慧眼识珠：机器视觉技术-工业应用与厂商巡礼

慧眼识珠：机器视觉技术工业应用与厂商巡礼2023年5月机器视觉技术概览测量5定位6机器视觉的发展可以分为四个阶段：理论发展起步阶段、应用发展迅速阶段、应用与理论同步发展阶觉于欧美发达国家开始萌芽，最初主要是理论分析，等相关技术的发展，逐渐开始了三维视觉的研究，从纹理、运动及成像等三维特征分析。当前，机器视觉2020年至今2000年·机器视觉主要由图像采集和图像处理两大部分组成，图像采集是机器视觉获取图像的过程，而图像处理则是对获取的图像进行处理和分析，从而实现对图像的理解和认知。具体到工业领域，在实现对图像的理解之后，还要根据图像的判别结果执行相应操作比如检测、测量、识别、定位等。在工业应用中，典型的机器视觉系统通常包含：照明系统(光源)、图像采集(工业相机、图像采集卡等)、图像处理(视觉软件、图像处理器等)、控制与执行(控制器、执行机构如机械手、自动化装备、工业机器人等)部分。以PCB视觉分拣系统为例，其主要构成部分包括PLC和执行机构以及辅助传感器等。工作流程如下：摄像机将生产线上的PCB图像转换为电信号，并将成以检查PCB是否符合质量要求。如果发现PCB存在缺陷，则经过数字10卡向PLC发出一个信号，通知它控制机械手拿出该PCB。此时PLC会综合辅助定位传感的图像获取提供光线，不同的光源将直接影响输入图光、部分红外光和部分紫外光。可见光中三原色光 (红光、蓝光、绿光)适用于不同背景下目标物的打光，如红光可以提高目标的对比度，突出目标特征成像效果；红外光属于不可见光，具有光热效应，适用于夜视成像、透视成像、以及热成像等场景；紫外条形光源、圆顶光源以及同轴光源、点光源、面光源等等，主要依据不同的目标物以及特征提取所需的打图像传感器(或工业相机)对工件进行图像捕获，并 型，可分为CCD(电荷耦合器件)相机和CMOS(互维)和3D(三维)相机。3D成像技术包括TOF(TimeofFlight,飞行时间)(3)图像处理前市场上常见的视觉算法库包括开源库OpenCV (4)控制与执行对于工业中的视觉系统而言，其最后一步是控制与执行。该部分主要由控制器和执行机构组成。控制器需要根据图像识别的结果做出决策，并控制机械臂或工业机器人等执行机构来完成特定任务的操作，如打印标签、分类、分拣等等，进而实现自动化的生产目标。该部分的个性化较强，控制器虽然是基于标准化模块，但一定程度上会围绕具体的场景进行定制化设计；执行机构则需要完全契合生产的要求，场景和行业的差异导致其难以统一标准。在控制与执行部分，主要涉及的技术包括：控制算法、运动控制、视觉跟踪、传感技术、通信技术和交互界面技术等等。其中，控制算法用于控制各个组件之间的交互和协调，以确保系统的稳定性和可靠性；运动控制主要用于控制机械臂、传送带等设备的运动，涉及到速度控制、加速度控制、位置控制等；视觉跟踪则是对运动的目标进行识别和检测，确保跟踪的稳定性和准确性；传感技术主要用于辅助控制或检测执行的情况；通信技术则涉及到机器视觉系统中各个组件之间的信息传输技术；交互界面技术则影响操作人员对系统的操作的管理，主要包括GUI界面、触摸屏技术、语音识别、远程控制等。未来，机器视觉技术将朝着“大规模、高精度、多模态、网络化和智能化”的方向发展。首先，随着自动化生产普及，机器视觉将成为生产线的关键技术，助力少人化、无人化生产；其次，随着生产要求的不断提高，机器视觉系统将需要更高的速度和精度；第三，控制与执行也将不仅仅依靠视觉数据，还将结合其他传感器的数据，如声音、震动、温度等，实现多模态数据融合，以提高识别和判断的准确性。此外，随着云计算技术的发展，未来机器视觉也将更多采用云端计算和边缘计算，实现大规模数据的分析和处理；最后，深度学习技术将促进机器视觉实现自主决策和优化，朝更加智能化、自主化的方向发展。如在电子制造行业的SMT(电路板表面贴装)加工中，AOI、SPI视觉检测已经取代人工目检成为标配。传统AOI/SPI检测以2D视觉为主，随着行业技术进步，3DAOI/SPI技术已成为视觉检测的重要组成部分。零件三维量测等领域均有落地场景。例如3D视觉中机器视觉在工业的常见应用可以归纳为四大类检测、测量、识别与定位。其中，检测是最主要的应(1)检测同的照明方式(如背光照明、明场照明、暗场照明、漫反射照明等),配合不同的光源(如偏振结构光、激光、紫外光等),可以实现透明物体表面μm级缺(2)测量机器视觉系统通常以单个像素为最小单位，并与常用度量衡单位进行比例标定，通过计算两个或多个点之间的距离以及对象目标特征的位置，以确定测量值是否符合规格。测量通常与缺陷检测结合使用，用于测量零件中检测到的不规则性，如在电力电子行业，线圈端头的形状规则与否会影响电路连接的良好程度(3)识别在工业应用场景中，识别主要指能甄别目标物体的物理特征，包括外形、颜色、字符、条码等，这些标识通常包含产品名称、制造商、日期代码、批号和有效期等，有助于提升零件的可追溯性，方便进行库存控制和产品验证。物流标签读取和字符识别是比较常见的应用场景，颜色识别也越来越多的应用到机器视觉。在电气行业，对于电线电缆颜色有一定要求，错误的线缆颜色会影响后期的故障判断与维护，因此(4)定位定位是在识别出物体的基础上，经过精确测量给出目标物体的坐标信息。定位功能主要应用于生产的路径引导，是工业机器人的重要辅助功能，典型的应位应用还包括玻璃基板的定位、检查条形码和标签对齐、检查PCB中的IC放置以及排列包装托盘中的零件等。相比人工对齐和定位，机器视觉定位系统具有更以帮助实现工业维护或培训员工；在安全监控中的应以避免事故等等。未来随着视觉技术的不断成熟，其必将在工业领域实现更具广度和深度的应用。(KEYENCE)、欧姆龙(0mron);来自德国的宝2013年起，中国机器视觉相关投融资交易活跃，2021-2022年更是呈现井喷式发展：2021年我国机2022年中国机器人行业358起重要投/融资事件中，(1)康耐视(Cognex)专注于工业自动化的机器视觉业务，可提供从相机案，涵盖检测、测量、识别、定位四大领域，适用2D/3D等不同场合，典型应用有：防错产品装配和包装等制造行业。时经常出现的反光或背景色相近的情况，推出了SmartLine智能找边工具，应对多动力电池边线检测的难题。基于机器视觉的边线检测方案SmartLine(2)基恩士(KEYENCE)基恩士于1974年成立于日本，是工厂自动化 (FA)传感器、测量仪器和图像处理设备等产品的的两大巨头。基恩士产品系列丰富，传感器为其主要光电检测技术的机器视觉类产品包含了图像识别传感器、图像尺寸测量仪、3D扫描仪、3D显微系统、条了2个相机捕捉探头光线的原理(双目法原理),只(3)宝视纳(Basler)Basler是一家总部位于德国的工业相机领先制从光源、镜头、相机、图像采集卡、PC卡、线缆及机器视觉系列产品和解决方案以先进技术和稳定性器人和医疗领域获得广泛应用，拥有超过30年的行采用5GigE技术，支持高速运作，具备高分辨率、高帧率和低噪点等特点，能够提供清晰、准确的图像数据，满足汽车、半导体等行业高速的自动化生产需求；成像相机，可以用来检测可见光无法探测的缺陷和不均匀性，如金属表面的划痕和混杂物，以及检测生产线设备表面和周围环境的温度变化，以及时识别生产异常，尽早排除故障。(4)海克斯康(Hexagon)海克斯康是一家总部位于瑞典的公司，其业务涵盖测量、检测、制造等领域，是全球工业自动化以及机器视觉领域较为出色的企业之一。在过去20年，它战略性收并购全球行业领先的技术公司200多家，不断强化自身的技术优势，成为全球传感器、软件和数字信息技术解决方案的领导者。海克斯康基于机器视觉产品线较为完备，既有二维、三维的光学测量系统、三坐标测量仪，也有检测软件。OPTIUMHP是海克斯康针对自动化在线检测推出的高精度三维快照检测系统，应用了双目视觉传感器以及海克斯康最新的光学跟踪技术，能确保<100μm的绝对系统精度。该系统可以应用在汽车车身、总成、钣金件以及新能源电池壳体等大型零件的在线检测中。海克斯康常用的计量软件平台则有PC-DMIS、QUINDOS等，内有针对齿轮、叶片、压缩机等不同对象的模块，可提供尺寸测量、形状分析等报告，助力高效质量控制。堡盟公司是一家国际领先的工厂自动化和过程自动化生产厂家，总部位于瑞士，专注于传感器、编码器、测量仪表以及工业相机的研发和生产。堡盟于2008年进入中国市场，相比于同行业其他同等规模的企业，堡盟进入中国的时间并不算早，但却已经针对中国市场上各细分场景的数字化进程和应用特点，为新能源、医疗、食品饮料、钢铁冶金、工程机械、轨道交通等行业提供了一系列种类丰富的编码器、传感器、工业相机等产品和解决方案，实现后发先至。堡盟区别于其他厂商的标志之一就是起家于为客户提供定制化产品。以工业相机为例，在新能源行业，堡盟将专业知识与经验运用到整个系统设计中，针对具体应用提供从图像采集到光源和光学元件，再到基于FPGA、DSP、x86或ARM平台的图像处理等解决方案；针对半导体行业高温下超高精度的采集要求，堡盟推出了带主动冷却功能的CX.XC相机，相机内置冷却管，可通入压缩空气或者液体对相机内部进行冷却降温，从而使相机的工作温度维持在恒定的低温并简化系统配置，确保高精度的测量和定位，在晶圆键合和晶圆对位中取得了非常好的应用。的工艺控制和工艺支持解决方案。科磊最新推出的(7)西克(SICK)克的产品涵盖了工厂自动化(FA)、物流自动化别和定位四大功能。如RulerXR一体式3DPLB视觉系统引导机器人定位无序零件(图片来源：西克官网)(8)欧姆龙(0mron)第11页欧姆龙的彩色图像处理技术在工业自动化领域处于领先地位，采用OpticalOptimizationCalibration技术开发的视觉传感器FZ3,是世界首台可实现1677万色的彩色图像处理产品。与单色处理方式的图像相比，它的识别能力提高了65000倍。可以识别单色方式无法辨别的微妙色彩差异，从而能更高精度的检测缺陷及对象物体。即使对于汽车发动机的结构件或者锂电池的外壳等视觉传感器最棘手的光泽金属表面的部件，它也能以鲜明的画面进行精准检测并判断优劣。无n或面有采满度需逼真色彩合成技术可识别的色差检测零部件上沾染的同类颜色的污迹(9)特利丹(Teledyne)Teledyne公司是一家总部位于美国的企业，是高性能数字成像和半导体领域的国际领先企业。Teledyne公司的机器视觉系列产品包括传感器、相多光谱技术是Teledyne机器视觉产品的一大特色。Teledyne视觉产品涵盖了从远红外、近红外到可见光、紫外和X射线一系列光谱。其LineaSWIR (短波红外)相机是一种通用视觉相机，工作波段在950nm到1700nm的近红外光波段，它利用不同物质的热辐射效应差别帮助人们更好的观察目标物体，可应用在食品生产和分拣、光学分拣、太阳能时间主要产品/解决方案1德国2美国机器学习AmazonMachineLearning、人工智能Al、镜像分析Amazon3德国/cn4软件等5日本等6美国/zh-cn二维/三维视觉系统In-Sight系列、视觉软件VisionPro系列及配件等78德国/zh9日本美国/zh-hans仪等3D传感器、激光扫描仪日本德国美国/zh-cnhtml0mron欧姆龙日本照明、视觉传感器、图像处理系统、工业相机、PC视觉系统、3D机器人视觉系统等美国图像传感器、图像传感器模块、图像Osram欧司朗德国/cnPEPPERL+FUCHS倍加福德国3D视觉传感器、视觉系统等samsung三星韩国Schneider施耐德法国时间官网德国/cn/zh2D、3D工业摄像机以及机器视觉系统自SONY索尼日本头、光源等组件以及工业视觉方案美国www.teledynedalsa.c式视觉软件等韩国ZEBRA斑马美国/cn/zh.html(e-works整理，按首字母排序)(1)海康机器人海康机器人成立于2014年，是海康威视(股票代码002415)的子公司，也是面向全球的机器视觉设计奖(2022年度),RoboMirrorSystem可以模AMR(移动机器人)的运行路径和任务分发情况，(2)先导智能无锡先导智能装备股份有限公司(简称先导智能，股票代码300450)成立于1999年，业务涵盖锂(3)思谋科技深圳思谋信息科技有限公司(简称思谋科技)成SMoreViMo(VisionandMore)智能工业过1000个细分行业场景的智能化视觉模型，内嵌了(4)汇川视觉视觉)是深圳汇川技术股份有限公司(股票代码300124)的子公司，公司主要产品为工业机器人、能够实现模板匹配、缺陷检测、引导等功能。(5)精测电子武汉精测电子集团股份有限公司(简称精测电子，股票代码300567)成立于2006年，主要产品为环节等，包括切叠一体机、锂电池视觉检测系统和(6)美亚光电合肥美亚光电技术股份有限公司(简称美亚光电，股票代码002690)始创于1993年。公司深度聚(7)凌云光代码688400)2002年成立于北京，围绕机器视觉(8)劲拓股份深圳市劲拓自动化设备股份有限公司(简称劲拓股份，股票代码300400)成立于1997年，公司产(9)天准科技票代码688003)成立于2005年，公司致力于开发各升至98%以上，设备整体效率提升50%,达到(10)矩子科技票代码300802)成立于2007年，公司致力于成为全(11)梅卡曼德(12)东集技术东集技术股份有限公司(简称东集技术)成立(13)汇萃智能杭州汇萃智能科技有限公司(简称汇萃智能)成立于2012年，公司产品包括：机器视觉算法库(HCvisionLib),通用智能高速机器视觉平台(14)微亿智造常州微亿智造科技有限公司(简称微亿智造)成立于2003年，总部位于西安，是国内Al工业视觉系统集成MS-安脉盛secote系统集成MS-安脉盛secote赛腾股份国内工业视觉厂商生态地图●整机装备中导辰远中海达横软件及算法软件及算法●硬件组件大恒图像表2国内主流厂商和解决方案成立时间官网主要产品/解决方案1阿加犀智能工业检测解决方案2阿洛纳杭州3阿丘科技北京4郑州www.alsontech.56安脉盛杭州www.aimsphm.焊缝质量检测系统、全尺寸测量系7昂坤视觉北京案8昂视智能深圳2D、3D视觉系统、读码器、传感器、工业相机与配件等9奥比中光深圳决方案等奥乘智能北京www.aiaocheng.奥普光电www.up-东莞杭州深圳www.lightyeah.3D视觉通用软件化平台北京君正北京www.ingenic.co图像处理器与解决方案贝特威广州深圳创新奇智青岛www.ainnovatioManuVision机器视觉智能平台、MatrixVision边缘视频智能平台苏州北京www.daheng-第20页成立时间总部官网主要产品/解决方案苏州台大族视觉深圳视觉软件系统、相机、镜头、光源、光源控制器、视觉控制器广州www.landmar3D智能视觉解决方案东集技术深圳www.do3think.杭州www.blackboxwww.phenixop富瀚微www.fullhan.c视频芯片www.gantuai.c高纳智能光源、镜头、相机、图像传感器、图像处理器、视觉检测一体机等高视科技苏州www.gcoreinc.CMOS图像传感器深圳3D视觉传感器、通用3D视觉软件、国器智眸机器视觉推理平台杭州软件、物流机器人豪威集团-上海韦尔图像传感器杭州www.arcsoft.c杭州台等华兴源创苏州杭州www.hc-深圳www.jt-续表2成立时间官网主要产品/解决方案桃园Epx图像传感器www.wuhanjing无锡北京机器视觉低代码开发平台苏州.苏州东莞深圳北京深圳om设备快克常州www.quick-旷视科技北京方案杭州om决方案南昌www.I头及模组等光学产品中山www.union-工业光学镜头苏州om北京om深圳厦门马克拉伯深圳免代码的通用机器视觉搭建软件深圳工业相机、双目相机模组、定制相机整机、摄像头模组、读码器等茂莱光学3D相机及Mech-Vision、Mech-Viz系列平台软件美亚光电om色选机、X光异物检测机等智能分选设备欧普泰东莞系统等第22页成立时间官网主要产品/解决方案北京深圳RVC3D工业相机、VDA视觉位移测量分析、垂直行业手眼工艺工作站东莞苏州晶圆缺陷检测方案东莞智能检测解决方案杉岩数据深圳www.deepsight.ai北京深海弈智www.jsmachine深