檢測和分析，可以 可靠性。 應(yīng)用于汽車的制造、維護(hù)和質(zhì)量控制等多個方面。 3D 激光檢測頭 汽車焊縫的品質(zhì)對汽車整車品質(zhì)、安全性能有 著非常重要的影響。汽車焊縫的強(qiáng)度直接影響到車 軟件界面圖 身的安全性能，焊縫強(qiáng)度不足會導(dǎo)致車身在碰撞中 變形或斷裂，影響整車的安全性能。焊縫表面的質(zhì) 軟件采用 3D 點云成像圖像處理算法。提取焊 量和顏色直接影響到車身的外觀和美觀度。因此， 縫區(qū)域的高度值，輸出最大高度、最小高度及高低 汽車制造商都非常重視汽車焊縫的品質(zhì)控制。 差，對焊縫品質(zhì)進(jìn)行判斷?？蓹z測焊縫是否偏移、 人工目視進(jìn)行檢測時，技能出眾且有經(jīng)驗的檢 3D 激光焊縫檢測點云圖 測員，也會遺漏一些細(xì)微缺陷，不僅非常費時，還 容易出現(xiàn)誤差，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。檢測數(shù)據(jù) 處理復(fù)雜，且無法實時反饋檢測結(jié)果。人工檢測還 易受疲勞影響，導(dǎo)致檢測結(jié)果精度下降等等，因此 人工檢測已無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。所以汽車 制造商們?yōu)榱私鉀Q這些問題，一直想通過各種自動 化檢測設(shè)備和技術(shù)，提高檢測效率和精度，確保汽 車焊縫的質(zhì)量符合要求，從而提高整車的品質(zhì)和安 全性能。 機(jī)器視覺是可以實現(xiàn)對車身焊縫的自動檢測和 分析，確保焊縫符合標(biāo)準(zhǔn)要求，提高生產(chǎn)效率和質(zhì) 量。但是由于車身焊縫檢測過程中，焊接噪音和振 動會對檢測結(jié)果造成干擾，車身焊縫的表面質(zhì)量、 顏色和形狀會因光線照射角度、光線強(qiáng)度等因素而 產(chǎn)生誤差，車身焊縫的形狀、尺寸和位置可能因焊 縫背景的影響而產(chǎn)生誤差，以上對視覺檢測數(shù)據(jù)的 準(zhǔn)確性和可靠性都是一個挑戰(zhàn)。 90

MACHINE VISION 2023/05 中斷、材料堆積、魚鱗紋、焊縫缺口、焊縫氣孔、 國內(nèi)某主機(jī)廠應(yīng)用實績 焊絲殘留等。 靠的解決方案。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷 單班可節(jié)省 3-4 個人工，是傳統(tǒng)自動化改造及 擴(kuò)大，相信機(jī)器視覺技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用前景將 治具改造投入成本的 10%-20%，增加新車型零設(shè) 會更加廣闊。 備投資，可對應(yīng)多種車型。 隨著汽車制造商對汽車焊縫品質(zhì)的要求越來越 高，機(jī)器視覺技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)成為不可 避免的趨勢。斯睿特自主研發(fā)的 3D 激光焊道檢測 系統(tǒng)，采用先進(jìn)的激光檢測技術(shù)和軟件處理算法， 能夠準(zhǔn)確地檢測和分析汽車焊縫的品質(zhì)，提高生產(chǎn) 效率和質(zhì)量，為汽車制造商們提供了一種高效、可 圖漾低代碼 RVS? 機(jī)器視覺開發(fā)平臺 推進(jìn)手眼協(xié)同規(guī)?；涞? 上海圖漾信息科技有限公司 陳圓 2023 年初，由工信部等 17 部門聯(lián)合印發(fā)《“機(jī) 眾所周知，機(jī)器人智能應(yīng)用，除了自身結(jié)構(gòu)及 器人 +”應(yīng)用行動實施方案》，提出將機(jī)器人應(yīng)用 視覺傳感器外，也需要與軟件相結(jié)合，才能組成完 推廣作為科技創(chuàng)新、行業(yè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)政策重點方向， 整的自動化系統(tǒng)。 統(tǒng)籌政策、資金、資源予以全方位支持。在新一輪“機(jī) 器人 +”浪潮推動下，機(jī)器人有望在眾多行業(yè)實現(xiàn) 為全球領(lǐng)先的 3D 機(jī)器視覺提供商，致力為多 更高滲透率，迎來全場景落地的發(fā)展“黃金期”。 行業(yè)合作伙伴、客戶提供完整 3D 工業(yè)相機(jī)硬件 - 軟 件平臺 - 行業(yè)解決方案服務(wù)。通過 3D 技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新， 91

CASE 應(yīng)用案例 圖漾持續(xù)推出多款創(chuàng)新產(chǎn)品，以高性能 - 性價比產(chǎn) 針對以上情況，圖漾技術(shù)團(tuán)隊通過自研 3D 工 品服務(wù)，滿足工業(yè)、物流、機(jī)器人、安全、醫(yī)療、 業(yè)相機(jī)的前端數(shù)據(jù)采集，搭載 RVS-SE 軟件平臺， 科研等多行業(yè)客戶多樣化需求，出貨量全球領(lǐng)先。 利用平臺組件拖拽功能，快速完成拆垛流程搭建。 針對機(jī)器人行業(yè)，圖漾基于多年規(guī)?；椖糠? 同時基于軟件內(nèi)置超級模型，無需模型訓(xùn)練， 務(wù)經(jīng)驗，在 2022 年 5 月發(fā)布的一款免費授權(quán)、低代 可兼容引導(dǎo)多品牌機(jī)械臂，實現(xiàn)極致性價比、簡單 碼、快迭代、支持二次開發(fā)及客戶系統(tǒng)集成的 RVS ? 易運維、高穩(wěn)定運行的自動化拆垛應(yīng)用，可適配多 機(jī)器視覺開發(fā)平臺，以組件拖拽、仿真交互的一站 數(shù)場景下所有垛型及不同材質(zhì) / 尺寸 SKU 拆垛，識 式開發(fā)范式，從模型搭建到調(diào)優(yōu)交付，全流程降低 別準(zhǔn)確率 ≥99.9%。 開發(fā)難度，縮短項目周期，開放 SDK，提供 API 接口， 賦予開發(fā)者無限制的創(chuàng)新空間，讓機(jī)器人手眼協(xié)同 開發(fā)更簡單。目前 RVS 軟件平臺已在自動化拆垛、 工件無序分揀、新能源自動充電等多個場景、總計 超 50 個實際項目中實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。 應(yīng)用一 自動化拆垛 在制造及物流行業(yè)，各種工業(yè)機(jī)器人被應(yīng)用于 原材料 / 貨物的自動化流轉(zhuǎn)，其中拆垛是常見應(yīng)用 之一?！皺C(jī)器人拆垛”通常指利用機(jī)械臂將物料按 順序從托盤上卸載的過程，可以用于替代簡單繁重 的體力勞動。 以某塑料制品企業(yè)拆垛項目為例，在客戶生 應(yīng)用二 工件無序分揀 產(chǎn)現(xiàn)場存在大量紙箱拆垛需求。生產(chǎn)車間可能存在 粉塵 / 顆粒物 / 煙塵 / 粉體等工業(yè)粉塵，夏冬季高 制造業(yè)現(xiàn)今廣泛部署了 Bin picking（工件自動 低溫、多雨潮濕，復(fù)雜光線干擾等問題，垛型隨機(jī) 抓?。﹣碇悄芴幚砀鞣N工件的拆零分揀及放置。常 且紙箱品規(guī)眾多混碼，并且同一托盤上紙箱的尺寸、 見 Bin picking 通常包括 3D 機(jī)器視覺系統(tǒng)、機(jī)械手 圖案、位置等不固定，垛型不統(tǒng)一，傳統(tǒng)示教方式 和軟件平臺，實現(xiàn)從一個區(qū)域（分揀箱）分揀零件 無法滿足柔性需求，整體流程復(fù)雜，對節(jié)拍和穩(wěn)定 并到另一個區(qū)域（傳送帶、托盤等）放置。 性要求高。 在某金屬制品企業(yè)生產(chǎn)車間，上料環(huán)節(jié)中工件 包含隨機(jī)擺放、緊密貼合、亂序堆疊等不同情況， 同時工件表面會出現(xiàn)暗色、一定程度反光等問題， 客戶希望通過 3D 視覺伺服，基于軟件應(yīng)用解決工 92

MACHINE VISION 2023/05 件不同位姿情形下零碰撞地穩(wěn)定抓取，并逐一從料框中抓取整齊 2023 堆疊或隨意擺放的工件，并自動放置于機(jī)床或傳送帶上。 中國機(jī)器視覺助力 智能制造創(chuàng)新發(fā)展大會 在項目服務(wù)初期，圖漾技術(shù)團(tuán)隊為客戶規(guī)劃了包含 3D 視覺、 深度學(xué)習(xí)、運動規(guī)劃控制等多技術(shù)融合應(yīng)用方案，基于 RVS 軟 VisionChina (Beijing) 件對 3D 視覺采集的工件距離、尺寸、姿態(tài)構(gòu)建抓取策略及路徑 規(guī)劃，使工件從可識別到可抓取，包含抓取前位姿，抓取位姿，抓 2023.05.17-18 | 北京國際會議中心 取后位姿，以及避撞檢測等功能，最終引導(dǎo)機(jī)械臂完成自主規(guī)劃 Beijing International Convention Center 路徑、自主規(guī)避和自主精準(zhǔn)抓取，真正實現(xiàn)了高效自動的無序分揀。 中國（上海）機(jī)器視覺展暨 應(yīng)用三 新能源自動充電 機(jī)器視覺技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研討會 隨著新能源汽車在全球范圍內(nèi)快速普及，車主里程焦慮及 VisionChina (Shanghai) 隨時隨地補(bǔ)能需求迫切需要完善解決。移動充電機(jī)器人作為一種 新型模塊化充電方式，具備體積小成本低、導(dǎo)入周期短，場地改 2023.07.11-13 | 國家會展中心（上海） 造小、快速上線使用等應(yīng)用優(yōu)勢，車主在充電時可通過應(yīng)用程序 National Exhibition and 召喚其到達(dá)車輛位置并自動提供充電服務(wù)。目前在快速市場化階 段，有望成為新能源充換電必選項之一，助力實現(xiàn)自動化、無人 Convention Center (Shanghai) 化、柔性的智慧補(bǔ)能應(yīng)用。 中國（深圳）機(jī)器視覺展覽會暨 在某移動機(jī)器人客戶的自動充電項目配合中，客戶希望采 機(jī)器視覺技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研討會 用 3D 視覺引導(dǎo)機(jī)器人精準(zhǔn)識別充電插口并準(zhǔn)確將充電槍插入端 口。工作場景存在室內(nèi)及半室外等多種環(huán)境，各種車身顏色及漆 VisionChina (Shenzhen) 面反光、車輛?？坎灰?guī)范及位姿偏差等多情形。 2023.10.30-11.01 鑒于以上因素，圖漾科技技術(shù)支持團(tuán)隊首先采用 3D 相機(jī) 深圳國際會展中心（寶安新館） 對車身外蓋及內(nèi)充電端口進(jìn)行掃描定位，獲取目標(biāo)的點云數(shù)據(jù)， Shenzhen World Exhibition \& 基于 RVS 軟件內(nèi)置點云算法及智能算法，獲取準(zhǔn)確的定位坐標(biāo)， Convention Center (Bao 'an New Hall) 自動糾正車輛?？考皬?fù)合機(jī)器人到位產(chǎn)生的方向和角度偏差， 降低停靠要求，并引導(dǎo)機(jī)器人將充電槍準(zhǔn)確插入充電座完成充 電指令。 93

CASE 應(yīng)用案例 全自動檢測噴漆部件：提升質(zhì)量保證水平 伊斯拉視像設(shè)備制造（上海）有限公司 張立猛 在許多汽車制造商及其一級供應(yīng)商的生產(chǎn)過程 的供應(yīng)商 ISRA VISION 增強(qiáng)了其大獲成功的 Car 中，經(jīng)驗豐富的員工會用肉眼來目視檢查噴漆表面 Paint Vision (CPV) 系統(tǒng)，該系統(tǒng)也被用作檢測整 是否存在缺陷。然而，即使擁有多年的經(jīng)驗和培訓(xùn)， 個車身的標(biāo)桿。隨著自動檢測噴漆部件這一高級概 以保證質(zhì)量為目的的目視檢查也是非常主觀的，并 念的出現(xiàn)，現(xiàn)在也能可靠地檢測前后保險杠等外部 且在可再現(xiàn)性或可量化性方面往往會給出不同的結(jié) 組件的缺陷。 果。檢測質(zhì)量取決于多種因素，從個人對質(zhì)量的看 法，到自行決定的余地，甚至是當(dāng)天員工的表現(xiàn)。 新 開 發(fā) 的 全 自 動 系 統(tǒng) 配 備 PAINTSCAN 然而，被忽視的缺陷會在生產(chǎn)過程中造成高昂的額 Compact 傳 感 器， 使 用 工 業(yè) 機(jī) 器 人 對 噴 漆 表 面 外成本和錯誤，從而帶來高成本和高風(fēng)險因素。 進(jìn)行在線檢測，甚至可以對大型部件進(jìn)行檢測， 同 時 始 終 與 生 產(chǎn) 量 保 持 同 步。 在 這 套 可 擴(kuò) 展 且 用于保證質(zhì)量的高效自動檢測解決方案可以降 高 度 靈 活 的 系 統(tǒng) 中， 有 一 到 四 個 機(jī) 器 人 配 備 了 低成本并提高涂裝工藝的質(zhì)量。由機(jī)器人引導(dǎo)的檢 PAINTSCAN Compact 傳感器。該系統(tǒng)使用高性 測系統(tǒng)能夠客觀一致地對噴漆表面質(zhì)量進(jìn)行評估。 能多模 LED 線來檢測尺寸 ≥ 0.15 mm 的缺陷，并 機(jī)器人可以確保傳感器在待檢表面的輪廓上精確移 會使用過采樣技術(shù)在 200 Hz 的頻率下對每個缺陷 動。 這項工作十分重要，但人類的手眼協(xié)調(diào)能力 進(jìn)行多次檢測或檢查，然后按多個尺寸進(jìn)行分類。 卻無法長時間持續(xù)地以所需的精度和可靠性來重復(fù) 形貌和非形貌缺陷的缺陷檢測率通常 > 98.5%。數(shù) 這項工作。 據(jù)在加工周期中進(jìn)行處理，因此可以立即得到缺 陷信息。對收集到的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以持續(xù) 這些用于噴漆檢測的智能系統(tǒng)直接集成到生產(chǎn) 不斷地優(yōu)化生產(chǎn)工藝。 線上，可以檢測單個涂裝部件的表面乃至整個車身。 自動檢測系統(tǒng)可以大大提前確定涂裝工藝中的錯誤 單個噴漆部件的可靠質(zhì)量控制 并加以糾正。通過對需要修復(fù)的區(qū)域進(jìn)行精確標(biāo)記， 它們還為人工返工提供了寶貴的幫助。此外，系統(tǒng) PAINTSCAN Compact 傳 感 器 中 的 先 進(jìn) 多 模 還能精確定位缺陷位置，便于機(jī)器人進(jìn)行修復(fù)。 LED 線技術(shù)采用新的傳感器技術(shù)和精密光學(xué)器件， 能夠?qū)Υ笮蛥^(qū)域的質(zhì)量進(jìn)行控制，并對相關(guān)的形貌 自動噴漆修復(fù)結(jié)合了光學(xué)檢測、打磨和拋光工 噴漆缺陷（如雜質(zhì)、環(huán)形坑和劃痕）進(jìn)行高度可靠 藝，從而能夠提高工藝效率和節(jié)約潛力。 和精確的檢測和分類。 檢測表面缺陷是一項復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是 對于緊密堆放的部件，包括保險杠、車身覆蓋 當(dāng)涉及到各種形狀復(fù)雜的部件時，而解決這一挑戰(zhàn) 件和擾流板，也能得到精確的檢測。PAINTSCAN 的方法正是運用表面檢測和機(jī)器人技術(shù)方面的專業(yè) Compact 結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)和表面檢測的優(yōu)勢， 知識。憑借數(shù)十年積累的經(jīng)驗，走在檢測系統(tǒng)前沿 能夠檢測出形貌和非形貌缺陷。可選的下游工作站 94

MACHINE VISION 2023/05 PAINTSCAN Compact 傳感器能夠可靠檢出所有相關(guān)缺陷 企業(yè)生產(chǎn)管理智能解決方案 (EPROMI) （如雜質(zhì)、環(huán)形坑、顏料缺陷、劃痕）并加以分類。 改進(jìn)后的噴漆檢測可提高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 會自動標(biāo)記檢測到的錯誤，以便進(jìn)行返工。返工的 支持選項特別實用；其中包括機(jī)器人自動噴點標(biāo)記 用于檢測噴漆部件表面缺陷的自動化質(zhì)量檢測 和返工用激光標(biāo)記界面。 解決方案以可靠和精確得出的結(jié)果保證了始終如一 的 高 質(zhì) 量 生 產(chǎn)。PAINTSCAN Compact 傳 感 器 可 新的噴漆檢測解決方案結(jié)合了一個功能強(qiáng)大的 以大大提前確定涂裝工藝中的缺陷并加以糾正。如 分類流水線，它定義了檢測到的錯誤的類型和相關(guān) 此一來，它們顯著減少了為消除缺陷而進(jìn)行的昂貴 性，并用于在檢測過程中生成與工藝相關(guān)的質(zhì)量數(shù) 手工返工的需求，同時也提高了產(chǎn)品質(zhì)量并確保質(zhì) 據(jù)。例如，如果缺陷總是出現(xiàn)在噴漆部件上的類似 量穩(wěn)定。 位置，系統(tǒng)就會將環(huán)形坑與其他類型的缺陷區(qū)分開 來，以表明存在工藝問題。您也可以選擇為個別區(qū) 快速攤銷自動檢測解決方案的成本 域（引擎蓋、車頂?shù)龋┰O(shè)置特定的公差。例如，直 接在客戶視線范圍內(nèi)的主要表面上的缺陷，或具有 汽車行業(yè)面臨巨大的成本壓力，最終客戶要求 中高優(yōu)先級的次要表面（如車頂、車架）上的缺陷， 苛刻，且對質(zhì)量的期望在不斷提高。只有借助高效 以及通常在客戶視線之外的部件上的缺陷。 和自動化的檢測解決方案，才能以可接受的成本實 現(xiàn)出色質(zhì)量。ISRA 與眾不同的表面檢測系統(tǒng)可以 隨時進(jìn)行改造。經(jīng)營者可以從詳盡的檢測結(jié)果中受 益，而這些結(jié)果又奠定了系統(tǒng)性改進(jìn)產(chǎn)品和生產(chǎn)工 藝的基礎(chǔ)。 在工藝完成后，糾正成品的噴漆表面缺陷需要 很大的工作量。 PAINTSCAN Compact 傳感器 修復(fù)此類缺陷成本高昂，往往會對生產(chǎn)的經(jīng) 濟(jì)可行性產(chǎn)生巨大影響。因此，部署自動表面檢測 通過檢測系統(tǒng)得到的所有數(shù)據(jù)均記錄在噴漆缺 系統(tǒng)來檢測缺陷很快就能得到回報：通過掃描缺陷 陷數(shù)據(jù)庫中，從而能夠進(jìn)一步改進(jìn)生產(chǎn)工藝。 而不是尋找缺陷能夠以經(jīng)濟(jì)實惠的方式進(jìn)行表面檢 測。此外，缺陷檢測也符合可再現(xiàn)性規(guī)范。員工因 統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以通過定制的企業(yè)生產(chǎn)管理智能解 而可以專注于修復(fù)缺陷并消除其來源。這就能夠節(jié) 決方案 (EPROMI) 顯示在相應(yīng)的儀表板上，而具體 省員工和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少投訴量， 的生產(chǎn)評估始終以 PDF 報告的形式提供。 從而確保競爭力。 95

CASE 應(yīng)用案例 特種鏡頭在缺陷檢測中的應(yīng)用 湖南長步道光學(xué)科技有限公司 張浩 國內(nèi)機(jī)器視覺從無到有，經(jīng)過這十多年的發(fā)展， 的 0.1x 的遠(yuǎn)心鏡頭，也只能做到 9.3mm， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)無 已經(jīng)到了快速發(fā)展的時期，各個行業(yè)對視覺檢測提 法達(dá)到項目要求。 出的要求越來越高，也有越來越多的項目是常規(guī)鏡 頭無法解決的，這就需要一些特殊定制的鏡頭來解 決，今天給大家分享我們長步道特種鏡頭的一些應(yīng) 用場景。 或許大家都有遇到過高度差異比較大的物體 而能夠提升景深效果的鏡頭，我們可以想到沙 的檢測需求，這里給大家舉一個案例，在新能源鋰 姆鏡頭，沙姆鏡頭通過調(diào)整鏡頭和芯片間的沙姆角， 電池行業(yè)卷繞段，在卷繞過程中，極耳會逐步疊 以及配合合適的拍攝角度，能夠?qū)⑵胀ㄧR頭的景深 加，可能會發(fā)生位置偏移的情況，當(dāng)出現(xiàn)偏移量比 效果提升 1/3 甚至更高，但是普通的沙姆鏡頭存在 較大的時候，從側(cè)面進(jìn)行極耳翻折的檢測，極耳的 視差，無法保證倍率一致。那么將兩者結(jié)合起來是 位置不一樣，也就是極耳到檢測系統(tǒng)的工作距離會 不是就可以了呢？將遠(yuǎn)心鏡頭做成沙姆結(jié)構(gòu)，在保 發(fā)生變化，客戶就要求假定最大變化 20mm，在 持遠(yuǎn)心光路的基礎(chǔ)上還能增加景深，但我們對現(xiàn)場 20mm 的變化范圍內(nèi)檢測極耳翻折缺陷，然后根據(jù) 翻折的程度來進(jìn)行判定 OK NG，這個項目的難點 在于要做到 20mm 的景深，同時還要保持倍率一 致，無視差，如果拍攝存在視差，前后位置極耳翻 折的大小在圖像上就會有區(qū)別，無法滿足拍攝需求。 沙姆鏡頭成像示意圖 提到無視差，大家第一反應(yīng)應(yīng)該是遠(yuǎn)心鏡頭， 普通鏡頭效果 沙姆鏡頭效果 遠(yuǎn)心鏡頭因為獨特的平行光路，能保持圖像放大倍 率一致，但遠(yuǎn)心鏡頭也并非十全十美，也不能突破 光學(xué)定律，遠(yuǎn)心鏡頭的景深跟放大倍率、光圈還有 NA 值有關(guān)，我們可以看到，列表中就算景深最大 96

MACHINE VISION 2023/05 使用空間和使用的鏡頭倍率進(jìn)行光學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)景 1. 鏡頭內(nèi)部快速對焦，實現(xiàn)超景深 (22mm) 深還是無法達(dá)到要求。 2. 雙遠(yuǎn)心 ( 物方遠(yuǎn)心、像方遠(yuǎn)心 ) 3. 工作距離變化 22mm 倍率恒定不變 綜合以上來看，遠(yuǎn)心鏡頭能保持倍率一致，但 4. 鏡頭內(nèi)部集成控制器與軟件 是景深不夠，沙姆鏡頭在特定情況下才能滿足景深 5. 鏡頭通信接口為串口 RS232 接口， 要求，而且會存在視差，目前市面上也有能滿足這 直接連工控機(jī) 兩個要求的方案 液態(tài)鏡頭，通過改變液態(tài)鏡片的 6. 光圈可調(diào)節(jié) 曲率，來實現(xiàn)不同工作距離下的對焦，同時也能保 7. 相對液態(tài)鏡頭成本更低 持倍率一致，但目前液態(tài)鏡頭的價格比較高，成本 上不占優(yōu)勢。 A 對于有高度差異大的被測物能快速實現(xiàn)對焦與精準(zhǔn)測量 B 對于表面為斜面的物體通過多張圖片融合實現(xiàn)精準(zhǔn)測量 基于以上市場現(xiàn)狀，長步道設(shè)計了一款既能保 候，比如安裝距離比較高，高溫、噪音、粉塵等環(huán) 證景深，又能保證倍率的價格更低成本更有優(yōu)勢的 境下，每次對焦都需要爬上爬下，這時候就可以使 特種鏡頭 超景深電動對焦遠(yuǎn)心鏡頭，這款鏡頭內(nèi) 用電動對焦鏡頭，通過電腦控制鏡頭對焦；還有一 部集成了超聲波馬達(dá)，通過控制馬達(dá)能做到在鏡頭 些不規(guī)則物體的測量，可以做到一個工位多次對焦 位置不變的情況下，物體工作距離變化 22mm 都 檢測，節(jié)省工位，簡化視覺系統(tǒng)。 能對焦清晰，也就是能做到景深 22mm，而這款鏡 頭是在雙遠(yuǎn)心鏡頭的基礎(chǔ)上實現(xiàn)電動對焦，因此能 說到簡化視覺系統(tǒng)，對我們長步道了解的同行 保證在景深 22mm 的變化范圍內(nèi)，保持放大倍率 可能對我們這款產(chǎn)品有一定的了解，檢測一些小物 不變，可以進(jìn)行精密的尺寸測量，而鏡頭使用的超 件的外側(cè)缺陷的時候，傳統(tǒng)方案是使用多組鏡頭多 聲波馬達(dá)對比普通的步進(jìn)馬達(dá)的優(yōu)勢在于，精度更 組相機(jī)分角度拍攝，而這款 360°外壁檢測鏡頭可 高，馬達(dá)本身能做到的最小精度是 0.03°，對應(yīng) 以使用一顆鏡頭一顆相機(jī)，從物體上面拍攝，將物 到鏡頭上的調(diào)焦角度甚至能做到 0.001°，再細(xì)微 體環(huán)外側(cè)信息通過折反射的原理，在一張圖片上成 的變化都能及時捕抓，超聲波馬達(dá)轉(zhuǎn)速更快，最快 圓冠狀成像，簡化視覺系統(tǒng)，適用于瓶蓋、螺絲等 每鐘能轉(zhuǎn) 400 轉(zhuǎn)，對應(yīng)到鏡頭上就是最快 1.5 秒內(nèi) 小物件的缺陷外觀檢測，因為畸變較大，不適合進(jìn) 就能實現(xiàn) 22mm 的景深變化，而且超聲波點電機(jī) 行尺寸測量。 不會發(fā)生堵轉(zhuǎn)燒電機(jī)的問題，響應(yīng)速度快，響應(yīng)時 間小于 1ms，控制接口為通用的 RS232 接口，鏡 頭光圈 F5.6-F22 可調(diào)節(jié)，能做到跟液態(tài)鏡頭一樣 的事情，價格卻比液態(tài)鏡頭低將近小一半，在成本 更有優(yōu)勢。除了能應(yīng)用在上述鋰電卷繞段極耳翻折 檢測外，這款鏡頭還能應(yīng)用在高度差異大的物體對 焦與精準(zhǔn)測量，以及斜面物體通過多次拍照進(jìn)行圖 片合成實現(xiàn)精準(zhǔn)測量。就是即需要用到遠(yuǎn)心鏡頭， 又需要超大景深或者多次對焦的項目都可以使用這 款鏡頭測試。 我們還將電動對焦模組應(yīng)用在了適用范圍更廣 的常規(guī) FA 鏡頭，將原本手動對焦的操作交給機(jī)器， 可以應(yīng)用在一些極端環(huán)境人為不方便進(jìn)行對焦的時 97

CASE 應(yīng)用案例 相對應(yīng)的也有檢測物體內(nèi)壁信息的 360°內(nèi)壁 機(jī)器視覺檢測呈現(xiàn)高分辨率、高光譜成像趨 鏡頭，左邊的適用于管道類需要伸進(jìn)去拍攝的內(nèi)壁 勢，近年 sony 推出了工作波長覆蓋可見光 + 近紅 檢測，就是工業(yè)上的針孔鏡頭，能清晰地檢測隱藏 外（400-1700nm）的芯片，督促著我們鏡頭也往 在內(nèi)部的特征和缺陷，右邊的鏡頭是在物體上方拍 更高端的領(lǐng)域前進(jìn)，因為普通的鏡頭無法發(fā)揮出這 攝，特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)使其擁有大視角和大景深，能 種高端芯片的性能。為什么不適配呢？ 將內(nèi)壁信息展開，進(jìn)行內(nèi)壁拍攝適用于檢測圓柱、 孔洞、瓶子和螺紋等物體。 上述外壁鏡頭也存在局限性，只適合檢測外徑 首先是普通鏡頭鍍膜要么是可見光波段要么是 30mm 以下小尺寸物體，因此長步道推出了八棱鏡 紅外光波段，不能兼顧 400-1700nm 這么長波段， 鏡頭，將物體通過八個角度進(jìn)行拍攝，檢測范圍是 除了鏡片鍍膜外，還有一個原因是普通鏡頭存在焦 5mm-70mm。前端是大視野遠(yuǎn)心鏡頭，通過特殊 點偏移，不同波長光線的折射率不一樣，在可見光 的折反射光路，能分別檢測物體外壁和內(nèi)壁，當(dāng)尺 下對焦清晰，切換成紅外光下就會模糊，如果不進(jìn) 寸和高度合適的時候，能夠同時檢測物體內(nèi)外壁， 行校正，無法共焦，就不能做到高光譜成像。那我 更大程度的簡化系統(tǒng)，節(jié)約成本。像這種高度的酒 們常見的安防監(jiān)控鏡頭是怎么做到白天可見光成 瓶蓋，常規(guī) 360°外壁鏡頭至少需要分開拍攝兩次， 像，晚上紅外補(bǔ)光，紅外光成像，且不需要重新對 上面一次，下面一次，而八棱鏡鏡頭能夠一次拍攝 焦，秘密就在于鏡頭上加入 ICR 切換器。 完全，而且像這些緊固件內(nèi)壁信息在合適的情況下 也能拍攝出來，這就是八棱鏡鏡頭的優(yōu)勢，但因為 除了鏡片鍍膜外，普通鏡頭存在焦點偏移 分成八個面，所以不能做到傳統(tǒng) 360°鏡頭的圖片 ( 不同波長光線的折射率不一樣，無法共焦 ) 拉伸合成。 安防鏡頭如何做到日夜共焦 ? 加入了 ICR 換器，達(dá)到個別波段共焦 ICR 內(nèi)裝有不同厚度的可見光截止濾光片和 紅外截止濾光片，通過不同厚度濾光片進(jìn)行光路細(xì) 微調(diào)節(jié)，可見光下使用一種厚度濾光片，紅外光切 換另一種厚度濾光片，實現(xiàn)可見光和近紅外雙光譜 共焦的功能。 我們針對 IMX990/991 推出了高光 98

MACHINE VISION 2023/05 譜鏡 , 通過使用超低色散玻璃，在超寬的波長范圍 2. 使用超低色散玻璃，在超寬的波長范圍內(nèi)， 內(nèi)，完全校正了焦點偏移，實現(xiàn)高光譜共焦。這一 完全校正了焦點偏移 系列推出 12-35mm 4 款鏡頭。 3. 廣泛應(yīng)用于工業(yè)分選、色差檢測、食品檢測、 醫(yī)學(xué)制藥等領(lǐng)域 主要應(yīng)用領(lǐng)域在糧食異物檢測、食品包裝檢測， 以及半導(dǎo)體硅片檢測等外部缺陷及內(nèi)部缺陷檢測， 還有食品材料、塑料、藥品等材料分選。 產(chǎn)品特點： 1. 專為 SWIR 芯片 IMX990/IMX991 設(shè)計 Allied Vision 相機(jī)提供鏡頭主動對準(zhǔn) 技術(shù) , 助力醫(yī)療成像設(shè)備實現(xiàn)精準(zhǔn)成像 Allied Vision Lars Schuler 許多制造商一廂情愿地認(rèn)為，限定各個部件公差 未對準(zhǔn)的影響 就可保證充裕的畫質(zhì)。理想情況下，制造商會在組裝 完成后對相機(jī)進(jìn)行廣泛測試。如果測試通過，相機(jī)就 許多視覺應(yīng)用非常依賴一致的畫質(zhì)。如果 發(fā)往終端客戶；如因畫質(zhì)差強(qiáng)人意而未通過測試，將 鏡頭與相機(jī) / 傳感器未正確對準(zhǔn)，應(yīng)用后期處理 手工拆解相機(jī)以修復(fù)錯誤。最不堪的結(jié)果是，剛生產(chǎn) 結(jié)果就會失真。如果產(chǎn)品為手持式或桌面版本， 出來的相機(jī)就被迫報廢處理。這些措施會推高生產(chǎn)成 后果更為嚴(yán)峻。移動和沖擊會改變 S 接口鏡頭與 本，尤其是在元件出現(xiàn)問題時。此外，縮小制造商元 相機(jī)的貼合度，導(dǎo)致使用過程中發(fā)生永久性失真。 件公差范圍也會進(jìn)一步拔高生產(chǎn)成本。最后，制造過 這在實時流媒體應(yīng)用中可能尚可接受，但在分析 程通常理論運行良好，實際所有部件都存在肉眼不可 和測量任務(wù)中卻是不可原諒的錯誤。 見的公差。例如，根據(jù)規(guī)范，部分傳感器允許存在 1 度傾斜。 在 X、Y 和 Z 軸所有三個方向上，都可能 出現(xiàn)鏡頭未對準(zhǔn)。X 和 Y 軸方向偏移會使圖像 S 接口鏡頭可用于許多視覺應(yīng)用。對于計劃大規(guī) 和焦點遠(yuǎn)離感興趣區(qū)域 (ROI)。繞 Z 軸傾斜會 模生產(chǎn)的終端產(chǎn)品，低成本的 S 接口鏡頭尤其具有吸 移動 ROI，但焦點仍停留在中心。繞 X 或 Y 軸 引力。如果您正考慮將 S 接口鏡頭用于醫(yī)療視覺應(yīng)用 傾斜會造成圖像出現(xiàn)矩形失真，相應(yīng)邊緣更加 （例如，用于即時醫(yī)療解決方案），就需要考慮到， 模糊。當(dāng)然，實際應(yīng)用中可能出現(xiàn)三種形式的 比 C 接口鏡頭更低的成本，往往意味著更低的精密度。 疊加效果。 99

CASE 應(yīng)用案例 精確鏡頭對準(zhǔn)對醫(yī)療類成像設(shè)備至關(guān)重要 降低了產(chǎn)品成本，而主動鏡頭對準(zhǔn)技術(shù)則保證了生 產(chǎn)產(chǎn)品的畫質(zhì)精密度和穩(wěn)定性——即便同一系列產(chǎn) 醫(yī)學(xué)項目實例 品產(chǎn)量高達(dá) 1000 臺以上。另一個重要的優(yōu)勢是， 對準(zhǔn)后的鏡頭用膠水粘結(jié)，確保相機(jī)傳感器在這一 牙科掃描儀：牙科掃描儀用于基于患者口腔內(nèi) 步驟之后得到妥善保護(hù)，不會受到任何污染。 部模具制作三維模型。掃描過程借助 2-4 臺相機(jī)進(jìn) 行，拍攝牙齒和牙齦上的投影線圖案圖像。最終生 成一個支持 CAD 重建的點云數(shù)據(jù)集。在掃描過程 中，會拍攝多張圖像。主動鏡頭對準(zhǔn)技術(shù)提高了合 并不同圖像數(shù)據(jù)時的成功率。此外，它還可確保同 一系列不同掃描儀間的輸出畫質(zhì)一致。 眼科：眼科醫(yī)生使用 3D 鏡頭測量功能，根據(jù) 主動鏡頭對準(zhǔn)技術(shù) 患者個人面部輪廓進(jìn)行配鏡。首先在患者臉部正前 方架設(shè)兩臺相機(jī)，分別覆蓋左右眼的光路。這兩個 上述實例證明，主動鏡頭對技術(shù)準(zhǔn)的確可以 圖像 / 視頻流拼接在一起，獲得所有重要測量結(jié)果， 帶來諸多增值效應(yīng)。正因為如此，Allied Vision 從而針對患者進(jìn)行個性化調(diào)整鏡框和鏡片。在這一 決定為 Alvium 相機(jī)系列提供主動鏡頭對準(zhǔn)附加 應(yīng)用中，主動鏡頭對準(zhǔn)功能有助于精確拼接圖像， 服務(wù)。 并節(jié)省測量系統(tǒng)生產(chǎn)過程的質(zhì)檢工作。 PCR 檢測設(shè)備：自新冠疫情大流行以來，聚 對準(zhǔn)工作通過一個完全自動化流程完成。S 接 合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (PCR) 在全球廣為人知。與在其他病 口鏡頭定位到 Alvium 相機(jī)的預(yù)制螺紋中。鏡頭通 毒檢測中一樣，PCR 同樣是檢測 SARS-CoV-2 的 過有源傳感器和五個激光束，對準(zhǔn)有源傳感器陣列 黃金標(biāo)準(zhǔn)。流程通常如下：將制備好的樣品裝入孔 中心。您可根據(jù)自身要求，基于鏡頭 / 傳感器上的 板，用相機(jī)或傳感器檢測每一份樣品的熒光活動（見 5 個 MTF（模塊化傳輸功能）點確定對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。 下方“倒置”圖像）。實驗室大型檢測設(shè)備和分散 鏡頭移動到理想位置后，即膠粘在此處。這一流程 檢測站的小型臺式系統(tǒng)遵循的原理并無二異。在這 兼具準(zhǔn)確度和清潔度，是人工流程所難以企及的。 一應(yīng)用場景下，小型 S 接口讓整體設(shè)計更加緊湊， 在產(chǎn)線末端，會生成一個測試圖像，證明實現(xiàn)了對 準(zhǔn)公差。每臺 Alvium 相機(jī)的測量數(shù)據(jù)都記錄在數(shù) 據(jù)庫中，供客戶查閱。 主動鏡頭對準(zhǔn)服務(wù)能減輕客戶在鏡頭對準(zhǔn)方面 的工作量，并實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的高質(zhì)量成像。 100