看見智能製造浪潮 康耐視新世代機器視覺系統
- 尤嘉禾／台中
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有鑑於近年來自動化技術在製造業的應用日深，全球視覺技術大廠康耐視(COGNEX)特於2014年6月12日，假台中日月千禧酒店舉辦「康耐視台灣視覺及讀碼應用研討會」，會中詳加介紹了機器視覺的2D、3D整合與工業讀碼器在製造業的各種應用。
製造業是台灣經濟的重要支柱，康耐視台灣區總經理方瑞應指出，近來製造業有兩個相當火熱的議題，一是機器人，另一個則是自動化，仔細觀察這2個技術，都必須先透過視覺判斷物件，再引導控制器做出適當動作，康耐視在產業架構中，就是專精於眼睛部分的視覺與讀碼技術，他指出，康耐視是目前市場上的龍頭廠商，截至目前為止，康耐視的視覺系統出貨量已超過百萬套，並已經在美國(NASDAQ：CGNX)上市。
此外，康耐視也擁有數百件機器視覺技術的專利，之所以會有如此輝煌的成績，方總經理指出原因在於「專注」，從創立至今，康耐視始終專注於機器視覺領域的研發，長年的耕耘，累積了深厚的專業經驗，並與客戶端積極互動，從而設計出最適合製造業用戶的機器視覺系統。
談到未來趨勢，方總經理指出，現在穿戴式設備崛起，由於穿戴式設備需要各種震動提醒，因此其製程必須更可靠，製程設備對機器視覺的倚賴將會更深，而消費性電子產品的體積越來越輕薄短小，組裝的精準度大幅提高，同時生產履歷的提供也成為現在產線必備功能，在此態勢下，機器視覺除了必須精進本身技術外，也需配合其他自動化系統，才能克服現在製程設備的高精度、多元材質、複雜環境等挑戰。
目前機器視覺的製程應用，主要仍以定位、瑕疵檢測、尺寸量測、條碼識別等4大項目為主，針對這4大項目，康耐視提供了感測器、讀取器、工業相機、視覺軟體、管理平台等系列產品，方總經理強調，康耐視的產品線相當齊全，從入門款到進階款一應俱全，同時也提供了專業的諮詢服務，可協助製造商打造最佳的製造系統。
4大應用GIGI 康耐視一應俱全
談到機器視覺的應用，康耐視戰略客戶經理劉禮謙指出，「機器視覺」顧名思義是利用機器所設計的視覺系統來代替人眼，由於現在自動化技術講究智慧化，智慧化必須全面整合，方能發揮最大綜效。
機器視覺在產線應用有GIGI等4大應用，意即Guide(引導定位)、Inspection(檢測)、Gauge(量測)、Identification(識別)，以產線動作為例，產線上的機器手臂必須透過機器視覺快速找出產品位置，使其可以精準的拿取物件，另外機器視覺也可以協助產線進行瑕疵、尺寸、角度的檢測，最後再以條碼或文字掃讀，使所有產品都可進行追溯，進一步建立產品履歷制度，目前康耐視在機器視覺方面有完整的產品線，尤其是ID檢測，無論是條碼或文字辨識都已包含在內，是目前市面上完整度最高的產品。
GIGI現在幾乎已是各類生產線必備的應用，以IC製造為例，從最上游的晶圓切割到後端的封測包裝，都是其產線流程之一，而這4大領域，康耐視也都有對應的產品。
在ID讀碼器部分，劉經理表示，產品追溯在產線已具有其必要性，視覺套裝系統搭配作業處理流程，並與後端PC Based函式庫結合，可以加快其作業處理流程，至於感測器方面，康耐視的視覺感測器，定位在工業感測器與一般視覺系統之間，劉經理指出，一般工業感測器常會遇到幾個問題，像是容易受到物件位置影響，導致設備誤判，至於傳統感測器，則是受限於其技術，目前1個感測器只能偵測1個物件，若物件數量多，則必須建置同數量的感測器，康耐視的感測器則同時偵測多物件，另也可在同一個物體中，偵測不同的外型特徵。
In Sight系列 全方位布局
就機器視覺的架構來看，其架構由光源(內外部)、相機、影像擷取卡、視覺處理平台等零部件所組成，而系統架構也需因應不同應用有特殊設計，康耐視的相關產品也因此區分為3類型。
1. In Sight 7000系列：此一系列是康耐視2013年推出的產品，主要特色是其鏡頭有自動對焦功能，光源為內建式整合照明，多靈活性光學配件，可因應不同環境擇鏡頭取像，In Sight 7000系列的自動對焦為機械式對焦，劉經理指出，康耐視擁有液態變焦技術，此技術主要用在ID讀碼，其特色是可以快速切換，抓取其輪廓來快速判讀出結果，因此特別適用於讀碼做業。不過這點並沒有應用到機器視覺產品，因為液態變焦快速擷取到定位的精度比起機械式變焦，會有較多偏差。在量測外觀尺寸數據時，些微的偏差對輸出的結果就有極大的影響。因此康耐視主要採用機械式變焦，透過機械變焦提高系統的穩定度，使其系統運作的可信賴度更高。
2. In Sight Micro系列：此系列產品是目前全球最小的視覺系統，外觀尺寸已與一般工業相機尺寸相近，In Sight Micro系列內建所有視覺處理工具，另建有精準的配件測試與乙太網路供電系統(PoE)，因此後端只要插入乙太網路線就可供電開始運作，此產品也有多種型號可供選擇，其型號分為一般應用、色彩應用及ID應用3大類。
3. In Sight 5000系列：此系列主要應用於對高速、高解析度、生產環境較為嚴苛等需求，因此其硬體規格也較為特殊，In Sight 5000系列的體積較大，散熱功能也較強，部分高階應用，可以將其元件整合在內，此款產品有一型號，外殼採用不鏽鋼材質，IP等級達到68，在部分需要防塵、防水的傳統製造業中廣受好評。
軟硬兼具 打造最佳化視覺系統
在視覺軟體部分，劉經理指出，現在「智能相機」已成趨勢，智能相機將軟體都包含在內，不需要額外編程，康耐視這部分的軟體平台有2個介面，1是Easy Builder，方便使用者在上面架構演算過程，使用可以快速得到演算結果；另1個電子試算表，主要是讓工程師在維護系統時，可以加入邏輯判斷，當工程師需要進階應用時，可由此有進一步延伸。
劉經理強調，大家都以為康耐視是硬體公司，其實康耐視的產品核心價值來自於軟體，康耐視所有的硬體產品包括2D、3D方案都是由核心軟體的工具庫延伸而成。
除了單機式外，PC Based也是機器視覺系統的重要一環，PC Based機器視覺系統主要是透過工業相機進行取像，或經由影像擷取卡取得影像，再由電腦系統進行演算編程，最後再將結果輸出到自動化系統整合，康耐視的Vision Pro是世界最頂級的視覺軟體，結合康耐視30幾年來的專業知識，已經有全球最完整的演算工具庫，前面提到的晶圓製造，製程中每一個會用到機器視覺的環節，康耐視都有相對應產品，除了自身的豐富產品線外，其產品的相容性也相當高，市場上大部分的板卡與工業相機，康耐視產品都能相容。
Vision Pro也提供了相當好用的應用工具，各應用工具之間可拖曳連結，讓工程師可以快速評估視覺軟體的運算評估，這可使得工程師在第一時間就知道該方案的可行性，至於作業軟體的支援，目前康耐視的Vision Pro已可支援微軟的Windows7、8兩套作業系統。
至於定位軟體部分，康耐視的Pat Max軟體，其定位方式有別於傳統的灰階方式，而是以物件輪廓作為幾何定位，以輪廓作為演算方式，克服了以往物件影像失焦或因高度跳動造成影像比例失真，造成系統需要長時間運算，甚至無法判讀的缺點，用輪廓式定位，可以快速而精準的定位。
這種作法將對客戶帶來哪些好處？劉經理指出，首先是可快速判斷「能做與不能做？」，由於康耐視的視覺產品精度已相當高，因此系統廠商可以快速確定此一系統能否滿足客戶所需？不必像以往因精度有限，連帶影響其結果可信度不高，導致在做完定位後，還要去尋找其他方式測試。
高定位精度延伸的另一個優勢，在相同精度要求下，可以提供更大的視野空間，傳統作法是當設備定位精度不夠時，只能提高相機解析度，然而這種作法提高的不只是相機成本，系統中其他部件的成本也會同步增高，如此一來，廠商勢必付出更龐大的成本，康耐視的高精度定位軟體，則可一次解決相關問題。
在量測部分，康耐視的量測工具可以灰階影像中，排除雜訊擷取影像輪廓，提升整體系統的效益，也讓系統整合廠商可以贏得更多的終端客戶訂單，提到量測就不能不提到校正，在校正時，常會因鏡頭或相機架設時的歪斜，導致所取的影像比例失真，透過康耐視的校正工具，以使其恢復到最原始的狀態，另外康耐視的產品也可以最小的校正片，做到最大面積的校正。
辨識也是製程中極重要的部分，一般辨識會有包括文字、條碼，康耐視的讀碼產品，可以快速讀取失焦、變形的條碼，劉經理表示，系統廠商有時會出現整套系統功能設計都已完成，但是在最後段的條碼讀取率不佳，導致出貨時間被延遲。
多數人都認為相對於其他技術，讀條碼較為簡單，不過讀碼是系統最後的收尾部分，一旦被輕忽，就容易造成整個案子無法結束的窘況，康耐視以過去深耕產業所培養出來的豐富經驗，提供完整解決方案。
3D技術 讓檢測更全面
3D檢測是近年來機器視覺領域的重要議題，3D檢測的作法是利用傳動機構帶動待測物，以位移方式進行檢測，設備上方設置多具雷達，以雷達的線掃描作為取像，雷達打出的一個點就是一個位置的空間距離數據，當點夠多就形成線，所累積的數據也就變成線數據，在康耐視的系統中，透過View Pro的整合，就形成3D影像。
3D檢測的架構是在系統上方設置雷達，下方則是傳動器，由傳動器帶動待測物，經過雷達的線掃描區域，由雷達掃描計算出每個點的XYZ數值，累積起來就是3D的影像資訊，而康耐視軟體擷取到這些數值後，可以提供給使用者1D、2D、3D等3種影像格式，由使用者以本身需求自行選擇格式。
另外針對特殊應用，也需結合2D與3D技術，但並非所有廠商都同時擁有這兩項技術，因此系統整合商往往需要架構兩套不同軟體，康耐視產品以軟體為概念出發，採用同一函式庫，當影像擷取後，都以View Pro處理影像，在View Pro架構下除了3D方案外，也可依據不同位置架設2D進行不同應用，在不同應用方面，也有針對不同領域開發出3D的應用方案。
3D技術主要用來作為高度、體積、傾斜、文字等，3D檢測的應用產業相當多，不過在製程中的應用仍不脫GIGI這4大類，由於各類製程的應用環境不一，設備的安裝需要盡可能簡單，以方便快速上線，康耐視的3D檢測設備採用穿透式設計，以插銷方式，讓系統廠商可以在最短時間內完成安裝。
在產品布局方面，康耐視提供了不同掃描範圍的3D產品，由小而大分別有DS 1050、DS 1100、DS1300，另若產品的體積大於雷達掃描範圍，劉經理指出，也可另外增設雷達進行更大面積的檢測，這些需求都可與康耐視聯繫。
劉經理進一步表示，康耐視過去在視覺領域累積的龐大專業知識，都將回饋給客戶，協助客戶打造更高效率的產業設備，在激烈的競爭環境中搶得先機。
