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3D感測工業應用潛力無窮 傳統產業到電子組裝都少不了它

3D視覺可作為機器之眼藉此輔助手部動作更協調,在工業自動化應用潛力無窮。符士旻攝

iPhone X系列搭載Face ID功能,讓使用者刷臉就能解鎖的全新消費體驗,掀起市場對3D感測的高度關注。除蘋果外,市場也預期今年新一代智慧型手機的後視鏡頭將大舉採用3D感測升級拍照體驗。不過,除消費市場之外,3D感測於工業自動化的應用一樣潛力無窮,從傳統產業到電子產業,缺工問題已帶動機器手臂快速發展,3D視覺作為機器手臂之眼,可藉此輔助動作更協調,具有絕對優勢。

3D感測軟硬整合方案開發商立普思(LIPS)執行長劉凌偉表示,瑕疵檢測是3D感測進入工業自動化市場極具潛力的應用之一。目前業界採用AOI進行瑕疵檢測大部分仍以2D為主,但由於2D侷限於X-Y平面測量,有些如高精密機殼、車殼外觀微米等級的極細微刮痕會增加其辨識難度,而3D感測則是測量其3維資訊,增加深度辨識能力,可望提高其辨識的精準度。

而全球製造業因面臨人力短缺挑戰,生產線大量導入自動化也帶動機器人產業發展。例如勞力密集型的傳統製鞋業導入機器手臂,執行上下料的重複性動作,不過由於鞋型種類繁多,外型複雜,機器手臂往往在缺乏視覺的情況下,僅能透過預先設定好的移動路徑,難以應付各種狀況,因此大多只能辨識已固定排序的物料。

因此在3D視覺輔助下,機械手臂可快速辨識場域內複雜的環境樣貌,在短短幾分鐘內迅速熟悉環境,並根據對物件型態的辨識與空間相對位置,讓機器手臂的眼手更協調。此外,水五金產業在研磨拋光製程上,因製品外型常有許多曲面孔洞等複雜結構,尤其曲面與稜線加工是最難的部分,即便導入機器手臂,也因為加工路徑複雜,使機器手臂人工教點的難度增加,業界分析平均調機時間需耗時14天。

工研院也在「2018台灣機器人與自動化展」中展示其開發的CPS研磨拋光機器人系統,透過虛實整合概念將工件、機器人與砂帶機的模型導入,離線生成機器人的拋光路徑。而3D感測技術的加值,則是可實際量測待加工之物件之相對位置與距離,並依據工件之型態規劃適當的加工路徑。

在上述工研院的CPS研磨拋光機器人系統方案中,則是導入3D視覺用以掃描,等於再替機器人裝上眼睛,比對虛擬與實體即時調整參數。在此領域中,目前包括ABB、Epson等多家廠商都已推出搭載視覺的機器手臂產品,而台灣廠商方面,立普思則是在今年一月東京機器人展中,聯合FANUC和Epson推出機器手臂專用3D感測,展示其在隨機夾取、路徑規劃及瑕疵檢測三種應用的軟硬體整合解決方案。

劉凌偉指出,3D感測在工業應用的範圍極廣。事實上,不僅傳統產業,電子產業的生產線同樣也是3D感測的著力點。他舉例,智慧型手機以億計量,由於其產量龐大,目前業界幾乎採取機器手臂自動化將相機鏡頭模組組裝於PCB板上。上膠組裝的過程中常有溢膠、位置不正確或平整度不一等問題,這方面也可透過3D視覺採取主動辨識與校正,優化機器手臂的組裝過程。

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