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智慧 3D 視覺與AI驅動新時代機器人

2021/11/1

雖然視覺技術的發展,主要源自 2D 影像感測技術的改進,該科技如今已經成為工業自動化的關鍵要素和主要動力。視覺技術讓機器人應用延伸範圍更廣,從而大幅實現更高級別與高效率的運作。在3D視覺技術領域中,受到視覺引導的機器人能確認個別物件的位置,確認它們被正確應用,並完整建構情境中的裝配線。經歷多個發展階段後,視覺技術已經被許多企業接納,因為他們洞悉這項科技對客戶的間接價值以及對生產流程的直接價值。

在後疫情時代,一股勢不可擋的力量席捲了全球,它的突飛猛進在電子商務平台上留下了耀眼的光芒。而這股力量,當然就是線上購物。據估計,疫情後電子商務的驚人成長將在 2021 年繼續擴大至 13.7%,而達到 9080 億美元(eMarketer)。其中的待售品便是任何可被購買並直接出貨到消費者家中的服務與產品。

儘管樂觀的銷售預測報告足以讓電子商務企業歡欣鼓舞,但它們也非常清楚地指出,倉儲方面仍然亟需更完善、更高效率的物流系統。

一台攝影機和一部安裝了相關軟體的電腦,便能構成一項典型的流程。在視覺引導型機器人 (VGR)系統的典型範例中,視覺系統(攝影機和軟體)被建置完畢後,可以確認物件在輸送帶上的位置。視覺系統識別出物件的位置,並將座標發送給機器人。接下來,機器人將自身的夾爪定位在目標物件上,進行挑揀。

雖然原理看似無比簡單,建置此種系統時仍會遭遇一些挑戰:視覺系統難以與指定的攝影機機型整合,以達到原本所預期的效能。如此瓶頸往往源自整合商或解決方案設計者的知識不足。與 VGR 系統相反,傳統的自動化生產定義是批次生產、大型單一產品尺寸,靈活性相當受限。將新元素導入傳統生產線既耗時又成本高昂,而且通常是一筆所費不貲的投資。

VGR 系統可以在安裝甚少機械的情形下展開運作,且通常無需再為物件設定被撿取的特定位置。針對不同形狀和尺寸的物件,可以根據需求個別進行撿取和放置。多功能性和靈活性,是讓視覺系統達成高效率的關鍵因素。附加優點包括:

  • 機械具備高效率、可靠性與靈活性
  • 減少人力作業
  • 可應用於品質管制上
  • 高殘值

從傳統機器視覺轉換到3D 機器人視覺

企業的品管一直都相當仰賴視覺檢測的模式。傳統的機器視覺系統,在為相似零件提供差異較大的瑕疵樣本時,誤判率會較高。利用智慧技術的強化檢測過程,有助於得出高精度的偵測結果。電腦機器視覺系統往往侷限於以規則為依歸的演算法,相較之下,智慧 3D 機器人視覺瑕疵檢測技術是根據訓練資料偵測瑕疵。

在以下案例中,客戶是一家提供物流與供應鏈管理服務的企業。他們計劃在倉庫物流作業中引入 3D 機器人視覺系統,根據物件大小對庫存進行分類,並偵測封裝瑕疵。他們需要的 3D 視覺系統必須能夠支援用於特定或隨機撿取功能的3D 攝影機,而該客戶的倉庫內有多台全天候運轉的輸送帶。在輸送帶之間,控制系統距離機械手臂與 10 GigE 工業用 3D 攝影機約十公尺,而檢測系統必須在幾秒鐘內處理並分析大量高解析度的 3D 影像。傳統視覺技術的局限性在這裡展露無遺:現有的 3D 攝影機資料採用Camera Link (PoCL) 格式的電纜進行傳輸,並有著5 公尺的距離限制。如此的傳統技術無法處理大量的傳輸和一致的機械手臂操作。為了利用智慧技術進行即時的機器人視覺檢測,該客戶需要一個具有強大邊緣計算能力、為容納大量影像而具備龐大儲存容量,且擁有資料傳輸必要頻寬的解決方案。

研華提供全方位 3D 機器人視覺解決方案

研華的全方位 3D 機器人視覺解決方案是由圖框擷取器 (PCIE-1182)、GPU 卡 (NVIDIA A100 GPU) 和系統伺服器 (SKY-640V2) 所組成。當 3D 攝影機和感測器位於封裝輸送帶上方時,高畫質影像會被拍攝並傳輸到 PCIE-1182,然後由 SKY-640V2 伺服器進行即時彙整與分析。為了驅動視覺計算的工作流程,圖框分析由高階 NVIDIA GPU 進行加速,達成優異的真實即時協作。此高度靈活的解決方案也結合研華 PCIE-1182 上的乙太網供電 (PoE) 技術,消除了相容性和特殊接線問題。透過使用 PoE 技術,圖框擷取器能以標準 Cat 6電纜直接連到 3D 攝影機,即使距離超過五公尺也能確保連線。

SKY-640V2是一款 4U 的機架式伺服器,內嵌第三代 Intel® Xeon® 可擴充處理器,支援 4 x PCIe x16 雙層卡和 3 x PCIe x8 單層卡。大量擴充槽可支援需要高靈活性的應用,例如同時使用圖框擷取器和運動控制卡。

全方位 3D 機器人視覺解決方案完全滿足了客戶的要求。圖框擷取器、運動控制卡、GPU 卡和伺服器系統滿足一切相容性需求。最新的 10 GigE 3D 攝影機技術,可透過 PCIE-1182 圖框擷取器來準確捕捉影像,並發送至 SKY-640V2 進行即時推理,識別瑕疵品。複雜的機器人運動控制、高效能計算和智慧推理等功能,透過Intel Xeon可擴充處理器和多個PCIe 擴充槽,可以在本地透過SKY-640V2 完成,進行高效能圖形分析。SKY-640V2 的高性能透過伺服器的強大計算能力傳遞到機械手臂上,提升運作效率。作為自動化部署附加的關鍵指標,智慧技術之應用已經包含透過預測分析來展開維護措施。正如區分包裹幾何定位的分析,同樣的技術也能對設備效能衰減進行精確測量,促進完善的維護作業。透過研華的 3D 機器人視覺解決方案,物流檢測系統的更新,已成為增進物流效率的成功典範。

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