Regarder haut et voyager loin : la vision artificielle est largement utilisée dans le secteur industriel

La vision industrielle est l'une des technologies clés de l'automatisation et de l'intelligentisation industrielles. Grâce à l'imagerie optique, aux algorithmes de traitement d'images et à l'analyse par IA, elle simule la vision humaine pour identifier, mesurer, détecter et localiser des objets dans des environnements industriels. Elle offre des avantages tels qu'une haute précision, une grande cadence, un fonctionnement continu 24h/24 et 7j/7 et de solides capacités anti-interférences. Dans le secteur industriel, la vision industrielle a imprégné l'ensemble du processus de production. Les principaux scénarios d'application suivants sont détaillés :

1. Contrôle qualité et détection des défauts

L'inspection qualité est le domaine d'application industriel le plus abouti de la vision industrielle. Elle couvre la détection des défauts tout au long de la chaîne d'approvisionnement, des matières premières aux produits finis, remplaçant ainsi l'inspection visuelle manuelle traditionnelle et améliorant considérablement la précision et l'efficacité.

1. Fabrication électronique : détection précise des défauts des composants

Inspection des circuits imprimés (défauts de soudure, courts-circuits, composants manquants), des puces semi-conductrices (rayures, fissures, anomalies de circuit) et des écrans (pixels morts, fuites de lumière, rayures). Des caméras industrielles haute résolution (12 mégapixels ou plus), combinées à des sources lumineuses annulaires ou coaxiales, utilisent des algorithmes de traitement d'image (détection des contours, analyse des niveaux de gris, etc.) pour identifier les défauts les plus infimes. Les modèles d'apprentissage profond peuvent apprendre de manière autonome les caractéristiques des défauts, atteignant une précision de plus de 99 % dans l'identification des nouveaux défauts.

Étude de cas : Une usine d'écrans de téléphones portables a introduit une ligne d'inspection par vision artificielle, augmentant la vitesse d'inspection de 30 pièces/heure (un processus manuel) à 800 pièces/heure et réduisant le taux de détection manquée de 5 % à 0,1 %.

II. Assemblage automatisé et positionnement de précision

Sur les lignes de production automatisées, la vision industrielle permet de guider les bras ou équipements robotisés pour réaliser un assemblage de haute précision, remédiant ainsi au manque d'efficacité et aux erreurs importantes liées à l'assemblage manuel. Elle est particulièrement adaptée à l'assemblage de pièces minuscules ou de structures complexes.

1. Industrie 3C : Assemblage de micro-pièces

Applications : Assemblage de modules de caméra de téléphone portable (l'erreur d'alignement des objectifs, des capteurs et des moteurs doit être prise en compte).≤5mm), installation des touches du clavier de l'ordinateur portable et alignement des broches du connecteur. Principe technique : Grâce à la vision binoculaire ou à l'imagerie 3D à lumière structurée, les coordonnées 3D des pièces sont acquises, les écarts de position d'assemblage sont calculés en temps réel et des signaux de compensation sont envoyés au bras robotisé, réalisant ainsi un contrôle « vision-mouvement » en boucle fermée.

Un fabricant de modules de caméra utilise la vision artificielle pour guider sa chaîne de montage, réduisant le temps d'alignement des objectifs et des capteurs de 15 secondes par unité (requis manuellement) à 2 secondes par unité, et augmentant le rendement d'assemblage de 82 % à 99,5 %.

2. Fabrication automobile : positionnement des composants d'assemblage

Boulonnage et positionnement de blocs moteurs et de culasses, alignement de vitres et de carrosseries automobiles et connexion automatisée de connecteurs et d'interfaces de faisceaux de câbles.

Avantages : Il peut s'adapter aux déformations mineures des pièces causées par des erreurs d'usinage, obtenant ainsi une précision de positionnement de±0,02 mm, plus de 25 fois supérieur au positionnement manuel (±(précision de 0,5 mm).

3. Guidage et navigation des robots industriels

La vision artificielle fournit aux robots industriels des « yeux », leur permettant d'identifier de manière autonome leur environnement et de planifier des trajectoires, en s'adaptant aux exigences de production flexibles (telles que la production à grande variété et à faible volume).

1. Guidage du robot de soudage

Soudage de châssis automobile (la position du cordon de soudure peut varier selon±1 mm en raison des tolérances des composants) et soudage de structures en acier (identification complexe de la trajectoire du cordon de soudure).

Un capteur de profil laser scanne la surface de soudure et génère un nuage de points 3D. Un algorithme extrait la trajectoire centrale du cordon de soudure et corrige la trajectoire de soudage du robot en temps réel, garantissant ainsi une erreur de position relative de≤0,3 mm entre la torche de soudage et le cordon de soudure.

2. Navigation AGV (véhicule à guidage automatique)

Manutention de matériaux dans les usines (comme le transfert de pièces automobiles des entrepôts vers les lignes de production) et la connexion entre les étagères et les AGV dans la logistique d'entrepôt.

En utilisant la reconnaissance de codes QR au sol, le SLAM visuel (localisation et cartographie simultanées) ou des repères visuels (tels que des réflecteurs) pour le positionnement, les AGV permettent une navigation au centimètre près, offrant une plus grande flexibilité que la navigation magnétique traditionnelle (permettant des changements d'itinéraire rapides).

IV. Logistique et automatisation des entrepôts

Dans la logistique industrielle, la vision industrielle permet un tri rapide, une palettisation et une traçabilité des informations des marchandises, ce qui en fait une technologie essentielle pour l'entreposage intelligent.

1. Tri intelligent et reconnaissance de codes-barres

Tri de colis dans les entrepôts de commerce électronique (reconnaissance des codes-barres/codes QR sur les étiquettes d'expédition et leur attribution aux zones correspondantes) et entreposage de pièces industrielles (reconnaissance des numéros de pièces et automatisation de la livraison entrante et sortante).

Caméras à balayage linéaire à grande vitesse (fréquence d'images≥500 ips) combinés à des algorithmes de reconnaissance d'image peuvent rapidement décoder les images floues et inclinées (±30°) codes-barres à une vitesse de convoyeur de 1,5 m/s, avec un taux de reconnaissance de 99,9 %.

2. Palettisation et dépalettisation non ordonnées

L'empilage désordonné de cartons et de pièces métalliques (comme l'empilage automatisé de cartons de rotation logistique) et la dépalettisation de matières premières (comme des tôles et des tuyaux) sont effectués en ligne.

Les capteurs de vision 3D (tels que les caméras LiDAR et à lumière structurée) scannent la forme tridimensionnelle des objets, utilisent des algorithmes pour déterminer les points de préhension et guident les bras robotisés pour saisir et empiler avec précision des objets à partir de piles non ordonnées selon des modèles spécifiques, augmentant ainsi l'efficacité de plus de cinq fois par rapport au travail manuel.

V. Métrologie industrielle et mesure dimensionnelle

La vision industrielle permet des mesures sans contact de haute précision, évitant ainsi les dommages aux pièces causés par les méthodes de mesure par contact traditionnelles (pieds à coulisse et micromètres, par exemple). Elle est également adaptée aux mesures dans des environnements difficiles, notamment à haute température et haute pression.

1. Mesure dimensionnelle précise des pièces

Mesures du diamètre intérieur et extérieur des roulements (précision±0,001 mm), mesures du pas des engrenages et de l'épaisseur des dents, et inspection des dimensions des contours des pièces aérospatiales (telles que les aubes de turbine).

À l'aide d'un objectif télécentrique (éliminant les erreurs de perspective) et d'une plaque d'étalonnage de haute précision, un algorithme d'extraction de contours sous-pixel calcule les paramètres de la pièce tels que la longueur, l'angle et la rondeur, avec une vitesse de mesure allant jusqu'à 1 000 unités par minute (par pièce).

2. Mesure de grands objets

Mesure de planéité de plaques d'acier (gamme 10 m x 2 m), contrôle du diamètre des tuyaux et de l'épaisseur des parois, et vérification dimensionnelle des composants de construction (tels que les poutres en acier).

La technologie d'assemblage multi-caméras (utilisant un algorithme d'assemblage d'images pour combiner les champs de vision de plusieurs caméras) combinée à un capteur de déplacement laser permet une mesure sur toute la surface de grands objets avec une précision de≤0,1 mm/m.

VI. Lecture des codes industriels et traçabilité des informations

Tout au long du cycle de vie de la production industrielle, la vision industrielle peut reconnaître les caractères, les codes-barres et les codes QR sur les surfaces des pièces, permettant ainsi la traçabilité des produits, le traçage de la qualité et le contrôle des processus.

1. Reconnaissance de code DPM (Direct Part Mark)

Reconnaît les codes gravés au laser (résistants aux hautes températures et à l'usure) sur les blocs moteurs automobiles, lit les codes gravés sur les pièces aéronautiques et reconnaît les codes de traçabilité sur les dispositifs médicaux.

Pour les codes à faible contraste sur des surfaces rugueuses (comme le métal et le plastique), des sources lumineuses spéciales (comme des sources lumineuses circulaires à faible angle) sont utilisées pour améliorer le contraste. Associées à un algorithme OCR basé sur l'apprentissage profond, la précision de la reconnaissance atteint plus de 99,5 % (même pour les codes incomplets).

2. Saisie des informations sur les produits par lots

Saisit automatiquement les paramètres (résistance et capacité) des composants électroniques (résistances et condensateurs) dans le système et reconnaît les dates de production et les dates de péremption sur les emballages alimentaires.

En remplaçant la saisie manuelle des données, ce processus augmente la vitesse de plus de 10 fois et réduit les taux d'erreur de 3 % à 0,01 %.

NOUSjeApplications industrielles spéciales

Dans les environnements difficiles tels que ceux caractérisés par une température élevée, une pression élevée, une toxicité et de la poussière, où l’intervention humaine est difficile, la vision artificielle devient la seule méthode de surveillance viable.

Industrie métallurgique : Détection de défauts de surface de billettes de coulée continue (en utilisant une fusion de caméras infrarouges et à lumière visible dans des environnements à haute température).

Industrie chimique : Surveillance du niveau de liquide dans les réservoirs scellés et détection des fuites dans les canalisations (par reconnaissance visuelle de bulles anormales ou de changements de couleur).

Industrie minière : identification du type de matériaux et mesure du débit sur les bandes transporteuses (à l'aide d'algorithmes de segmentation d'images pour distinguer le minerai des stériles).

Résumé : La valeur industrielle de la vision artificielle

La vision artificielle, grâce à son circuit fermé « perception-analyse-prise de décision », propulse l'évolution de la production industrielle, passant du travail manuel à des processus entièrement automatisés, de haute précision et traçables. Sa valeur fondamentale réside dans :

Amélioration de l'efficacité : les vitesses de traitement en une seule étape augmentent de 10 à 100 fois, s'adaptant aux exigences des lignes de production à grande vitesse ;

Assurance qualité : la précision de détection des défauts dépasse 99 %, réduisant ainsi les taux de produits défectueux ;

Réduction des coûts : remplacement de 50 à 80 % des postes d’inspection/d’opération manuels, soit une économie de 100 000 à 300 000 yuans par personne et par an ;

Production flexible : les algorithmes permettent une commutation rapide des modèles d'inspection/positionnement, s'adaptant à une production à grande variété et en petits lots (par exemple, en réduisant le temps de changement de produit 3C de plusieurs heures à quelques minutes).

Avec les progrès de l’apprentissage profond, de la vision 3D et des technologies d’imagerie haute résolution, l’application de la vision artificielle dans le secteur industriel évoluera davantage vers une plus grande intelligence, précision et généralisabilité, devenant une technologie de soutien essentielle pour l’industrie 4.0 et la fabrication intelligente.