産業分野におけるマシンビジョンの用途は何ですか?

マシンビジョン技術には、コンピューターサイエンス、人工知能、信号処理、画像処理、機械学習、光学、自動化などの複数の分野が含まれます。

近年、産業インテリジェンスの急速な発展に伴い、マシンビジョン技術は工業生産のさまざまな分野で広く使用され、現代的な検出方法としてますます注目を集めています。

マシンビジョンは、光学装置とセンサーを通じて対象物体の画像情報を取得し、その画像情報をデジタル情報に変換します。その後、そのデータはコンピューターによって分析され、電子スクリーンに表示されるか、制御ユニットによって誘導されてタスクを完了します。マシンビジョンは、情報技術工学と自動化に重点を置いていますが、コンピュータ技術の視覚効果方法論に基づいて構築されています。その焦点は、対象物の位置情報、サイズ、形状、色情報、存在状態などのデータ情報を認識することにあります。

1. 産業用マシンビジョン産業チェーンは改善を続けている

現在、中国のマシンビジョン産業はまだ発展の初期段階にあります。産業チェーンの観点から見ると、上流のコンポーネントとソフトウェア、中流の産業用マシンビジョン機器、下流のシステムソリューションとアプリケーションの3つの主要なリンクに分けられます。上流の部品およびソフトウェア企業の全体的な規模、実力、技術レベルは依然として向上する必要があります。中流の産業用マシンビジョン設備は、製品の総合的な性能を継続的に向上させ、製品のインテリジェントレベルを継続的に高める必要があります。主な下流の応用産業は、半導体、民生用電子機器、自動車です。

2. 産業用マシンビジョン技術製品の加速された反復により、より深い応用が促進される

政策的支援の強化と需要の継続的な成長により、産業用マシンビジョンの良好な開発環境が整いました。一方、国と地方政府は、産業用マシンビジョンの発展を支援する一連の政策を導入しています。たとえば、「第14次インテリジェント製造発展5カ年計画」では、「自主供給を強化し、産業システムの新たな優位性を高める」など4つの重点タスクを展開しています。「インテリジェント製造設備革新開発行動」では、高解像度ビジョンセンサーなどの基本コンポーネントとデバイスの研究開発を重視しており、産業用マシンビジョン業界の重要性とサポートを反映しています。

一方、中国の国民経済は回復と発展を続けています。2022年第1四半期、全国の工業付加価値は前年同期比6.5％増加し、指定規模以上の工業企業の利益は8.5％増加しました。産業用マシンビジョンの主要応用分野である新エネルギー車の生産量は前年同期比140.8％増加し、産業用ロボットの生産量は前年同期比10.2％増加しました。下流の応用分野の継続的な成長は、マシンビジョンの応用にさらに大きな発展空間をもたらしました。

産業シナリオにおけるマシン ビジョン テクノロジの需要は、標準化とモジュール化に向けた産業用マシン ビジョン製品の開発を推進し続けています。産業用マシンビジョンのお客様の使用要件は多種多様で、非常に特殊です。お客様は皆、サプライヤーが自社のニーズに基づいてある程度のカスタマイズと最適化を実行できることを期待しています。したがって、カスタマイズされた産業用マシンビジョン製品の開発速度は、企業業績の成長率を直接的に決定します。

この問題点を解決するために、業界の大手企業は製品の標準化とモジュール化を積極的に推進し、非標準製品から標準化されたモジュールを可能な限り組み合わせ、標準化されたモジュールを通じて顧客にソリューションを輸出することで、自社製品と在庫の回転率を向上させ、企業の対外的なソリューション提供能力を向上させ、企業の業務効率を向上させています。

産業用マシンビジョンの技術レベルは、さまざまな機器のさらなるインテリジェント化に直接影響を与える重要な要素となっています。近年、ロボット、ドローン、その他の機器の知能レベルは継続的に向上し、アプリケーションシナリオは継続的に充実しており、産業用マシンビジョンソリューションの総合的なパフォーマンスに対する要求はより高く、より緊急なものとなっています。

たとえば、石油化学検査ロボットが化学工場エリアを巡回する場合、複雑なパイプラインの漏れなどの問題を正確に特定する必要があります。特定が迅速で正確かどうかが、石油化学検査ロボットの実用性とこのタイプのロボットの市場見通しを直接決定します。

例えば、石炭鉱石処理生産ラインでは、ロボットは石炭鉱石の位置とサイズを識別するだけでなく、異なる重量と形状の石炭鉱石に最適なクランプ位置を見つけ、機械爪によって適用されるクランプ力の大きさを判断する必要があり、これにより真に効果的に手作業を置き換えることができます。

3. 産業用ロボットにおけるマシンビジョンの応用

産業用ロボットは、現代科学技術の代表的な技術であり、その利便性、精度、時間節約、省力化などの理由から、家電、電子、衣料、自動車、食品などの業界で広く使用されています。現代科学技術の急速な発展に伴い、高い基準と高い効率が多くの企業の追求目標となりました。このような発展の背景から、産業用ロボットが誕生しました。

私が最も感銘を受けたのは、JD.com の自動化ロボット倉庫です。巨大な倉庫内では、何千ものロボットが棚の間を絶えず行き来し、商品を仕分け、配置し、輸送していました。産業用ロボットの分野では、マシンビジョンには以下のような機能があります。

（１）位置決めと制御現代の工場生産では、ターゲットを迅速かつ正確に見つけ、その位置を確認するためのマシンビジョンシステムが必要です。次に、マシンビジョンを使用して、ロボットアームの位置を特定し、ガイドして正確に把持できるようにします。

（２）識別マシンビジョンは主に画像を取得するために使用され、その後、画像が処理、分析、理解されて、さまざまな状態のターゲットやオブジェクトが識別され、追跡やデータ収集が行われます。一般的な機械認識システムはカメラの助けを借りて完成します。

（３）検出生産ラインで製品の品質をテストすることも、最も多くの手作業を置き換えるリンクです。工業分野では、主な検査として、サイズ検査、ボトル外観欠陥検査、ボトル口欠陥検査、不良品検査などがあります。

（４）高精度な検査工業生産において、コンピューターや携帯電話の高度に統合された電子回路基板など、一部の高度な電子機器部品にはより高い精度が求められます。0.01mm、さらにはμmレベルの精度を実現できるものもあります。人間の目ではこれらの小さな部品を認識できないため、機械を使用して完成させる必要があります。

（５）選別及び取扱い現代の工業生産と運営の過程では、ある程度の仕分け作業は避けられません。従来の人力による仕分け方法には大きな制限がありますが、視覚ロボットの応用により、工業生産の効率と作業精度が大幅に向上し、人々の手を解放することができます。

マシンビジョン技術はロボットの応用において中心的な役割を果たします。マシンビジョンにおける最も重要な問題は、ロボットが動くターゲットを正確に識別できるようにすることです。ビジョンシステム技術はこの問題を解決できます。ビジョンシステム技術を追加することで、ロボットは対象物体をリアルタイムで追跡および検出し、対象物体の位置と方向を正確に判断して、ロボットが正確に位置決めできるようになります。

ロボットビジョンシステムの作業は、主にカメラの位置決め、画像の分析と処理、ターゲットの状態認識、ロボットの動作制御の 4 つの部分に分かれています。まず、カメラの位置決めを使用して対象物体の運動座標系を確立し、物体の座標を取得します。次に、取得した対象画像を分析および処理します。状態認識は画像分析に基づいており、対象物体の状態が分析および処理され、画像処理および分析の結果に応じてロボットの動作動作が制御されます。

産業用ロボットの使用は、伝統的な産業と比較して、現代産業の大きな進歩と発展です。産業用ロボットは、高コスト、低効率、長時間消費などの伝統的な産業の欠点を解決し、人々の手を解放し、現代の工業生産をより自動化し、インテリジェント化します。

4. 産業制御におけるマシンビジョンの応用

現代の工業生産は、ほとんどが機械化され、統合される傾向にあります。たとえば、ポテトチップスの生産では、ジャガイモの洗浄から袋詰め、チップスの密封まで、人間の関与は必要ありません。もちろん、このようにして生産されたものは非人道的だと言う人もいるでしょうが、機械化された統合生産方式は、将来的にはすべての工業生産の一般的な傾向になる可能性があり、その利点を詳しく説明する必要はないと私は言いたいのです。では、機械化された生産をどのように制御できるのでしょうか?これには、機械の生産を制御するためにマシンビジョン技術を使用する必要があります。

マシン ビジョン コントローラは、優れた処理能力を備えているため、最大 128 ポイントの検出を 10 秒未満で完了できます。強力な処理能力は、実行できるアルゴリズムと視覚システムの決定速度に直接影響します。画像処理時間を短縮するために、一部の工場では、均質処理を使用してビジョンアルゴリズムを実行しています。

さらに、一部のマシン ビジョン コントローラーには、ネットワーク接続用の専用イーサネット ポートと、外部データ ストレージに接続するためのポートが搭載されています。工場接続機能により、作業者はオフィスで製品の生産を検査し、画像を閲覧し、リアルタイムで再生することができ、工場の生産が大幅に促進されます。

この直接的な工業統合生産方式は、伝統的な生産方式に徐々に取って代わりつつあります。将来の産業発展において、多くの工場がマシンビジョン制御を使用して工場統合生産を実現すると信じています。

5. 工業品質検査におけるマシンビジョンの応用

現代の工業生産の過程において、ターゲット検出は多様化しており、市場の需要は比較的大きいです。例えば、機械部品のサイズが規格に適合しているかの確認、バーコードや包装バーコードの識別、商品の外観欠陥、瓶口欠陥、印刷欠陥などの検査などです。これらのアプリケーションはいずれも大規模なテストと高精度なテストを必要とします。これらのテストでは人間の視覚認識は不利です。手作業だけで行うと、どれほどの時間がかかるかは想像に難くありません。

ビール瓶の製造工程では、瓶の大きさや外観に欠陥がないか品質検査を行う必要があります。工場によっては1日に何万本ものビール瓶を生産しており、そのすべてを手作業で処理するのは不可能です。

さらに、同じものを長時間見つめ続けると視覚疲労を引き起こし、不良品の発生率上昇や作業効率の低下につながります。それだけでなく、検査のために人員を雇うために多額の費用を費やす必要がある工場もあり、このような後進的な生産方法はもはや現代の生産には適していません。

マシンビジョン技術の使用は、この問題を効果的に解決できます。機械検査は従来の手作業に取って代わり、大規模な検査を迅速に完了できるため、工場の製品生産がスピードアップします。さらに、工場の生産コストが削減され、製品の生産効率が向上します。

要約する

マシンビジョン技術の応用により、工業生産は人間の目の認識の欠陥に制限されなくなり、工業検査の精度と効率が向上し、工業生産はより自動化され、インテリジェントになりました。

マシンビジョンは、人工知能の中で最も広く使用されている分野であり、産業、農業、医療、軍事、航空宇宙、気象学、天文学、輸送、セキュリティ、科学研究など、さまざまな分野に応用できます。マシンビジョンのマルチシナリオアプリケーションの台頭と、そのかけがえのないパフォーマンス上の利点により、兆単位の市場が出現し、業界のすべての関係者が参入を加速しています。