智慧自動化 ─視覺整合在雷射切割機台的應用

摘要：隨著少子化、工資昂貴的趨勢，工業的智慧自動化成為越來越重要的一個課題。配合著智慧感測器及機械手臂，達成原本人類完成的事情，這樣的【智慧製造】將是下一波工業革命的核心。在本文中，我們將以雷射切割機為例，首先介紹目前雷射切割機的一些限制。接著，說明如何配合視覺的智慧感測器後，達成雷射切割機應用的智慧自動化的方法。最後，透過國產控制器品牌的平台，最終完成整合的目標。

Abstract: With the trend of fewer children and higher wages, automation intelligence is becoming more and more important. By using smart sensors and robots to achieve what human could do before, [smart manufacturing] is the core of the next wave of industrial revolution. In this article, the laser cutting machine is used as an example. We will first introduce some present restrictions of the laser cutting machine. Subsequently, how vision sensors can be joined together to reach automation intelligence is illustrated. Finally, by using domestic controller as a platform, all the functions can be integrated.

關鍵詞：智慧製造、智慧型感測器、機器視覺

Keywords：Smart Manufacturing, Smart Sensor, Machine Vision

前言
智慧感測器─相較於傳統的感測器而言，多了訊號處理和通訊的功能，使得感測器的使用不再是單一獨立的個體，而是能將資料與其他系統進行整合，提供更多元化的資訊。在工業界常用的感測器，以用來代替人手觸感的力感測器，以及用來代替人眼的視覺感測器最為熱門，在這邊我們將特別介紹視覺感測器。

視覺感測器顧名思義，是模擬人類的視覺，看到物體的資訊，經過邏輯處理之後，得到最後的結果。常見的業界視覺感測器應用，可分為三大類：定位（alignment）、量測（measurement）、檢測（inspection）。定位指的是當前物體與之前所建立的標準件來比，位置上的偏差。可以透過整個物體進行樣板比對（pattern match），或是提取物體上幾個特殊的特徵點（feature point）來作比對，例如：十字標、L形標記之類的定位點。量測是針對物體的關鍵尺寸進行幾何上的定量確認，像是物體長度、厚度、傾斜角度、面積等等，通常是配合直線偵測（line detection）的功能來達成。而檢測有別於量測是作定量的確認，通常都指的是較不容易作定量描述的工件特性，例如工件的缺陷（defection）、毛邊、破碎邊等等。

視覺感測器通常包含以下元件：相機、鏡頭、光源、調光器、處理單元。其中，根據不同的環境和工件特性，選擇適當的光源和鏡頭後，可以使要看的東西清楚的在相機成像，並透過處理單元的運作，解析所含有工件的影像，最後得到所需要的工件特性。

在本文中，我們將以雷射切割機為例，介紹視覺感測器在工業界所能達成的應用，針對的管材是方管、圓管、橢圓管，尺寸從直徑10 mm ~ 150 mm。第2章首先介紹上料檢查，透過視覺感測器，可以獲得管材工件的形狀和尺寸資訊，避免上錯料，加工時選用錯誤的參數導致撞機的狀況。第3章則介紹加工補償，說明如果透過視覺感測器，可以達成工件水平偏擺的補償、焊道加工的避免，以及管材中心偏擺的補償。第4章將以國產控制器舉例，說明如何將視覺整合到控制器中。最後我們將在第5章做一結論。