為智慧製造打開新“視”界

為智慧製造打開新“視”界

隨著社會的發展和進步，機器視覺也逐漸發展完善。機器視覺是一種新穎且實用的科學技術，對於人類來說，視覺生而有之，毫不費力，但是讓機器也擁有視覺，並且提升機器的總體性能是一項充滿挑戰的工作。機器視覺廣泛應用於自動化生產設備，不僅可以提高生產效率，提高產品品質，還可以降低生產成本。

機器視覺通常指的是機器（一般是電腦）自動獲取感興趣的圖像，然後對圖像進行處理，在獲取抽象資訊後，採取進一步“動作”的過程。通俗的說，機器視覺就是讓機器擁有“看”的能力，使得機器能夠認識和看懂所要看的東西，並且能夠確定它所見的目標的位置。通過攝像機和計算機等，讓機器擁有自動對目標進行測量、識別等功能並加以判斷。機器視覺的系統構成如右圖所示：

機器視覺的工作流程
在設定光源的照射下，場景內的物體通過成像設備生成原始的數位圖像，並輸送到計算機系統中；然後圖像在計算機中進行計算，完成圖像的預處理；到這裡，圖像的品質已經得到了一定的改善，接下來電腦會從品質較好的圖像中提取特徵，構成了對原始圖像的抽象描述；最後，電腦對抽象特徵運用模式識別技術，得到更高層次的抽象描述。期間的影像處理過程，可以通過顯示器展現出，另外，計算機還可以根據影像處理結果對工作過程進行調整。機器視覺的組成分為圖像獲取部分、圖像分析和處理、圖像的顯示和輸出部分。在圖像獲取部分中，大多數機器視覺系統採用圖像感測器檢測圖像，作用是將圖像資訊轉換成數位信號；在圖像分析和處理部分，一般都是通過電腦對圖像的數位信號進行處理，提取圖像的各種特徵值，根據特徵值進行模式識別、座標計算等處理；在圖像顯示和輸出部分，電腦根據計算結果輸出圖像或者資料，在執行部件的配合下進行各種調整，實現自動化流程。機器視覺系統主要模組如圖所示：

目前機器視覺技術在雷射切割、雷射焊接、雷射打標、雷射微加工等高精密加工領域中應用最為普遍。而機器視覺技術在雷射打標的應用，特別是在半導體和電子行業中應用較多，例如在各種進行批量生產的技術和設備、各種晶片生產技術和設備、各種電子類產品的生產加工設備。往往在電子類產品中需要進行打標的產品面積越來越小，精度要求也越來越高。其中具有代表性的是微電子技術中的IC（積體電路）技術，其集成度越來越高、速度越來越快、體積越來越小，貼片式器件逐步發展成IC的主流產品，其外觀特點是小型化。

比如雷射打標機在半導體工業方面的應用，主要是IC晶片表面打標，將廠家、型號、生產批次、二維碼等資訊標記到IC晶片表面。

（某家半導體晶片公司生產晶片，打標器件組外形尺寸為360mm*90mm，其中有16組晶片，每組含9 8 個獨立晶片， 也就是說， 整個器件組中總共有1568個晶片，每個獨立晶片尺寸僅僅3mm*2mm）

那麼配有機器視覺的雷射打標機就針對這個尺度的器件進行工作，目的是在每一個獨立小晶片的表面標記二維碼和型號等資訊，要求標記清晰，位置正確，而且不能歪斜。如不採用機器視覺，可能會出現機械誤差從而很難全部標記到合適位置；採用機器視覺不但能夠清晰的將信息標記到晶片表面，還可以精準標刻、防重複、多個產品一次定位元，還具有動態適應性，能夠自動修正晶片方位誤差，保證打標精度。在雷射打標設備中應用機器視覺，不僅能夠提升設備的檔次，更能提高打標
速度。

一種薄板切割方式
雷射切割是利用經聚焦的高功率密度雷射光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、氣化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開，其屬於熱切割方法之一。

光纖雷射器切割時會放出大量的能量（主要為熱能），這些能量主要可分為三部分，其一為本征光纖損耗，影響因素主要是光的吸收和光的散射；其二用於對切割面金屬的加熱熔化；其三則為多餘的熱量，這部分的熱量累積就容易導致切割表面發生發黑的現象，嚴重時還會導致過熔等不良情況。

發黑的原因分析
在切割功率、切割速度等工藝都已經調試好的情況下，切割產品仍出現發黑的現象可能是：
1. 熔渣無法及時排出，尤其是在待切割金屬與支撐的接觸面上；
2. 多餘的熱量未能及時匯出從而產生黑邊。

薄板切割難點分析
目前市場上雷射切割機主要針對於有一定厚度的板材， 而對於薄板的切割效果較差。根據熱傳導公式

可知，（ Q：熱量，△T：溫差，λ：導熱係數， S：面積，L：厚度，q：單位面積熱流密度），隨著板的厚度下降，而△T·λ·S 保持不變， 所以Q隨之增大，即q 單位元面積熱流密度更大，單位時間內傳熱的效率更高，因此切割成品中若出現發黑的現象不是由多餘的熱量所導致的。

增大氣壓可大大減少熔渣吸附在切口表面的情況，但在板材較薄、尺寸較大時，增大氣壓會使板材產生劇烈抖動， 影響切割精度，因此傳統切割方式需要在板材下面增加大量支撐，而雷射切割到板材與支撐接觸的位置會使板材發黑、粘連，從而影響切割品質。

針對上述問題，我們給出的創新方案是採用多組升降支撐機構，當切割到對應區域時，支撐可以單獨下降避開切割路徑，既有效減少切割時表面產生發黑現象，又可避免切割時板材劇烈抖動，這樣就能同時提高切割表面的品質和精度。

升降支撐機構核心結構介紹
1. 採用兩邊分段式整體壓緊裝置， 壓緊裝置設置在直線導軌上，寬度可任意調整，可通過調整壓緊寬度適應不同的板材；
2. 切割位置設有12 組可升降支撐切割到對應區域時支撐可下降，提高切割表面品質。

運動過程簡述
將待切割的薄板置於吸盤之上，啟動吸盤的開關，薄板在吸力的作用下與吸盤完全貼合，隨後利用壓板將薄板固定住，吸盤下移，夾具帶動薄板前移到升降支撐機構上完成切割動作。