“機器視覺”助力我國走向“工業4.0”

從產品缺陷檢測、二維碼辨識、建立生產履歷到引導機器手臂執行任務，機器視覺的應用領域不斷擴張，而且在生產線上的表現可圈可點。機器視覺技術不僅節省了大量人力，更創造出許多人類作業員無法帶來的價值。

機器視覺可說是工業自動化系統的靈魂之窗，從物件/條碼辨識、產品檢測、外觀尺寸量測到機械手臂/傳動設備定位，都是機器視覺技術可以發揮的舞臺。而為了因應層出不窮的新應用需求，工業相機的設計也出現新的發展方向。

隨著應用范疇越來越廣，為了增加應用彈性或與工業電腦攜手組成更復雜的自動化系統，工業相機的規格發展趨勢正逐漸朝個人電腦靠攏，部分產品甚至已演化成一臺麻雀雖小，五臟俱全的迷你工業電腦。

由于CPU效能、視覺演算法與硬體成本不斷改善，機器視覺在工廠的應用變得越來越普及，同時也為制造業者帶來降低成本、提升品質與生產效率等效益。跟人眼相比，機器視覺有檢測速度快、把關標準不受到人的主觀影響等優勢，而且機器視覺的解析度遠高于人眼，在檢測細微零件或電路時，比人眼更能明察秋毫。上述優勢使得機器視覺近年來在科技制造業與傳統制造業都大受歡迎。

機器視覺在生產制造上的應用越來越廣泛，工業相機這類產品也出現新的發展方向。由于不同應用對機器視覺的性能跟功能配置有很大的差異，因此機器視覺大致上可區分成可配置型系統、嵌入型系統與智慧相機型三大類。但不論是哪種機器視覺系統，除了少數特殊應用外，其所使用的工業相機都越來越向個人電腦靠攏，甚至智慧相機本質上就是一臺內建CPU、記憶體，可以執行各種視覺演算法的工業電腦。

除了需要逐行掃描(例如面板檢測)或非常高速的應用仍使用配備Camera Link介面的工業相機外，目前大多數工業相機都采用GbE介面，除了成本低廉外，容易與工業電腦介接，組成龐大復雜的自動化系統也是其一大優勢。搭載USB 3.0的工業相機也因為同樣的理由，而在市場上越來越受到歡迎。

至于智慧相機，本質上已經是一臺迷你型工業電腦。以凌華的Neon工業相機為例，除了光學、影像感測器、數位訊號處理器等相機的元素外，該相機還搭載四核心Atom處理器，可以直接在相機上執行各種視覺演算法。這種智慧相機具備體積小、部署簡單的優勢，適合用在小規模自動化系統，或是與機器手臂結合，引導機器手臂作業。

值得注意的是，除了硬體設計越來越向PC靠攏外，未來工業相機的軟體也會像PC，變得越來越開放，因為主打開放性的GENiCAM中介層(Middleware)越來越獲得工業相機用戶青睞。

GENiCAM可以說是工業相機發展的重大轉捩點，在這個開放的中介層出現之前，每家工業相機制造商都使用自己的封閉軟體平臺，如果用戶要改用其他工業相機制造商的產品，原本已經寫好的應用程式就得從頭寫過，轉換成本極高。有了GENiCAM之后，雖然轉換供應商還是需要改寫應用程式，但修改幅度已大幅降低。

專用軟體算法加持二維碼讀取難不倒

除了更開放之外，機器視覺軟體近年來性能的進化也不容小覷。康耐視(Cognex)臺灣區總經理方瑞應表示，為了提升產品制造過程的自動化程度，或是搜集完整的生產履歷資料，制造業導入工業二維碼的風氣已經成形。

不過，要在生產線上穩定而快速地讀出正確的二維碼，其實是相當大的挑戰。例如二維碼標簽本身已經破損、被其他物件遮住一部分，或標簽印得模糊不清等狀況，都是很常見的問題。目前最先進的二維碼辨識演算法已經有能力克服上述問題，即便是在二維碼本身有部分破損或被其他物件遮擋的情況下，還是可以正確解譯。

針對電子業應用的二維碼，還有一個其他產業比較少遇到的難題：微型化的二維碼。舉例來說，某家手機品牌大廠便已經在其手機所使用的零組件上，利用雷射、蝕刻等種種方法，將二維碼直接打在元件上。如此一來，在手機的組裝制造過程中，每一個步驟都能留下紀錄，不僅有助于提升產品良率，萬一手機發生故障，也很容易追溯到生產源頭。

不過，由于手機零件本身已經非常微小，能留給二維碼標示的面積非常有限，因此這種二維碼的長寬往往只有數毫米，甚至常比米粒還小，因而對機器視覺算法的可靠度與性能構成相當大的挑戰。

為了解決在生產線上讀取二維碼時所遇到的各種挑戰，康耐視耗費多年時間，研發出在條碼缺損、部分遮蔽的情況下，也能輕松讀取的PowerGrid讀碼演算法。這項特性也讓該公司的演算法可以準確讀取超小型二維碼。舉例來說，因為PowerGrid演算法即便是在二維碼標簽?有靜音區、時鐘圖案、定位圖案的情況下也能順利讀取，因此廠商在元件上打印標簽時，便可以省下非常可觀的空間。

視覺功能加持機器手臂應用更靈活

機器手臂是工業自動化的象征，過去在某些制造業已經大量普及，例如汽車產業。工業4.0將是機器手臂應用大舉擴張到其他制造業的契機，但在此之前，機器手臂業者必須先設法推出具備高部署彈性，適合各種產業應用的機器手臂解決方案，并且要設法壓低導入的門檻。

愛普生(Epson)機器手臂自動化營業部解決方案服務處經理陳建仲表示，中長期來看，機器手臂不會一直停留在取代勞力的階段，而是會朝執行人類無法勝任的工作發展。因此，機器手臂必然要搭配各種感測功能，并且視當下的條件處理所遇到的問題。因此，機器手臂搭配機器視覺與力覺感測等各種感測功能，將是必然趨勢。

有鑒于此，愛普生除了提供多種小型、高精度機器手臂外，同時也發展自己的智慧視覺與力覺感測技術，以便為客戶提供完整的原廠解決方案，降低導入障礙。事實上，機器視覺是實現手臂校正非常重要的工具，以愛普生的方案為例，藉由機器視覺輔助，手臂的工具座標設定時間可以縮減80%，而且任何人都可以獨力完成。在遇到生產線調整、產品換線時，此特性可以創造很大的價值。