對(duì)于3D視覺檢測(cè)，很難說，究竟是底層技術(shù)的突破支撐了應(yīng)用需求的創(chuàng)新，還是應(yīng)用場(chǎng)景的轉(zhuǎn)變推動(dòng)了關(guān)鍵技術(shù)的變革。但可以確定的是，3D檢測(cè)是目前機(jī)視覺研究應(yīng)用的方向之一，從物件/條碼辨識(shí)、產(chǎn)品檢測(cè)、外觀尺寸量測(cè)到機(jī)械手臂/傳動(dòng)設(shè)備定位，都是3D視覺檢測(cè)技術(shù)可以發(fā)揮的舞臺(tái)。

打破2D視覺技術(shù)局限

3D視覺技術(shù)是相對(duì)于2D視覺技術(shù)而言的，在可靠性及精度等方面，具有諸多2D視覺技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

2D視覺技術(shù)通過相機(jī)拍攝平面照片，然后進(jìn)行圖像分析，識(shí)別比對(duì)平面上的物體特征信息，由于其不能獲得對(duì)象的空間坐標(biāo)信息，因此不能滿足任何與高度信息關(guān)聯(lián)的檢測(cè)需求。3D視覺檢測(cè)技術(shù)能夠識(shí)別物體的空間立體位置和表面信息，被測(cè)物體可以在傳感器的有效測(cè)量范圍內(nèi)任意移動(dòng)或擺放，這大大拓展了3D視覺技術(shù)的檢測(cè)維度，延伸出許多基于高度差信息的應(yīng)用場(chǎng)景，例如物體平直度，表面角度和體積等，使用范圍更廣。

在檢測(cè)精度方面，3D視覺技術(shù)也更勝一籌。2D視覺檢測(cè)依賴于被測(cè)物體表面的對(duì)比度，如果不能滿足特定光照條件,如照射角度、波長等，則無法準(zhǔn)確地從圖像背景中提取出相關(guān)特征，導(dǎo)致可靠性和測(cè)量精度都無法得到保證。而且，2D視覺根本無法檢測(cè)黑色背景上的黑色物體。

“3D視覺相對(duì)2D視覺檢測(cè)而言，對(duì)外界光的干擾不很敏感。”西克中國高級(jí)視覺業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理鄭平易指出，由于3D視覺檢測(cè)技術(shù)是使用結(jié)構(gòu)光三角測(cè)量原理，將特定波長的激光圖案投射到物體表面。圖像中的前景是被物體表面形狀調(diào)制后的激光圖案，圖像對(duì)比度是恒定的，只取決于物體表面材質(zhì)的反光能力，不易受環(huán)境光變化影響，從而保證測(cè)量精度。

值得一提的是，3D傳感器中的所有組件都被牢固地安裝在單個(gè)光機(jī)械組件上，提供深度測(cè)量信息，能夠糾正物體移動(dòng)誤差，從而簡化物體固定要求，這進(jìn)一步鞏固了其在測(cè)量穩(wěn)定性和精度上的優(yōu)勢(shì)。除此之外，在靈活性、實(shí)用性和速度方面，3D視覺與2D視覺相比也有較大的優(yōu)勢(shì)。

拓展延伸更多應(yīng)用場(chǎng)景

對(duì)于用戶來說，以2D視覺技術(shù)為手段的檢測(cè)應(yīng)用以平面需求為主，3D視覺技術(shù)的發(fā)展則為檢測(cè)應(yīng)用找到新的切入點(diǎn)，延伸出很多新的應(yīng)用方向。

早在2017年，鋰電、半導(dǎo)體、光伏等新興行業(yè)就出現(xiàn)了對(duì)3D視覺技術(shù)的迫切需求，其中以測(cè)量、定位、識(shí)別和缺陷檢測(cè)為主。

以電子器件的涂膠檢測(cè)為例，最早業(yè)內(nèi)是通過2D視覺技術(shù)檢測(cè)涂膠寬度來判斷是否存在異膠、漏膠的現(xiàn)象，但是少膠的狀況往往被忽略掉。如果只涂了薄薄的一層膠，寬度合格，2D視覺技術(shù)會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)正常品，但是厚度不足的話不一定能確保膠的粘性。在3D視覺技術(shù)出現(xiàn)之后，涂膠檢測(cè)的需求就發(fā)展為不僅要檢測(cè)涂膠寬度，同時(shí)還要檢膠體體積，這大大提高了涂膠行業(yè)的產(chǎn)品合格率。

對(duì)于一些傳統(tǒng)行業(yè)，隨著工業(yè)4.0的到來，工業(yè)生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)的要求日益提高，3D機(jī)器視覺也開始發(fā)揮更加廣泛的作用。這其中，比較有代表性的有鋼鐵、汽車、輪胎等行業(yè)。

在鋼鐵行業(yè)，3D視覺檢測(cè)主要用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)中視覺定級(jí)、尺寸檢測(cè)、識(shí)別防錯(cuò)、定位引導(dǎo)等方面。其中，在鋼材成型出廠前，需要對(duì)型材進(jìn)行全尺寸輪廓檢測(cè)、鋼坯平面度檢測(cè)等，使用3D相機(jī)可以更高效地解決生產(chǎn)線上高速裁剪、多種類柔性線兼容問題，替代人工，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線全檢。

在軌道交通領(lǐng)域，3D視覺技術(shù)催生了隧道表面安全檢測(cè)的發(fā)展。隧洞表面的物體脫落是交通安全的一大隱患，但由于隧洞本身是弧形的，表面脫落物難以通過傳統(tǒng)技術(shù)檢測(cè)，3D輪廓檢測(cè)通過一次掃描可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)平整度，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)判斷，大大提高隧道出行的安全性。

此外，最近幾年，利用3D視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人引導(dǎo)、抓取、搬運(yùn)類的應(yīng)用也非常廣泛，3D視覺技術(shù)在汽車、機(jī)械制造、機(jī)床加工等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用潛力。

結(jié)合2D與3D檢測(cè)新技術(shù)

盡管3D技術(shù)已被證明可用于諸多質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用中，但許多企業(yè)仍然僅依靠2D機(jī)器視覺來實(shí)現(xiàn)其質(zhì)量控制流程，其主要還是受限于3D視覺技術(shù)在精度和速度方面帶來的缺失，以及相對(duì)較高的成本。如此一來，將3D激光探測(cè)器的基本功能與2D視覺傳感器進(jìn)行結(jié)合就成為了未來視覺檢測(cè)技術(shù)的一大發(fā)展方向。

在一些應(yīng)用場(chǎng)合，當(dāng)3D視覺技術(shù)不能解決所有問題時(shí)，就需要建立一個(gè)2D的項(xiàng)目，在其成熟功能上通過3D視覺添加描述形狀的數(shù)據(jù)，這種2D疊加3D的組合方式可以為某些應(yīng)用提供有益補(bǔ)充。

比如在實(shí)際分揀作業(yè)中，應(yīng)用3D技術(shù)結(jié)合2D檢查功能，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)分揀機(jī)上是否有包裹，包裹是否超出邊界，空車檢測(cè)，以及是否有遺留物品。與傳統(tǒng)方法不同，系統(tǒng)可以生成準(zhǔn)確的三維和二維信息，無需編碼器或復(fù)雜的校準(zhǔn)，因此擁有更高的檢測(cè)率，并可輸出詳細(xì)數(shù)據(jù)以便跟蹤系統(tǒng)性能和健康狀態(tài)。

不難發(fā)現(xiàn)，在自動(dòng)化工業(yè)質(zhì)量控制和檢測(cè)領(lǐng)域，2D和3D技術(shù)相互結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)對(duì)用戶創(chuàng)建更可靠、高效的機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)非常有意義。

深度學(xué)習(xí)助益缺陷檢測(cè)

結(jié)合深度學(xué)習(xí)進(jìn)行工業(yè)視覺檢測(cè)也是目前3D視覺技術(shù)新的發(fā)展趨勢(shì)。

深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的領(lǐng)域之一，它使計(jì)算機(jī)通過處理數(shù)據(jù)來模仿人類大腦的工作方式進(jìn)行決策，結(jié)合工業(yè)視覺，就是讓視覺系統(tǒng)能夠通過大量樣品進(jìn)行訓(xùn)練從而進(jìn)行更加精確的檢測(cè)判斷，結(jié)合深度學(xué)習(xí)的3D視覺技術(shù)在缺陷檢測(cè)應(yīng)用中獲得了廣泛認(rèn)可。

以半導(dǎo)體行業(yè)為例，電子元器件雖然體積小，但其承載的功能卻都十分重要，任何瑕疵都可能導(dǎo)致整個(gè)半導(dǎo)體芯片無法使用。不但刮擦、纏繞、彎曲等比較嚴(yán)重的缺陷會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，即使最表淺的缺陷也是芯片的極小誤差容限所不能接受的。這就需要更加嚴(yán)格的質(zhì)量管理和缺陷探測(cè)要求。

如果將這么多缺陷類型直接編程到軟件算法中，檢測(cè)效率其實(shí)是非常低下的。基于深度學(xué)習(xí)的圖像分析軟件，可以幫助通過軟件的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)歸納概括芯片的正常外觀，識(shí)別異常特征，然后將缺失、損壞或者磨損的組件標(biāo)記為缺陷，助力制造商提高成品率。

此外，在汽車、電子、包裝、軍民融合等行業(yè)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)的視覺缺陷檢測(cè)也大施拳腳，實(shí)現(xiàn)了包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、缸體、凸輪軸、手機(jī)重要零部件、IC插件外觀檢測(cè)、連接器、軍民融合產(chǎn)品和包裝的外觀缺陷檢測(cè)。

“一個(gè)好的技術(shù)或者一個(gè)成功的產(chǎn)品能否最終推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中間存在巨大的鴻溝，只有不斷提供創(chuàng)新、實(shí)用的解決方案，不斷滿足市場(chǎng)應(yīng)用的需求，才能降低成本，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)?！北っ艘曈X技術(shù)產(chǎn)品經(jīng)理陳田感觸頗深，他說，堡盟非?？春?D視覺技術(shù)的發(fā)展，將繼續(xù)跟進(jìn)檢測(cè)應(yīng)用需求，為客戶提供高性價(jià)比的解決方案，和行業(yè)用戶一起推動(dòng)制造業(yè)的智能升級(jí)。(張   蘭  )