產(chǎn)品、應(yīng)用雙驅(qū)動(dòng)，海伯森智能傳感器延伸工業(yè)智造“感知”

引言：1月12日，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃中明確指出，要瞄準(zhǔn)傳感器、量子信息、網(wǎng)絡(luò)通信、集成電路、關(guān)鍵軟件、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、新材料等戰(zhàn)略性前瞻性領(lǐng)域的發(fā)展。

工業(yè)4.0趨勢(shì)下，智能傳感技術(shù)助力工業(yè)數(shù)字化建設(shè)

數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮席卷全球，隨著“工業(yè)4.0” 、中國(guó)制造2025等戰(zhàn)略部署出臺(tái)，新一輪產(chǎn)業(yè)革命加速推進(jìn)，“智能制造” 已成為新的發(fā)展制高點(diǎn)。其中智能傳感技術(shù)作為提升信息化與工業(yè)化融合的關(guān)鍵技術(shù)之一，是國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展平穩(wěn)運(yùn)行的保障。

智能傳感技術(shù)的應(yīng)用加速下，基于工業(yè)場(chǎng)景的智能化技術(shù)應(yīng)用需求愈加豐富，智能機(jī)器人、智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系已經(jīng)形成。但目前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，人口紅利減少，消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型，結(jié)合傳感技術(shù)延伸了機(jī)器“感知”，生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中通過(guò)機(jī)器降低人工重復(fù)性工作節(jié)省成本，或代替人工從事危險(xiǎn)環(huán)境工作，是數(shù)字化工場(chǎng)的趨勢(shì)。

智能制造領(lǐng)域各行業(yè)的精密檢測(cè)需求

工廠質(zhì)量控制體系就是為滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，而實(shí)時(shí)進(jìn)行的質(zhì)量測(cè)量和監(jiān)督檢查系統(tǒng)。特別是3C產(chǎn)品零部件、半導(dǎo)體元器件、汽車(chē)部件加工制造、鋰電新能源等行業(yè)，外觀質(zhì)量檢測(cè)是極為重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)檢測(cè)方式是由大量的質(zhì)檢人員肉眼完成產(chǎn)品檢測(cè)，而受制于個(gè)體生理差異和主觀判斷，測(cè)量工具不能將結(jié)果及時(shí)數(shù)字化和智能化等，極大程度影響力產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)出速度。因此，在重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)應(yīng)用場(chǎng)景下，比如檢測(cè)芯片高度尺寸、玻璃表面氣隙或涂膠缺陷等，工業(yè)視覺(jué)具備絕佳優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)科學(xué)研究提到人在明視距離25mm時(shí)，肉眼可識(shí)別的物體大小尺寸為0.1mm（約12根亞洲成年人頭發(fā)并排的直徑），所以當(dāng)個(gè)體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者不間斷重復(fù)識(shí)別場(chǎng)景中，識(shí)別的效率就會(huì)大打折扣。在重復(fù)性極強(qiáng)的工業(yè)產(chǎn)線上，人工檢測(cè)很難達(dá)到一致性；尤其是當(dāng)產(chǎn)品零件和材料的精密檢測(cè)很多是以微米甚至是納米級(jí)尺寸為標(biāo)準(zhǔn)且來(lái)料速度較快時(shí)，肉眼完全無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)需求，就必須借助機(jī)器的視覺(jué)去做數(shù)據(jù)的采集分析。

智能制造趨勢(shì)下，3C電子、半導(dǎo)體、鋰電新能源、科研醫(yī)療等領(lǐng)域，視覺(jué)檢測(cè)需求極為龐大。以某 3C 產(chǎn)品供應(yīng)鏈企業(yè)產(chǎn)品外觀檢測(cè)為例，每月人工視覺(jué)檢測(cè)人力成本超過(guò) 200 萬(wàn)，質(zhì)檢人力員工占比占到 20%~40%，且 還存在漏檢等質(zhì)量問(wèn)題（數(shù)據(jù)來(lái)源：【華為-百度】5G-AI智能工業(yè)視覺(jué)白皮書(shū)）。5G+AI 的外觀質(zhì)量檢查方案，依托 AI 深度視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)和 5G 通信技術(shù)進(jìn)行融合，可在復(fù)雜紋理圖像分類(lèi)和背景干 擾的情況下大幅度減少漏檢誤檢，缺陷閥精確可控，同步實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模型高效快速迭代閉環(huán)， 不斷提升現(xiàn)場(chǎng)模型準(zhǔn)確率。

智能傳感技術(shù)為智能制造下機(jī)器視覺(jué)“感知”能力延伸的工具

機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，常用于遍布整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的四類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用：視覺(jué)引導(dǎo)與定位、模式有無(wú)識(shí)別檢測(cè)、 精準(zhǔn)測(cè)量測(cè)距、產(chǎn)品外觀檢測(cè)等。概括的說(shuō)，工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度，主要應(yīng)用在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合。

同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集成，軟件集成，是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

在智能制造感官的視覺(jué)延伸上，國(guó)內(nèi)專(zhuān)注于工業(yè)智能傳感器研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)海伯森，產(chǎn)品線豐富，且技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，在3D視覺(jué)成像、2D圖形檢測(cè)和位置距離測(cè)量等應(yīng)用皆有覆蓋。

一方面，結(jié)合光、機(jī)、電、算、軟技術(shù)應(yīng)用的深度創(chuàng)新，在2D/3D精密檢測(cè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出3D線光譜共焦傳感器、點(diǎn)光譜共焦位移傳感器和激光位移傳感器系列產(chǎn)品；另一方面，其超高速工業(yè)相機(jī)產(chǎn)品，開(kāi)拓了面陣和線陣兩條產(chǎn)品線；而在2D/3D測(cè)距識(shí)別領(lǐng)域，面陣固態(tài)激光雷達(dá)和ToF測(cè)距傳感器系列產(chǎn)品，為工業(yè)機(jī)器人、AGV和無(wú)人機(jī)的應(yīng)用提供助力；除此之外，海伯森的激光對(duì)針傳感器產(chǎn)品HPS-LCB02還可用于工業(yè)視覺(jué)定位。

值得一提的是，2021年發(fā)布的中國(guó)首臺(tái)3D線光譜共焦傳感器HPS-LCF1000，在技術(shù)上，采用光譜共焦原理，解決傳統(tǒng)激光檢測(cè)的難題，能實(shí)現(xiàn)對(duì)透明、反光和吸光材料的高精度檢測(cè)；在應(yīng)用上，結(jié)合自主軟件算法和AI圖像處理，將2D、3D視覺(jué)技術(shù)融合，測(cè)量可同步輸出二維圖形和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；產(chǎn)品性能上，具備2048點(diǎn)/線的分辨率，也實(shí)現(xiàn)了業(yè)內(nèi)最高的35000線/秒的掃描速率。

得益于技術(shù)的先進(jìn)性，海伯森3D線光譜共焦傳感器HPS-LCF系列賦能機(jī)器以極致入微的“視覺(jué)”感知，具有廣闊的市場(chǎng)前景，可以廣泛應(yīng)用在3C電子、半導(dǎo)體、精密工件等材料的檢測(cè)上，在科學(xué)研究、機(jī)器視覺(jué)和智能制造領(lǐng)域上。

機(jī)器本是一個(gè)在感知、思維、效應(yīng)方面全面模擬人的機(jī)器系統(tǒng)，在視覺(jué)“感知”上，裝配了激光、視覺(jué)圖像傳感器的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)精密準(zhǔn)確的視覺(jué)定位、識(shí)別和檢測(cè)。而視覺(jué)識(shí)別更高層面的應(yīng)用是結(jié)合其他“感官”延伸，從而實(shí)現(xiàn)AI的人機(jī)交互。

機(jī)器觸覺(jué)“感知”能力延伸

觸覺(jué)的“感知”讓機(jī)器運(yùn)動(dòng)變得更為柔順，顯得更具人性化，而裝配了末端力控裝置的機(jī)器人，則可以實(shí)現(xiàn)更為安全有效的力控制和防護(hù)。

在目前的工業(yè)界中，大部分裝配生產(chǎn)機(jī)械的應(yīng)用仍在使用傳統(tǒng)的位置控制系統(tǒng)，比較典型的就是通過(guò)機(jī)器視覺(jué)的引導(dǎo)和定位確認(rèn)機(jī)械臂在空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡，來(lái)適應(yīng)外部生產(chǎn)環(huán)境的節(jié)奏。但是在某些應(yīng)用場(chǎng)合中，機(jī)械臂需要實(shí)現(xiàn)與人做物理上交互的安全性或者更為柔順的阻抗控制，因此，既要判斷關(guān)節(jié)的目標(biāo)位置，也需要更加精確地控制施加在末端執(zhí)行器的力，在特定產(chǎn)品精密裝配和打磨拋光應(yīng)用中，比如細(xì)小工件裝配、精密材料抓取或邊緣毛刺打磨等，就必須引入力矩/力控制輸出量，或者將力矩/力作為閉環(huán)反饋量引入控制。

由于機(jī)械臂和工作面的接觸常常是未知的復(fù)雜曲面，因而這種力/力矩的感知，必須是多維的，海伯森六維力傳感器HPS-FT系列可以同時(shí)測(cè)量空間X、Y、Z三個(gè)方向上的力和扭矩，為機(jī)械臂的運(yùn)行提供更為敏銳的觸覺(jué)感知。一般衡量六維力傳感器性能的主要指標(biāo)有，量程、精度、抗過(guò)載能力、數(shù)據(jù)輸出頻率、非線性度、蠕變、遲滯、零漂、溫漂、軸間串?dāng)_和軟件補(bǔ)償算法等，海伯森采用高精度應(yīng)變計(jì)和緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合自主數(shù)據(jù)處理、濾波和解耦算法，可檢測(cè)出最小力0.05N，力矩0.001Mm，工作狀態(tài)中可實(shí)現(xiàn)最高2000Hz的輸出頻率，350%的安全過(guò)載，以及0.5ms的IO急停輸出。

小結(jié)：未來(lái)智能傳感技術(shù)創(chuàng)新面臨的挑戰(zhàn)

建設(shè)數(shù)字化工業(yè)，延伸智能制造“感知”，要依靠信息采集、處理、交換、存儲(chǔ)等能力全面提升，而工業(yè)智能傳感器為工業(yè)信息互聯(lián)提供關(guān)鍵信息及測(cè)量數(shù)據(jù)，地位日益突出。隨著智能制造技術(shù)的廣度和深度需求拓展，智能傳感器更新迭代的速度將不斷加快，這就需要市場(chǎng)主體以更有活力的創(chuàng)新基因，推動(dòng)工業(yè)智能傳感器制造、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新。

雖然，在高端傳感器研發(fā)層面，產(chǎn)品研發(fā)周期長(zhǎng)，一款傳感器產(chǎn)品也需要平均5-10年時(shí)間才能成熟，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)大，但是，如果基于自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)注于目標(biāo)領(lǐng)域業(yè)務(wù)升級(jí)優(yōu)化，未來(lái)依然可期。海伯森就如此，專(zhuān)注研發(fā)的創(chuàng)新和持續(xù)投入。

未來(lái)，智能制造相關(guān)技術(shù)愈加成熟和完善，精密智能和AI傳感技術(shù)為工業(yè)機(jī)器創(chuàng)造“慧眼”，并賦予機(jī)器人“手”引導(dǎo)，延伸智能制造的視覺(jué)和觸覺(jué)“感知”，助力實(shí)現(xiàn)智慧工業(yè)和萬(wàn)物互聯(lián)。

本文關(guān)鍵字:智能制造、機(jī)器視覺(jué)、智能傳感器、機(jī)器觸覺(jué)、工業(yè)4.0