看见智能制造浪潮 康耐视新时代机器视觉系统
- 尤嘉禾／台中
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有监于近年来自动化技术在制造业的应用日深，全球视觉技术大厂康耐视(COGNEX)特于2014年6月12日，假台中日月千禧酒店举办「康耐视台湾视觉及读码应用研讨会」，会中详加介绍了机器视觉的2D、3D整合与工业读码器在制造业的各种应用。
制造业是台湾经济的重要支柱，康耐视台湾区总经理方瑞应指出，近来制造业有两个相当火热的议题，一是机器人，另一个则是自动化，仔细观察这2个技术，都必须先透过视觉判断物件，再引导控制器做出适当动作，康耐视在产业架构中，就是专精于眼睛部分的视觉与读码技术，他指出，康耐视是目前市场上的龙头厂商，截至目前为止，康耐视的视觉系统出货量已超过百万套，并已经在美国(NASDAQ：CGNX)上市。
此外，康耐视也拥有数百件机器视觉技术的专利，之所以会有如此辉煌的成绩，方总经理指出原因在于「专注」，从创立至今，康耐视始终专注于机器视觉领域的研发，长年的耕耘，累积了深厚的专业经验，并与客户端积极互动，从而设计出最适合制造业用户的机器视觉系统。
谈到未来趋势，方总经理指出，现在穿戴式设备崛起，由于穿戴式设备需要各种震动提醒，因此其制程必须更可靠，制程设备对机器视觉的倚赖将会更深，而消费性电子产品的体积越来越轻薄短小，组装的精准度大幅提高，同时生产履历的提供也成为现在产线必备功能，在此态势下，机器视觉除了必须精进本身技术外，也需配合其他自动化系统，才能克服现在制程设备的高精度、多元材质、复杂环境等挑战。
目前机器视觉的制程应用，主要仍以定位、瑕疵检测、尺寸量测、条码识别等4大项目为主，针对这4大项目，康耐视提供了传感器、读取器、工业镜头、视觉软件、管理平台等系列产品，方总经理强调，康耐视的产品线相当齐全，从入门款到进阶款一应俱全，同时也提供了专业的谘询服务，可协助制造商打造最佳的制造系统。
4大应用GIGI 康耐视一应俱全
谈到机器视觉的应用，康耐视战略客户经理刘礼谦指出，「机器视觉」顾名思义是利用机器所设计的视觉系统来代替人眼，由于现在自动化技术讲究智能化，智能化必须全面整合，方能发挥最大综效。
机器视觉在产线应用有GIGI等4大应用，意即Guide(引导定位)、Inspection(检测)、Gauge(量测)、Identification(识别)，以产线动作为例，产在线的机器手臂必须透过机器视觉快速找出产品位置，使其可以精准的拿取物件，另外机器视觉也可以协助产线进行瑕疵、尺寸、角度的检测，最后再以条码或文字扫读，使所有产品都可进行追溯，进一步建立产品履历制度，目前康耐视在机器视觉方面有完整的产品线，尤其是ID检测，无论是条码或文字识别都已包含在内，是目前市面上完整度最高的产品。
GIGI现在几乎已是各类生产线必备的应用，以IC制造为例，从最上游的晶圆切割到后端的封测包装，都是其产线流程之一，而这4大领域，康耐视也都有对应的产品。
在ID读码器部分，刘经理表示，产品追溯在产线已具有其必要性，视觉套装系统搭配作业处理流程，并与后端PC Based函式库结合，可以加快其作业处理流程，至于传感器方面，康耐视的视觉传感器，定位在工业传感器与一般视觉系统之间，刘经理指出，一般工业传感器常会遇到几个问题，像是容易受到物件位置影响，导致设备误判，至于传统传感器，则是受限于其技术，目前1个传感器只能侦测1个物件，若物件数量多，则必须建置同数量的传感器，康耐视的传感器则同时侦测多物件，另也可在同一个物体中，侦测不同的外型特徵。
In Sight系列 全方位布局
就机器视觉的架构来看，其架构由光源(内外部)、镜头、影像撷取卡、视觉处理平台等零部件所组成，而系统架构也需因应不同应用有特殊设计，康耐视的相关产品也因此区分为3类型。
1. In Sight 7000系列：此一系列是康耐视2013年推出的产品，主要特色是其镜头有自动对焦功能，光源为内建式整合照明，多灵活性光学配件，可因应不同环境择镜头取像，In Sight 7000系列的自动对焦为机械式对焦，刘经理指出，康耐视拥有液态变焦技术，此技术主要用在ID读码，其特色是可以快速切换，抓取其轮廓来快速判读出结果，因此特别适用于读码做业。不过这点并没有应用到机器视觉产品，因为液态变焦快速撷取到定位的精度比起机械式变焦，会有较多偏差。在量测外观尺寸数据时，些微的偏差对输出的结果就有极大的影响。因此康耐视主要采用机械式变焦，透过机械变焦提高系统的稳定度，使其系统运作的可信赖度更高。
2. In Sight Micro系列：此系列产品是目前全球最小的视觉系统，外观尺寸已与一般工业镜头尺寸相近，In Sight Micro系列内建所有视觉处理工具，另建有精准的配件测试与以太网络供电系统(PoE)，因此后端只要插入以太网络线就可供电开始运作，此产品也有多种型号可供选择，其型号分为一般应用、色彩应用及ID应用3大类。
3. In Sight 5000系列：此系列主要应用于对高速、高分辨率、生产环境较为严苛等需求，因此其硬件规格也较为特殊，In Sight 5000系列的体积较大，散热功能也较强，部分高端应用，可以将其元件整合在内，此款产品有一型号，外壳采用不锈钢材质，IP等级达到68，在部分需要防尘、防水的传统制造业中广受好评。
软硬兼具 打造最佳化视觉系统
在视觉软件部分，刘经理指出，现在「智能镜头」已成趋势，智能镜头将软件都包含在内，不需要额外编程，康耐视这部分的软件平台有2个界面，1是Easy Builder，方便使用者在上面架构演算过程，使用可以快速得到演算结果；另1个电子试算表，主要是让工程师在维护系统时，可以加入逻辑判断，当工程师需要进阶应用时，可由此有进一步延伸。
刘经理强调，大家都以为康耐视是硬件公司，其实康耐视的产品核心价值来自于软件，康耐视所有的硬件产品包括2D、3D方案都是由核心软件的工具库延伸而成。
除了单机式外，PC Based也是机器视觉系统的重要一环，PC Based机器视觉系统主要是透过工业镜头进行取像，或经由影像撷取卡取得影像，再由电脑系统进行演算编程，最后再将结果输出到自动化系统整合，康耐视的Vision Pro是世界最顶级的视觉软件，结合康耐视30几年来的专业知识，已经有全球最完整的演算工具库，前面提到的晶圆制造，制程中每一个会用到机器视觉的环节，康耐视都有相对应产品，除了自身的丰富产品线外，其产品的兼容性也相当高，市场上大部分的板卡与工业镜头，康耐视产品都能兼容。
Vision Pro也提供了相当好用的应用工具，各应用工具之间可拖曳连结，让工程师可以快速评估视觉软件的运算评估，这可使得工程师在第一时间就知道该方案的可行性，至于作业软件的支持，目前康耐视的Vision Pro已可支持微软的Windows7、8两套操作系统。
至于定位软件部分，康耐视的Pat Max软件，其定位方式有别于传统的灰阶方式，而是以物件轮廓作为几何定位，以轮廓作为演算方式，克服了以往物件影像失焦或因高度跳动造成影像比例失真，造成系统需要长时间运算，甚至无法判读的缺点，用轮廓式定位，可以快速而精准的定位。
这种作法将对客户带来哪些好处？刘经理指出，首先是可快速判断「能做与不能做？」，由于康耐视的视觉产品精度已相当高，因此系统厂商可以快速确定此一系统能否满足客户所需？不必像以往因精度有限，连带影响其结果可信度不高，导致在做完定位后，还要去寻找其他方式测试。
高定位精度延伸的另一个优势，在相同精度要求下，可以提供更大的视野空间，传统作法是当设备定位精度不够时，只能提高镜头分辨率，然而这种作法提高的不只是镜头成本，系统中其他部件的成本也会同步增高，如此一来，厂商势必付出更庞大的成本，康耐视的高精度定位软件，则可一次解决相关问题。
在量测部分，康耐视的量测工具可以灰阶影像中，排除杂讯撷取影像轮廓，提升整体系统的效益，也让系统整合厂商可以赢得更多的终端客户订单，提到量测就不能不提到校正，在校正时，常会因镜头或镜头架设时的歪斜，导致所取的影像比例失真，透过康耐视的校正工具，以使其恢复到最原始的状态，另外康耐视的产品也可以最小的校正片，做到最大面积的校正。
识别也是制程中极重要的部分，一般识别会有包括文字、条码，康耐视的读码产品，可以快速读取失焦、变形的条码，刘经理表示，系统厂商有时会出现整套系统功能设计都已完成，但是在最后段的条码读取率不佳，导致出货时间被延迟。
多数人都认为相对于其他技术，读条码较为简单，不过读码是系统最后的收尾部分，一旦被轻忽，就容易造成整个案子无法结束的窘况，康耐视以过去深耕产业所培养出来的丰富经验，提供完整解决方案。
3D技术 让检测更全面
3D检测是近年来机器视觉领域的重要议题，3D检测的作法是利用传动机构带动待测物，以位移方式进行检测，设备上方设置多具雷达，以雷达的线扫描作为取像，雷达打出的一个点就是一个位置的空间距离数据，当点够多就形成线，所累积的数据也就变成线数据，在康耐视的系统中，透过View Pro的整合，就形成3D影像。
3D检测的架构是在系统上方设置雷达，下方则是传动器，由传动器带动待测物，经过雷达的线扫描区域，由雷达扫描计算出每个点的XYZ数值，累积起来就是3D的影像信息，而康耐视软件撷取到这些数值后，可以提供给使用者1D、2D、3D等3种影像格式，由使用者以本身需求自行选择格式。
另外针对特殊应用，也需结合2D与3D技术，但并非所有厂商都同时拥有这两项技术，因此系统整合商往往需要架构两套不同软件，康耐视产品以软件为概念出发，采用同一函式库，当影像撷取后，都以View Pro处理影像，在View Pro架构下除了3D方案外，也可依据不同位置架设2D进行不同应用，在不同应用方面，也有针对不同领域开发出3D的应用方案。
3D技术主要用来作为高度、体积、倾斜、文字等，3D检测的应用产业相当多，不过在制程中的应用仍不脱GIGI这4大类，由于各类制程的应用环境不一，设备的安装需要尽可能简单，以方便快速上线，康耐视的3D检测设备采用穿透式设计，以插销方式，让系统厂商可以在最短时间内完成安装。
在产品布局方面，康耐视提供了不同扫描范围的3D产品，由小而大分别有DS 1050、DS 1100、DS1300，另若产品的体积大于雷达扫描范围，刘经理指出，也可另外增设雷达进行更大面积的检测，这些需求都可与康耐视联系。
刘经理进一步表示，康耐视过去在视觉领域累积的庞大专业知识，都将回馈给客户，协助客户打造更高效率的产业设备，在激烈的竞争环境中抢得先机。
