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用於高級自動化的新型智慧相機

2017 年 11 月 21 日——工業 4.0，無論是被稱為智能工廠還是工業物聯網 (IIoT)，長期以來提供的概念性想法多於可實現的解決方案，至少從外部觀察者的角度來看是這樣。

然而，對於那些參與高級自動化的人來說，工廠變得更加智慧、互聯和自主，工業 4.0 已成為日常現實。新一代智慧相機正在充當這些工廠的眼睛，幫助將牽強附會的工業 4.0 概念轉變為實用的解決方案，並在全球任何地方的數據監控、分析和控制方面取得切實改進。

智慧相機於 1980 年代首次推出，將鏡頭、感測器、處理器、接口和軟體結合在一起，形成小型一體化視覺系統。除了價格低廉外，它們的主要優勢是具有板載計算能力，無需連接主機即可獨立解決視覺任務。緊湊的外形還使智慧相機易於安裝在狹小空間或改裝到現有流程中。由於它們的運動零件很少並且不會產生高溫，因此維護成本保持在較低水平。智慧相機系統通常還提供圖形用戶介面，用於開發機器視覺檢測程序，幾乎不需要編程。集成快速 CPU 的智慧相機甚至可以允許使用專為基於 PC 的系統設計的現成軟體包。

直到 2000 年代後期，智慧相機主要以低端處理器為特色，並被佈署用於單一用途的應用程序，例如條碼讀取、通過/不通過決策、OCR 或計數。管理複雜算法的困難意味著需要快速分析的複雜圖像或操作遠遠超出了它們的範圍。然而，隨著處理的改進，智能相機開始在包括裝配驗證、一維和二維條碼檢測以及機器人引導在內的應用中與基於 PC 的系統競爭。

處理能力長期以來一直是智能相機的問題，促使許多客戶問「為什麼不採用更大的處理器？」簡單地說，更大的處理器和 FPGA 意味著更大的相機。更大的感測器同樣適用於提高圖像解析度。兩者都擊敗了智能相機的主要優勢之一 —— 其緊湊的尺寸。此外，更大的處理器需要額外的功耗，從而導致更高的散熱。使用風扇不是解決辦法，因為它會帶來機械故障的可能性。風扇還會引起振動，從而影響測量。因此，系統整合商繼續依賴傳統的基於 PC 的相機來實現高速、複雜的應用，將智慧相機用於低端、單一用途的應用，或者他們只是簡單地添加更多的智慧相機來獲得更大的功率，

滿足工業 4.0 的需求需要新型智能相機，它結合了數百萬像素的分辨率和與基於 PC 的系統相當的速度，但沒有與龐大的處理器或感測器相關的尺寸、熱量和功率缺陷。易於使用的開源軟體是快速成功開發的必要條件。此外，由於網路連接是定義工業 4.0 計劃成功的關鍵因素，因此智能智慧相機必須圍繞機器視覺標準構建，例如 Camera Link、GigE Vision、CoaXPress 或 USB3。此外，它還應具有工業級 IP67 外殼，以承受工業環境中常見的惡劣化學品、振動、潮濕、極端溫度、灰塵和其他污染物。

更好、更快、更強
在工業 4.0 環境中，智慧相機必須能夠與工業價值創造過程中，涉及的組件和系統以及工廠網路和互聯網連接。以太網將智慧相機連接到根據提供的資訊採取行動的自動化設備，無需任何人工干預即可立即執行所需的操作。這些智慧相機不再是檢測缺陷的被動工具，而是成為提取工具，採用大數據風格的統計和數據科學技術，從圖像中獲取洞察力並將其應用於整個企業。

例如，透過使用數據分析和智慧相機，工廠經理能夠在維護人員發現問題之前確定設備何時發生故障。這些系統感知警告信號，使用數據創建維護時間表，並在故障開始前搶先維修設備。或者考慮使用智慧相機在生產過程的每個階段（從供應商的位置開始）獲取模製塑料部件的圖像。零件的圖像可以與存儲在雲中的數千個其他圖像進行比較，以確定相關性和趨勢，或者可以將它們與來自其他連接設備的感測器的數據相結合，以深入了解每個步驟和變量如何影響最終產品。

生產遊戲規則的改變者
展望未來，處理能力的提高以及軟體的進步，將有助於克服智慧相機的一個明顯缺點 —— 靈活性 —— 並擴大智慧相機應用的範圍。預計工業、製藥、食品和飲料、監控和其他行業都將為智慧相機提供健康的成長速度。

特別是對於工業 4.0，智慧相機製造商必須努力適應自動化中使用的一系列工業網路標準，以便他們的相機能夠跨所有工業協議和標準離散 I/O 進行通信。如今，工廠協議可以直接整合到某些相機上，但以太網/IP 和 PROFINET 等新興協議可能需要第三方轉換器。

雖然目前對於如何應對工業 4.0 帶來的挑戰存在不同觀點，但每個人都同意的一件事是，智慧相機將在其開發和採用過程中，發揮改變遊戲規則的作用。生產線上的任何其他組件都無法比智慧相機捕獲更多資訊 —— 評估產品、標記缺陷並收集數據，將其轉化為可操作的資訊和洞察力，從而推動可衡量的性能改進。