關於機器視覺

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工業機器人視覺 讓機器人用途更廣泛

近年來,由於人力成本的增加,帶動了機器人的使用量與市場快速成長。不過若要能夠替代更多目前作業員在做的事情,機器人必須變得更具彈性且智慧。要達到上述目標,機器手臂勢必依賴先進的工業機器人視覺與力感應輔助。所羅門認知工業機器人視覺模組對拓展機器人應用的重要性,過去幾年致力相關開發,包括高精度動態取放、3D視覺導引系統等方案,目的就是希望讓機器人的用途更為廣泛,更符合客戶需求。

高精度動態取放需求增加

儘管傳統 2D 工業視覺已廣泛使用於自動化檢查,惟隨著機器人的應用日益廣泛,生產線上動態取放的應用也逐漸增加,尤其是對高精度 (0.01-0.05mm) 的需求,其中包括電子產品鎖螺絲、貼標、堆疊精緻材料。這項技術困難之處在於,在高速移動的狀態之下,輸送帶要如何知道物件的位置,且在行進中如何同步讓機器手臂做到動態追隨,並符合客戶高精度的要求?要達成上述要求,除了需要將機器人和視覺透過精密校正,使座標合而為一外,也需要完美的視覺、控制和機械整合系統。所羅門的系統整合團隊在協助客戶打造這些複雜機器人視覺系統方面擁有豐富的經驗。

實惠又快速的3D視覺模組系統

3D 視覺亦是賦予機器人眼明手快的利器,在編程複雜且耗時的 3D 路徑時,3D 視覺格外有用。在研磨及拋光金屬物、黏接鞋子或隨機取放物品中都能發現這類應用,例如:鞋有各種款式、形狀,鞋廠編程各種鞋型所需的手臂路徑可能好幾百種。透過3D 視覺系統,即可在擷取 3D 影像後透過演算法快速運算鞋子的輪廓,自動產生路徑讓機器人進行黏接、加工或其他應用。

目前提供適用於機器人的完整 3D 視覺模組解決方案,多來自歐洲、日本及美國的進口解決方案,但過於昂貴,一般價格介於每套美金 30,000以上,且這成本尚不包含機器手臂。為協助拓展手臂的3D應用,所羅門開發出多種 3D 解決方案(包括光學模組硬體及 3D 影像處理軟體)滿足不同產業應用的需求。

在 3D 應用中,被公認具挑戰性的項目就是機器人隨機式取放 (Random Bin Picking),亦即機器人透過3D 視覺模組辨識工件位置及擺放姿態後,挑選被隨機放在容器中的物品。所羅門隨機式機器人取放系統的獨特功能在於能夠依其類型、形狀,尺寸辨識相同容器中擺放的各種物品類型,並導引機器人正確取物後分類放置物品。這套系統具備快速辨識及取放,手臂在一次攝影機拍照後進行多次拿取,有別於一般系統一次拍攝後僅能取一個工件;所羅門3D 視覺模組的另一項特點是可搭配各品牌的六軸機器人使用。儘管結合機器人應用的 3D 視覺尚屬於起步階段,但該市場未來的發展潛力與目前炙手可熱的機器人不相上下,因為具有眼明手快的機械人將可滿足並處理更多日益複雜的工作要求。

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機器人隨機取放 3D Random Bin Picking 

高精準度3D視覺檢測 

3D視覺模組除了簡化機器人路徑規劃外,也可單獨用於物體檢測。傳統上,3D 檢測面對最大挑戰是檢測速度與精度之間的取捨。如需要更高精度(正負 0.03mm 或以下),檢測速度就會變慢,因為需要校正檢測物體的移動,所以檢測區域必然會變小,而檢測速度越慢,校正動作系統的相關成本將更高,因此高精度 3D 檢測較適合於「抽檢」,而非 100% 「全檢」。

然而已有手機或穿戴式產品的國際大廠要求零件供應商提供高精度全檢。使用勞力或接觸式檢測系統,如 CMM 檢測每一個零件既不切實際且耗費成本。相同的趨勢也出現在汽車零件業中,供應商被抽檢的零件如與要求不符,很容易導致客戶退回整批料件。

為協助客戶滿足這些嚴苛的要求,所羅門的視覺團隊開發出的3D 視覺模組系統能達到尺寸 3X3 cm 物品檢測正負 0.02mm 的精度,這項解決方案是由投影機(projector)搭配兩部650萬畫素面掃描相機。此方案搭載每秒 160 幅的高畫面播放速率,適合要求高速檢測的應用。經過我們的軟體過濾雜訊,所產出的3D點雲圖即可測量物體的尺寸及辨識差異。目前製鞋自動化已採用此解決方案來進行視覺檢測,未來極可能用於文物保存、高速檢測電子零件、汽車或任何製造零件、3D 列印等。

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機器人自動穿鞋帶機的3D 機器視覺所產生的輪廓

除了3D外型視覺檢測技術,本系統亦提供3D點雲圖與標準品或CAD資料快速誤差位置比對檢測,可適用於生產線上快速篩檢Go或No Go之品質不良物件。

機械手臂及視覺模組的絕妙搭配

除上述內部自行開發的核心技術外,所羅門亦已取得多家獨特機器人及視覺產品的經銷權。在六軸機器人產品中,所羅門是丹麥 Universal Robot (UR) 在台灣的首選合作夥伴。全球首要的協作機器人UR,與其他工業機器人不同之處,在於完全符合ISO 10218、ISO/TS 15066規範,具備安全功能的協作式機器人可自由設定UR承受反饋力(最大:150N),在產線上面與線上操作員完美合作而無任何障礙,不用擔心機器人造成工安問題。UR機器人重量輕盈,方便移動,可以更容易視情況需要重新部署在其他工廠產線上面,簡單的機器人操作介面方便作業人員學習及使用。目前汽車製造商、電子組裝公司、PCB製造商和設備製造商皆已採用 UR機械手臂。除 UR 外,所羅門也經銷 Toshiba, SCARA 及六軸機器人。

操作簡易的無軌自動搬運車

機器人應用搭配方面,所羅門還有獨家代理丹麥Mobile Industrial Robots(MiR無軌自動搬運車,MiR是室內型自走車,可負載100kg以1.5m/s速度連續運轉8hr以上。

安全性方面MiR搭載3D視覺模組、Laser Sensor及Ultrasonic Sensor,可以感測周遭環境自動閃避障礙物,在操控方面可透過智慧手機及平板連線簡易控制。該MiR無軌搬運車可應用在產線物料載運、百貨商場及機場車站等區域做資訊提供服務。

另一項頗具特色的產品是奧地利商FerRobotics 製造的 ACF(Active Contact Flange)。ACF 是一種簡化研磨、拋光及去毛邊應用的單向力感測器,此感應器透過程式可立即(0.4 秒內)變更施力力道;ACF 已在汽車、金屬、木工及鞋業廣泛使用。同時所羅門也銷售加拿大商 Robotiq 的六軸力感測器和萬能電動夾爪,夾爪可用於抓取眾多物品,能減少轉換夾爪所耗的時間。

在視覺產品線掃描相機方面,所羅門是韓國Viework的獨家經銷商,Viework是工業用高階工業相機大廠。Viework具有獨特性的TDITime Delay Integration)相機提供 18k、12k、9k 及 4K 解析度,具備256階高感度影像感測器,且已有LCD 和 PCB 設備製造商採用,在韓國也廣泛用於 Samsung 與 LG 的 LCD先進面板廠。另外國外知名大廠 Baumer PosCon3D(X軸檢測)具備線上高速寬度,間隙,尋邊檢測等強大功能,而Z軸檢測則可選用Baumer PosConHM運行線上高速段差等應用。

面掃描相機方面,我們經銷Viework與 Toshiba 的工業相機。在標準線掃描相機方面,所羅門銷售來自日本 NEOPT 的相機,這些工業相機同時也是 Nikon 與 Cannon 產品中隨附的微影設備。此外,我們也推出來自 NIP(韓國)的InGaAs紅外線相機,波長範圍介於900nm-1700nm(SWIR)之間,應用於半導體、太陽能、PCB、FPD、農業、製藥、監控等穿透式瑕疵檢測,以及FLIR(美國)熱顯像儀,波長範圍介於7.5um-1.3um,應用於各領域的溫度監控。

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