質量檢(jian)測技術的發展與演進

日期：2017-06-04

　　質量(liang)檢(jian)(jian)測作(zuo)為(wei)產品質量(liang)保證的關鍵環節，也越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)受到(dao)企業(ye)的重視。質量(liang)檢(jian)(jian)測技術(shu)發(fa)展到(dao)今天，主(zhu)要經歷(li)了人工檢(jian)(jian)測、機器視覺(jue)檢(jian)(jian)測和認知視覺(jue)檢(jian)(jian)測三個階段的發(fa)展。

　　對(dui)于任何企(qi)(qi)業(ye)而言，產品(pin)質量就是(shi)企(qi)(qi)業(ye)的(de)(de)命脈。盡(jin)管(guan)物聯(lian)網(wang)和智能設備已日益普及，但(dan)由此(ci)在工廠(chang)內產生(sheng)的(de)(de)海量數據, 又使得企(qi)(qi)業(ye)的(de)(de)諸多(duo)業(ye)務挑戰問(wen)題始終得不(bu)到(dao)(dao)有效解(jie)決(jue)，質量問(wen)題就是(shi)其中之一。一旦讓(rang)帶(dai)有缺陷的(de)(de)產品(pin)流(liu)向市(shi)場，不(bu)僅是(shi)對(dui)消費者利益的(de)(de)損害，也(ye)是(shi)對(dui)企(qi)(qi)業(ye)品(pin)牌形象的(de)(de)玷污。而質量檢(jian)測作為產品(pin)質量保證的(de)(de)關鍵(jian)環節(jie)，也(ye)越來越受到(dao)(dao)企(qi)(qi)業(ye)的(de)(de)重視。質量檢(jian)測技(ji)術發(fa)展(zhan)到(dao)(dao)今天，主要(yao)經歷了人工檢(jian)測、機器(qi)視覺(jue)檢(jian)測和認知視覺(jue)檢(jian)測三個階段的(de)(de)發(fa)展(zhan)。

1、人(ren)工檢(jian)測

　　自(zi)人類(lei)進(jin)入工業化時代，便有了質(zhi)(zhi)量檢(jian)(jian)測(ce)技術(shu)。第一(yi)代質(zhi)(zhi)量檢(jian)(jian)測(ce)技術(shu)以人工檢(jian)(jian)測(ce)的(de)方法為(wei)主，由(you)作業人員按照一(yi)定的(de)質(zhi)(zhi)量檢(jian)(jian)測(ce)標準(zhun)，通(tong)過(guo)使用檢(jian)(jian)測(ce)工具或(huo)經驗(yan)判斷來完成產品質(zhi)(zhi)量缺陷的(de)檢(jian)(jian)測(ce)。由(you)于人員自(zi)身(shen)技術(shu)水平的(de)限制，存(cun)在檢(jian)(jian)測(ce)產品速度(du)慢、效率(lv)低下、在檢(jian)(jian)查過(guo)程中容易出錯等問題，使得檢(jian)(jian)測(ce)結果(guo)極為(wei)不精確(que)。

　　同時，伴隨著技術的(de)進步、產(chan)品更新換代(dai)(dai)(dai)加快和國際(ji)分(fen)工(gong)(gong)的(de)深(shen)化，現代(dai)(dai)(dai)工(gong)(gong)業生產(chan)中，常(chang)常(chang)涉(she)及到各種各樣的(de)檢查(cha)、測量(liang)和零件(jian)識(shi)別(bie)應用。例如(ru)微小(xiao)尺寸的(de)精確快速(su)測量(liang)、形(xing)狀匹配、顏(yan)色辨識(shi)等(deng)，用人(ren)眼已無法(fa)(fa)識(shi)別(bie)檢測，傳統的(de)人(ren)工(gong)(gong)檢測方(fang)法(fa)(fa)正(zheng)在逐步被新型的(de)檢測方(fang)法(fa)(fa)所取代(dai)(dai)(dai)。

2、機器視覺檢測(ce)

　　第二代(dai)質量(liang)檢(jian)測(ce)方法主(zhu)要是(shi)指機器(qi)視(shi)覺(jue)(jue)檢(jian)測(ce)，該(gai)方法是(shi)伴(ban)隨著機器(qi)視(shi)覺(jue)(jue)技術而(er)發展來的(de)。在20世(shi)紀50年代(dai)，圖像處理成(cheng)為(wei)(wei)機械工(gong)業的(de)一個檢(jian)測(ce)項目(mu)，視(shi)覺(jue)(jue)檢(jian)測(ce)作為(wei)(wei)一項生產檢(jian)測(ce)機制誕生了；在20世(shi)紀60年代(dai)到(dao)70年代(dai)，隨著工(gong)業自動化生產對技術需求的(de)日益(yi)增長，機器(qi)視(shi)覺(jue)(jue)開(kai)始崛起。20世(shi)紀80年代(dai)，機械視(shi)覺(jue)(jue)檢(jian)測(ce)被(bei)應用于(yu)當時方興未艾的(de)半導體(ti)工(gong)業。

　　20世紀(ji)90年代(dai)(dai)，機器(qi)視(shi)覺技術開始在(zai)工(gong)(gong)(gong)(gong)業領域逐步得到(dao)應用(yong)。這是由于(yu)機器(qi)視(shi)覺是一種非接觸的(de)測量方式，在(zai)一些不適于(yu)人(ren)(ren)工(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)業的(de)危險工(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)環境或者人(ren)(ren)工(gong)(gong)(gong)(gong)視(shi)覺難以滿足(zu)要(yao)求(qiu)的(de)場合，常用(yong)機器(qi)視(shi)覺來替代(dai)(dai)人(ren)(ren)工(gong)(gong)(gong)(gong)視(shi)覺。同時，在(zai)大批量重復(fu)性工(gong)(gong)(gong)(gong)業生(sheng)產過程(cheng)中，用(yong)機器(qi)視(shi)覺檢(jian)測方法可以大大提高生(sheng)產的(de)效率和自動化程(cheng)度。

　　機(ji)器視(shi)覺(jue)定(ding)(ding)位檢測可(ke)分為兩個步(bu)驟，一(yi)是(shi)制作標準模板，二(er)是(shi)搜(sou)(sou)索(suo)。機(ji)器視(shi)覺(jue)定(ding)(ding)位系(xi)統(tong)采用先進(jin)(jin)的(de)圖(tu)(tu)像(xiang)視(shi)覺(jue)檢測技術，實現對高(gao)速運動的(de)工(gong)業(ye)產(chan)品進(jin)(jin)行實時全面的(de)時間檢測定(ding)(ding)位分析。當系(xi)統(tong)設備一(yi)臺高(gao)性能彩色數字攝像(xiang)機(ji)，攝像(xiang)機(ji)采集工(gong)業(ye)品圖(tu)(tu)像(xiang)，并將圖(tu)(tu)像(xiang)數據傳送到圖(tu)(tu)像(xiang)處理系(xi)統(tong)時，圖(tu)(tu)像(xiang)處理系(xi)統(tong)對每幅圖(tu)(tu)像(xiang)進(jin)(jin)行匹配搜(sou)(sou)索(suo)，準確定(ding)(ding)位出(chu)產(chan)品的(de)位置和方向(xiang)，控制機(ji)械手臂等自動化裝備。

　　例如，SMT首件檢測儀(yi)，通過掃描需(xu)要檢測(ce)的(de)(de)SMT貼(tie)(tie)片(pian)(pian)(pian)首件(jian)PCB，智能框獲取(qu)PCB實物(wu)(wu)掃描圖片(pian)(pian)(pian)，導(dao)入(ru)BOM清單和(he)(he)PCB元(yuan)件(jian)貼(tie)(tie)片(pian)(pian)(pian)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)。軟件(jian)對(dui)(dui)(dui)PCB圖片(pian)(pian)(pian)、BOM、坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)進行(xing)智能合成和(he)(he)智能全(quan)局坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)校準(zhun)，使得(de)元(yuan)件(jian)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)、BOM與圖片(pian)(pian)(pian)實物(wu)(wu)元(yuan)件(jian)位(wei)置(zhi)逐一對(dui)(dui)(dui)應(ying)。通過導(dao)航(hang)測(ce)量目標(biao)，LCR讀取(qu)數據自(zi)動(dong)(dong)對(dui)(dui)(dui)應(ying)相應(ying)位(wei)置(zhi)并進行(xing)自(zi)動(dong)(dong)判斷(duan)檢測(ce)結果。杜絕誤(wu)測(ce)和(he)(he)漏測(ce)，并自(zi)動(dong)(dong)生成測(ce)試報表存于數據庫。 經(jing)過對(dui)(dui)(dui)軟件(jian)不(bu)斷(duan)升級和(he)(he)完善，系(xi)統還可應(ying)用于貼(tie)(tie)片(pian)(pian)(pian)漏件(jian)補(bu)料和(he)(he)實現坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)儀功(gong)能預先為需(xu)貼(tie)(tie)片(pian)(pian)(pian)的(de)(de)PCB獲取(qu)貼(tie)(tie)片(pian)(pian)(pian)元(yuan)件(jian)位(wei)置(zhi)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)。SMT自動接料機、全(quan)(quan)自(zi)動(dong)(dong)點料機，通過軟硬件結合，利(li)用機器視覺檢測技(ji)術的(de)定位功能，能夠自(zi)動(dong)(dong)判斷物體的(de)位置，并(bing)將位置信息(xi)通過一(yi)定的(de)通訊(xun)協(xie)議輸(shu)出，此(ci)功能多用于自(zi)動(dong)(dong)組裝(zhuang)、自(zi)動(dong)(dong)焊接、自(zi)動(dong)(dong)包裝(zhuang)、自(zi)動(dong)(dong)罐裝(zhuang)、自(zi)動(dong)(dong)噴涂等(deng)全(quan)(quan)自(zi)動(dong)(dong)裝(zhuang)配和(he)生產。

3、認知視(shi)覺檢測

　　盡管(guan)機(ji)(ji)器(qi)視(shi)覺檢測方法在應(ying)用層面上得到了(le)快速發(fa)展，但機(ji)(ji)器(qi)視(shi)覺檢測的穩定性較(jiao)差，容易(yi)受到環境等(deng)客觀因素的影響，實際應(ying)用中(zhong)往往會達不到理論上的效果，一些產品(pin)如果缺(que)陷(xian)種類較(jiao)多，還需要多次(ci)檢測。此外，受限(xian)于(yu)軟硬(ying)件(jian)技術水平和算(suan)法的發(fa)展，第二代機(ji)(ji)器(qi)視(shi)覺技術并不具備(bei)人(ren)類的視(shi)覺理解能力，更多是基于(yu)固定規則。

　　認知視(shi)覺檢測方(fang)法，即第三代檢測方(fang)法，有(you)望打破(po)固定規則，實現對于非(fei)預(yu)期缺陷的識別。在這一領(ling)域，IBM于2017年(nian)推出了認知視(shi)覺檢測方(fang)法，該方(fang)法源于IBM Watson技(ji)(ji)術(shu)平臺(tai)，融入了工業機器(qi)人控制(zhi)技(ji)(ji)術(shu)、工業照相技(ji)(ji)術(shu)、計算機視(shi)覺技(ji)(ji)術(shu)和(he)基于深度神經網絡(luo)的機器(qi)學習技(ji)(ji)術(shu)，代表了當下最新的檢測技(ji)(ji)術(shu)，能有(you)效(xiao)幫(bang)助制(zhi)造企業。

　　尤(you)其(qi)在電(dian)子(zi)行業，現階段很多制造企業的(de)前端流程(cheng)和(he)(he)自動化程(cheng)度都比較高(gao)，但后(hou)端質檢(jian)(jian)環節還在采(cai)用人(ren)工檢(jian)(jian)測的(de)方法(fa)，采(cai)用IBM的(de)認知(zhi)視覺檢(jian)(jian)測方法(fa)，通過事(shi)先預(yu)定好缺陷(xian)類(lei)型，然后(hou)基于(yu)編(bian)程(cheng)算(suan)法(fa)來(lai)定義和(he)(he)查(cha)找(zhao)，大(da)大(da)精簡了(le)其(qi)裝配(pei)線的(de)檢(jian)(jian)驗流程(cheng)。

　　值得一提的是，有(you)別于機(ji)器視覺(jue)檢(jian)測方(fang)法(fa)，IBM的認知視覺(jue)檢(jian)測方(fang)法(fa)是一個智(zhi)能系統——基于深度神經網(wang)絡的機(ji)器學習技術，可(ke)以不斷自我學習缺陷類(lei)型，通過機(ji)器學習的方(fang)式(shi)不斷自我優化，完(wan)善缺陷類(lei)型的數據庫，實(shi)現對非預期缺陷的精準(zhun)檢(jian)測。同(tong)時(shi)，該方(fang)法(fa)在擁有(you)足夠信息(xi)時(shi)，還(huan)可(ke)以檢(jian)測某些缺陷模式(shi)給出預警。

　　筆(bi)者認為(wei)，認知機器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)檢測方(fang)法還是(shi)很有發展前景的(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為(wei)它解決了(le)機器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)檢測方(fang)法的(de)(de)(de)(de)(de)不穩定性。同時，也(ye)避免了(le)人工檢測方(fang)法的(de)(de)(de)(de)(de)低效率和人為(wei)出(chu)錯。對于制(zhi)造(zao)企業(ye)而言，質量檢測最(zui)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)受(shou)控，企業(ye)可以接(jie)受(shou)有個別特殊的(de)(de)(de)(de)(de)、未(wei)發現過的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)遺漏，但必(bi)須知道那些經(jing)常發生的(de)(de)(de)(de)(de)、不可接(jie)受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)是(shi)一定能(neng)被檢測出(chu)來的(de)(de)(de)(de)(de)。長遠來看(kan)，如(ru)果認知機器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)檢測足夠(gou)智能(neng)，終將會(hui)(hui)取代人工檢測方(fang)法，因(yin)為(wei)對于制(zhi)造(zao)企業(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)質量控制(zhi)，認知機器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)檢測技術會(hui)(hui)比人更可靠(kao)。