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機(jī)器視覺(jué)和功能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展帶動(dòng)智能裝備行業(yè)快速發(fā)展
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 榮旗科技    2023-04-19

智能裝備旨在提供外部閉環(huán)控制機(jī)制，進(jìn)行自動(dòng)誤差補(bǔ)償，并且保證制造流程的正確完成。智能制造的典型特征為動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策和精準(zhǔn)執(zhí)行，工業(yè)機(jī)器人本身不具有智能特征，機(jī)器視覺(jué)和功能檢測(cè)相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù) 的演進(jìn)為智能裝備發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

①機(jī)器視覺(jué)

在整個(gè)智能制造系統(tǒng)中，原始信 息的采集是最為基礎(chǔ)的工作，原始信息推動(dòng)著整個(gè)系統(tǒng)的決策、執(zhí)行和學(xué)習(xí)。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有高度的靈活 性，能適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境，獲取檢測(cè)對(duì)象的圖像以進(jìn)行原始信息采集，并進(jìn)行分析、處理：機(jī)器視覺(jué)既可以引導(dǎo)定位進(jìn)行尺寸量測(cè)及外觀檢驗(yàn)，完成不 合格的產(chǎn)品的精確剔除；還可以指導(dǎo)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更好的定位和篩選組裝工作， 與整個(gè)智能制造流程密切相關(guān)。

機(jī)器視覺(jué)概念于上世紀(jì)五六十年代首次被提出，北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)地區(qū)率先進(jìn)入該項(xiàng)研究領(lǐng)域，并于二十世紀(jì)八十年代將其應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)過(guò) 程當(dāng)中。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)依靠光學(xué)成像、機(jī)械運(yùn)動(dòng)、電氣控制、分析算法、應(yīng)用軟件等核心技術(shù)，使得智能檢測(cè)、組裝設(shè)備具備高精度的 2D/3D 模型獲取能 力，圖像處理、圖像識(shí)別、認(rèn)知決策等人工智能和抽象理解能力，并且能夠完 成復(fù)雜工業(yè)的精密運(yùn)動(dòng)任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、測(cè)量、定位和識(shí)別等功能。

從全球范圍看，由于下游消費(fèi)電子、醫(yī)療、半導(dǎo)體、汽車(chē)等行業(yè)規(guī)模持續(xù) 擴(kuò)大，全球各大經(jīng)濟(jì)主體的自動(dòng)化水平的不斷提升，機(jī)器視覺(jué)的在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的 應(yīng)用率不斷提升的同時(shí)，不斷拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域。 隨著全球制造中心向中國(guó)轉(zhuǎn)移，2020 年度包括中國(guó)在內(nèi)的亞太區(qū)已是歐 洲、北美之后的第三大機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域應(yīng)用市場(chǎng)，占全球市場(chǎng)份額的 25.3%。

相比于國(guó)外完整且成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，我國(guó)機(jī)器視覺(jué)起步較晚，源于上世紀(jì)八十年代的技術(shù)引進(jìn)。伴隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)行業(yè)經(jīng)歷了啟蒙階段、初步發(fā)展階段，目前正處于快速發(fā)展階段。

《中國(guó)制造 2025》將“推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合”作為戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)之一，提出推進(jìn)制造過(guò)程智能化。在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車(chē)間，加快人機(jī)智能交互、工業(yè)機(jī)器人、智能物流管理等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過(guò)程 中的應(yīng)用。

我國(guó)將智能制造提升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，大力發(fā)展智能裝備產(chǎn)業(yè)對(duì)于 加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源資源消耗，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的智能化和綠色化發(fā)展具有重要意義。 機(jī)器視覺(jué)作為智能裝備產(chǎn)業(yè)的重要抓手，受益于各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策的支持和各 項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，其發(fā)展深度和廣度逐步提升，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化成套生產(chǎn)線、 智能測(cè)控系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大智能裝備。

未來(lái)幾年，得益于經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)、制造業(yè)自動(dòng)化及智能化進(jìn)程加 速、行業(yè)內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)能力增強(qiáng)、機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬等因素，我國(guó)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)規(guī)模有望實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)步增長(zhǎng)。

②功能檢測(cè)

功能檢測(cè)是智能制造系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)軟件、算法、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制理論、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科及工藝的運(yùn)用，利用軟件算法配合自 動(dòng)化設(shè)備的使用對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)待測(cè)參數(shù)進(jìn)行讀取，從而驗(yàn)證待測(cè)產(chǎn)品，確認(rèn)產(chǎn) 品的特性可以滿足設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效果的提升，為客戶達(dá)到提質(zhì)降本增效 的效果。

功能檢測(cè)包含對(duì)待檢測(cè)產(chǎn)品各類(lèi)物理及化學(xué)屬性的測(cè)試，目前被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車(chē)電子、醫(yī)療電子、工業(yè)電子及相關(guān)電子零部件產(chǎn)品的電學(xué)、 信號(hào)（無(wú)線射頻）、聲學(xué)、光學(xué)、傳感、恒壓力、磁性等方面的性能檢測(cè)。以消費(fèi)電子產(chǎn)品為例，其功能多樣化和設(shè)計(jì)復(fù)雜化導(dǎo)致產(chǎn)品檢測(cè)種類(lèi)繁多、精度要 求高。

海外美國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家憑借進(jìn)入功能檢測(cè)早的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，目前在技術(shù)上依舊處于發(fā)展前沿的位置。此外，美國(guó)及日本等國(guó)家半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā) 展也助力了海外功能檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展。功能檢測(cè)作為自動(dòng)化生產(chǎn)的重要組成部 分，多年來(lái)隨著自動(dòng)化行業(yè)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。

近年來(lái)，我國(guó)制造業(yè)雖然已處 于加速發(fā)展的進(jìn)程，但相比發(fā)達(dá)國(guó)家，仍然有一定的起步較晚的劣勢(shì)。 對(duì)于使用功能檢測(cè)設(shè)備的終端產(chǎn)品制造廠商而言,產(chǎn)品質(zhì)量因關(guān)乎企業(yè)的品 牌及聲譽(yù)，是企業(yè)經(jīng)營(yíng)管控的重要環(huán)節(jié)。就全球而言，在功能檢測(cè)自動(dòng)化設(shè)備 還未生產(chǎn)制造前,產(chǎn)品的功能檢測(cè)通常由人工測(cè)試的方式完成。

因人工測(cè)試速度 有限、且容易受到檢測(cè)人員主觀或外界客觀因素的干擾,故人工測(cè)試對(duì)質(zhì)量缺陷 產(chǎn)品的甄別率普遍較低,一方面導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下,產(chǎn)能利用率下降, 拖延新產(chǎn)品上市推出時(shí)間；另一方面導(dǎo)致檢測(cè)后產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,對(duì)產(chǎn)品品牌造成負(fù)面影響。近年來(lái)，隨著全球范圍內(nèi)勞動(dòng)力成本的普遍提升，及人口老齡 化、出生率低造成的勞動(dòng)力不足，以自動(dòng)化檢測(cè)代替人工檢測(cè)成為檢測(cè)發(fā)展的主流方向。

功能檢測(cè)設(shè)備的使用規(guī)模隨著工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的廣泛使用而不斷增 加。由于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備涉及的下游行業(yè)較多，不同行業(yè)的實(shí)際情況區(qū)別較大 導(dǎo)致實(shí)際的需求設(shè)備差異也較大，因此，工業(yè)自動(dòng)化的蓬勃發(fā)展促進(jìn)了功能檢測(cè)需求的進(jìn)一步發(fā)展。