汽車工業在制造業中占有重要地位。該行業的特點是高度自動化的批量生產、嚴格的質量要求和高度的成本敏感性。因此,大型制造商非常重視與支持生產過程高度自動化的供應商和技術提供商建立密切和基于信任的協作關系。

從這個意義上說,工業圖像處理或“機器視覺”是汽車行業的一項關鍵技術,因為該技術可用于優化價值鏈中的各種流程,例如生產、質量保證和物流。機器視覺技術被用于各種工業應用,以快速、明確地檢測物體,從而實現生產過程的自動化和加速。這些方法用于精確檢查部件表面以及識別和自動分揀有缺陷的產品。同樣,該技術也可用于完整性檢測。機器視覺的一個特點是它的高速——它的算法只需要幾毫秒來檢測和處理圖像信息。因此,

機器視覺技術優化了汽車行業的生產流程。照片由 MVTec Software 提供。

汽車行業作為自動化驅動

與供應商行業一起,被認為是機器視覺技術的“早期采用者”。該行業一直在推動生產過程的自動化——從生產線和機器人支持的制造到今天被稱為“工業 4.0”的第四次工業革命。汽車行業也以其巨大的創新而聞名。這也可以說是機器視覺行業,使其成為滿足新技術需求的理想合作伙伴。因此,汽車行業是德國工業成像供應商的最大客戶,占收入的 23%。根據德國工程協會 VDMA(Verband Deutscher Maschinen-und Anlagenbau eV)的一項調查,在歐洲,總收入份額約為 21%。

由于對質量的高要求,汽車行業對機器提出了一系列特殊要求。例如,解決方案必須非常健壯、可靠和強大。此外,汽車和供應商行業面臨巨大的價格壓力,需要價格具有競爭力的產品,既能提供最大價值,又能長期降低生產成本。其他重要方面是機器視覺產品的長期可用性,包括合格的支持,以及不同技術的全面知識,從簡單的 2D 測量方法到 3D 視覺和圖像序列分析。

機器視覺用于基于表面匹配和對象比較的 3D 表面檢測。

汽車行業應用場景的一大挑戰還在于機器視覺組件與可編程邏輯的更好集成和更緊密的連接。通過更緊密地融合這兩種技術,汽車制造商可以節省資金、加快自動化生產流程并提高效率。還可以定義和建立標準,以便更容易地集成不同的組件。此外,標準化接口的不斷發展增加了機器視覺和自動化技術之間的互操作性。

機器視覺——生產過程的眼睛

機器人輔助過程尤其受益于機器視覺技術提供的多方面機會,因為它類似于汽車行業生產過程的眼睛。這是因為現在越來越多的機器人配備了自己的攝像頭,或者將攝像頭連接到其他位置,并從不同的角度概覽整個生產部分。數字圖像信息是工業生產過程無縫監測和控制的基礎。在這方面,機器視覺可用于優化流程步驟,例如確定物體的位置、安全地檢測不同的工作部件或使機器人能夠更換其執行器。此外,可以組合不同的任務,并且可以使用相同的相機來確定位置,規劃揀選流程以及各種特征的質量檢查,例如顏色或表面。相機還能夠結合機器視覺軟件讀取條碼或數據代碼,因此可以安全地識別各種不同的物體。

3D視覺技術的使用有助于提高生產場景的自動化程度。直到最近,2D 圖像數據的處理仍是標準。它用于跟蹤圖像序列中的移動物體并確定它們的位置——但僅限于 2D 空間,例如水平傳送帶上的產品。無法在更復雜的運動過程中實現對象的 3D 協調——極大地限制了該技術在汽車生產環境中的應用可能性。

視覺技術有助于定位具有透視失真的對象。

確定 3D 空間中的運動方向

MVTec 憑借其“3D 場景流”技術滿足了這一需求,該技術也是汽車行業采用的一種很有前途的 3D 視覺技術。該方案采用了所謂的多圖像攝像頭結構,即安裝兩個或多個攝像頭,從不同角度記錄圖像信息。每個圖像點都有一個 X、Y 和 Z 坐標。使用多幅圖像的序列,現在可以移動、跟蹤和精確定位在 3D 空間中移動的物體。該技術不僅可以識別物體的確切位置,還可以識別它們在空間中的運動方向和速度。MVTec 已將“3D 場景流”集成到 HALCON 機器視覺軟件的第 12 版中。這是第一次標準軟件包包含用于分析圖像序列的 3D 兼容算法。

幾乎所有自動化汽車裝配領域都受益于新的 3D 技術,包括質量保證流程、物流流程識別技術、機器人控制和最終裝配階段的質量控制。該技術為自動化生產過程中的人機交互開辟了許多全新的可能性。例如,工業機器人的動作半徑通常僅限于定義的生產線。如果有人進入該區域,傳感器會自動停止機器人的工作流程,這會導致生產過程中斷,代價高昂。

汽車行業是德國工業成像供應商的最大客戶,占收入的 23%。

人機交互流暢且安全

3D 場景流通過使用多個攝像頭來監控機器人的工作區域,為這個問題提供了解決方案。如果有人靠近這個區域,機器視覺軟件會使用多個圖像,準確地知道這個人在哪里以及他或她要去哪個方向。只有當人與機器的路徑交叉并不可避免地發生碰撞時,機器人才會停止。這種對人類軌跡做出反應的能力減少了麻煩的機器停機和生產中斷的次數。更少的停留意味著為公司節省更多。此外,在工業4.0和智能工廠場景下,汽車行業越來越依賴于在生產建筑中獨立移動的協作機器人和自主叉車。在這種情況下,

汽車行業還受益于生產場景之外的基于 3D 的機器視覺方法。該技術還用于自動駕駛輔助系統,其中包括安裝在車輛上的傳感器和攝像頭。使用 3D 圖像信息,算法可以可靠地檢測汽車是否在其車道內正常移動、障礙物是否阻礙道路或其他車輛是否正在越過汽車自身的移動方向。這些檢測功能可防止危險碰撞并提高交通安全。此外,該技術為自動駕駛汽車鋪平了道路。

自主托盤運輸車在生產車間和倉庫中移動而不會發生碰撞。

創建機器視覺應用程序的簡單方法

在創建機器視覺應用程序時,需要較少編程知識的工具變得越來越重要。它們簡化了整個創建過程并顯著增加了機器視覺軟件的用戶數量。MVTec 的 MERLIC 開發和配置環境包括用于創建完整機器視覺應用程序的工具,包括基于行業標準的圖形用戶界面、集成 PLC 通信和圖像采集。該軟件的核心元素是其以圖像為中心的用戶界面,可直觀地引導用戶完成應用程序。類似于所見即所得 (WYSIWYG) 編輯器,開發人員可以專注于基于圖像的顯示,而不是復雜的代碼、命令行或參數列表。

展望未來

機器視覺技術將深刻改變汽車行業的流程。例如,工業 4.0 概念將變得越來越重要。在這種背景下,機器視覺方法將優化和加速工業制造的許多方面。各種工件將被快速可靠地檢測和控制生產過程,而視覺技術將改善生產機器的維護。機器視覺解決方案將自動檢測來自移動設備的組件并顯示合適的處理信息。機器視覺將加速和優化國際供應鏈的物流。最后,這些解決方案將使生產過程中的人機交互更加安全。

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