産業用3Dビジョンがスマート製造の新たな可能性を切り開く

1969 年、米国のベル研究所で最初の CCD イメージ センサーが誕生し、産業用ビジョン業界にデジタル イメージングの扉が開かれました。それ以来、生活と生産のあらゆる領域がイメージとビジョンと結びつき始めました。

マシンビジョンの分野も、白黒からカラーへ、低解像度から高解像度へ、静止画像から動画へと芽生え、成長し始めました。今日では、機械が実際の三次元空間を理解し、私たちの目の前に立体的な画像を提示することが可能になっており、業界関係者はこれを第四次視覚革命と呼んでいます。第四次視覚革命の視覚アップグレードの鍵は、3Dセンシング産業の急速な発展です。

マシンビジョンは、従来の 2D 平面から 3D 立体「ビジョン」へと進化しました。顔スキャン決済、Face ID、VR、無人コンビニ、スマートロボットなど、一般的に使用されている製品やテクノロジーの背後にある重要なテクノロジーは、3Dビジョンテクノロジーです。第4次ビジュアル革命と産業インターネットの組み合わせにより、実体経済と技術の価値も最大化され、徐々に実際の産業シナリオ、生産効率、産業実現可能性に向かって進み始めました。

インダストリアル インターネットと 3D マシン ビジョンの関係を 1 文で説明するとしたら、最も適切な説明は次の文です。「インダストリアル インターネットの将来は、3D マシン ビジョンの制御と AI 認知システムの処理に基づいています。」産業分野におけるマシンビジョンの応用は目新しいものではありません。 30年以上の歴史があります。産業用 3D ビジョン技術の台頭により、産業製造分野におけるその重要性はますます高まっています。

単一のシナリオから生産ライン全体の強化まで

産業用ビジョン技術は、2D ビジョン技術として最初に自動化生産に使用されました。しかし、2D ビジョンは通常、2 つの平面上の問題しか解決できないため、曲面や曲率を持つ製品など、高度な情報を持つオブジェクトに対して 2D ビジョンを適用するのは困難です。これにより、3D ビジョンの普及が促進されました。 2D ビジョンと比較すると、3D ビジョンは周囲の光の変化の影響を受けにくく、精度と信頼性が高くなります。生産ライン上で高速移動するターゲットを検出し、形状、色のコントラスト、空間座標などの情報を取得できます。 3D ビジョンは、これまで 2D ビジョンでは対応が困難だった産業現場のアプリケーションにも対応でき、2D ビジョンを補完できます。さらに、近年、家電製品、自動車、半導体などの精密製造業界の精度要件が高まっており、高精度の 3D ビジョン技術が市場のホットスポットとなっています。

産業用 3D ビジョンは、主にサイズと欠陥の検出、インテリジェント製造、自律ナビゲーションの 3 つのアプリケーション カテゴリに集中しています。過去 2 年間の産業分野における産業用 3D ビジョン テクノロジの使用における最大の変化は、品質検査などの単一のシナリオから生産ライン全体を強化するものへと発展したことです。

生産ラインでは、産業用 3D ビジョンが導入される前は、最も広く使用されている品質検査など、単一のシナリオでのみ使用されていました。スマートフォンの製造工程を例にとると、サイズや欠陥検出に関わるリンクは、主にマザーボード、部品の組み立て、梱包と出荷の 3 つの部分にあります。品質検査用の産業用 3D ビジョン システムは、主にこれら 3 つのプロセスに関係しています。現在、産業用 3D ビジョン システムの統合的な変更により、材料の積み込みから梱包、検査までの生産ライン全体を、リンクやシナリオ全体に適用できます。たとえば、産業用 3D ビジョン システムは、生産ラインでの材料の積み込みと積み下ろし、溶接、スプレー塗装、部品の組み立てなどにも適用できます。

昨今人気のフレキシブル製造業の需要は、生産環境がより複雑化し、インテリジェントなオペレーションの需要が高まっています。柔軟な生産モデルでは、産業用ロボットや自動化設備は、生産ニーズに応じて柔軟に変更し、さまざまな製品モデルを生産する必要があります。積み込み、積み下ろし、仕分け、輸送の各リンクでは、さまざまな製品の種類に応じて、作業タスクをリアルタイムで計画し、完了する必要があります。従来の産業用ロボットや自動化機器では、これをまったく実現できません。産業用 3D ビジョン システムの導入により、柔軟な生産モデルがよりスムーズになります。従来の小規模な自動化ソリューションから脱却し、真に完全に互換性のあるインテリジェントな操作を実現することによってのみ、この使用要件を満たすことができます。これは、インテリジェント ビジョン システムの柔軟な生産に求められる典型的な要件です。

たとえば、スマート物流では、3D ビジョン アルゴリズムによって柔軟性が向上し、「AI + 3D ビジョン」を通じて大量の商品の SKU を正確に識別して仕分けすることができます。特に、視覚認識とロボットの軌道計画、把持、移動などの制御との相互作用により、スマート物流の成長のボトルネックを打破し、顧客カバレッジの境界を大幅に拡大することができます。

もちろん、工業製造の分野では 2D ビジョン システム テクノロジの応用が完全に排除されたわけではありません。 3D ビジョン システム テクノロジーは、2D テクノロジーを補完する役割も果たします。このハイブリッドソリューションは、携帯電話のSIMカードスロット、バッテリーモジュール、カメラモジュールのサイズや取り付け位置の確認など、コンポーネントの測定にも使用されます。ほとんどのメーカーは 2D/3D ハイブリッド ソリューションを提供します。

単一シナリオのアプリケーションでも、クロスリンクやマルチテクニカル ソリューションの組み合わせでも、3D マシン ビジョンは工業製造の分野で重要な役割を果たします。しかし、高精度検出の分野で求められるコア部品の研究開発においては、海外と比べて依然として大きな技術格差があり、短期間で追い抜くことは困難です。

産業用3D視野の「ぼやけ」の障害

実際、産業グレードの3Dビジョン技術は、2014年頃から国内外で登場し始めました。国内産業チェーンの継続的な移行とアップグレードに伴い、国内の研究開発企業は3Dビジョン技術への投資を徐々に増加させています。しかし、産業分野での導入となると、業種が多岐にわたり、技術的な障壁やシナリオも異なるため、ほとんどのメーカーは基本的に特定の垂直分野から参入します。 3Dビジョン関連のハードウェアの技術的能力には限界がありますが、AIアルゴリズムの能力の向上により、高精度の検出ニーズを満たし、ハードウェアの欠陥をある程度補うことができます。しかし、産業用 3D ビジョンの開発には解決すべき問題がまだ多く残っています。

1. 技術と製品は継続的にアップグレードする必要があります。産業用3Dマシンビジョン画像技術は発展を続けていますが、その基盤となる視覚ハードウェア機器で避けられないボトルネック技術はチップと光学レンズであり、この分野は依然として海外メーカーが主導しています。しかし、統合型 3D マシン ビジョンには、周囲光干渉に対する強い耐性、高い測距精度、高解像度、低コストなどの利点を備えた 3D センサーが現在まだありません。現在、3D ビジョンのアプリケーションでは、特定の使用シナリオと予算に基づいてカメラを選択し、カメラの撮影結果に基づいてアルゴリズムをカスタマイズして開発しています。この高コストでサイクルの長いアプリケーション モデルは、実際のシナリオでの 3D ビジョンの使用を著しく制限します。

2. コストと市場開拓のバランスを取ることの難しさ。 3Dビジョン市場では、将来の資金調達のための有利なデータを得るため、あるいは市場を掌握するため、参加メーカー各社がこぞって価格競争を繰り広げている。価格競争は間接的に市場を育成する一方で、市場秩序を損なう原因にもなり、低価格ではユーザーエクスペリエンスが保証されません。しかし、潜在的なシードユーザーにとって、自動化変革に影響を与える困難の 1 つはコストの考慮です。費用が予算を超えると販路開拓ができません。現在、産業用3Dビジョンの市場浸透率は高くありません。

3. 市場とサプライチェーンの未熟さと不完全さ。 3D ビジョン製品を購入する必要がある一部のメーカーにとって、初期の製品需要は比較的小さいです。この場合、産業用 3D ビジョン メーカーは規模に応じて製品コストを分散することができず、市場の潜在的ユーザーの多くは価格とサプライ チェーンに敏感です。開発初期段階の産業用 3D ビジョン製品では、市場を活用することが困難です。

4. 生産ラインの適応とサイクルが長い。何千もの業界でカスタマイズされた生産ラインの要件により、機器は非標準となり、汎用性が低下します。工場の場合、さまざまなビジネス シナリオ、生産リンク、さらには異なる工場間の要件も同じではありません。製造工程における多品種少量生産は、企業変革の難しさに影響を与えます。機器が納品された後も、生産ラインに適合させる前にデバッグ期間が必要です。企業の自動化変革への熱意に影響を与える一定の期間があります。

産業用 3D ビジョン製品を選択する顧客の視点から見ると、ユーザーの選択基準は工場独自の特性と予算によって異なります。つまり、産業用 3D ビジョン メーカーは、製品を適応させる能力を備えながら、魅力的な価格を提供する必要があります。双方のコストと予算を適切なバランスに調整する必要があります。

これらの要件により、工業製造分野における 3D ビジョン テクノロジの広範な実装が制限されます。産業用 3D ビジョン システムの大規模な商用シナリオは開発の初期段階にあり、成熟しておらず、製品は高度にカスタマイズされています。市場全体は分散し、断片化しています。 3D ビジョン システム テクノロジーは、今後もこの市場での探求と開発を継続し、セグメント化された各シナリオで探求と開発を行い、差別化を図り、製品を改善し、市場へのサービス提供能力を高めて、産業用インターネットの将来のアップグレードを可能にする必要があります。

産業用3Dビジョンの未来

産業用3Dビジョン技術は、工業生産ラインの機械設備の重要なセンシング部品として、近年、インダストリー4.0のアップグレードと変革の文脈において、コア技術ユニットの1つとして、産業化において急速な進歩を遂げています。現在、複数の製造業への進出が加速しており、産業チェーン全体の規模も加速的に拡大しています。

GGIIのデータによると、産業分野でのマシンビジョン技術の広範な応用により、中国のマシンビジョン市場規模は2023年までに208.6億元に達し、そのうち3Dビジョン市場規模は34.28億元に達すると予想されています。わが国の3Dビジョン市場規模は2025年までに100億人民元を超えると予想されています。

スマート製造と精密機械加工により、生産プロセスとテスト基準に対する要求が高まるにつれて、3D ビジョン システムも、より広範な機械「ビジョン」の分野へと進化しています。これらの変化と要件により、3D ビジョン アプリケーションが開拓され、製造業界における 3D マシン ビジョンの広範な実装が加速されました。こうしたトレンドの変化は、産業とインテリジェンスの深い統合の次のステップでも現れるでしょう。

1. 産業用 3D ビジョン技術の開発傾向は、高性能と多様なシナリオに向かう傾向にあります。 3D イメージング技術の継続的な進化に伴い、マシンビジョン技術のパフォーマンスも向上し、高性能へと発展していきます。これは主に、産業用カメラの画像解像度の継続的な改善、画像取得速度と伝送信頼性の継続的な強化に表れています。同時に、光源は可視光から非可視光へと拡大し、カメラは単一スペクトルから多重高スペクトルへと拡張され、マシンビジョンの応用シナリオが拡大しています。

2. インテリジェンスとリアルタイムパフォーマンスに向けて開発します。インテリジェンスは主にクラウドコンピューティング、ビッグデータ、人工知能などの新技術に基づいており、ディープラーニングなどの技術を使用して産業用3Dビジョン技術の処理および分析機能を向上させます。インテリジェンスは将来の産業用 3D ビジョン システムの中心的なセールス ポイントの 1 つとなり、企業の生産効率と製品品質の一貫性を継続的に向上させます。デジタルインフラの中核開発である5G技術と産業用3Dビジョン技術を組み合わせます。 5G の広い帯域幅、低遅延、高信頼性のパフォーマンスを活用することで、ネットワークの中断によってもたらされるリスクを軽減しながら、産業用 3D ビジョンにリアルタイム コンピューティングと高度なデータ セキュリティを提供します。

3. 産業用 3D ビジョン システムは統合と小型化に向けて発展しています。産業用 3D ビジョン システムのコア コンポーネントの製造プロセスと光学性能が継続的に改善されることにより、産業用 3D ビジョン システムは、今後徐々に小型化と統合の方向に発展していきます。光学モジュール、通信モジュール、コンピューティング モジュールは、引き続き 1 つのデバイスに統合されます。統合デバイスにより、マシンビジョンの応用分野も広がります。

第 4 世代のビジョン技術の革新はまだ始まったばかりです。超高精度計測の分野では、国内企業も徐々に前進しており、今後も成長の余地は大きい。第四次視覚革命により、産業生産ラインの機器にインテリジェントな三次元の目が備わりました。ハードウェア機器技術の継続的な進歩とアルゴリズムおよびソフトウェアの継続的な最適化により、機械は3次元の世界をはっきりと見ることができるだけでなく、世界をよりよく「理解」できるようになります。

産業用 3D ビジョン メーカーは、モンスターをより速く、より鮮明に見ることができるように、アップグレードしてモンスターと戦うための技術システムを継続的に改善していきます。業界と投資コミュニティの両方が、この急速に成長する市場における産業用 3D ビジョン システムにおける視覚情報の肯定的なフィードバックをアップグレードしています。さらに重要なのは、産業用 3D ビジョンが世界の競争環境の中で絶えず進化し、中国の競争力向上への道を切り開いていることです。この活発な視覚革命において、低コストで高性能な産業用 3D ビジョン システム技術は、将来の工場のインテリジェント ハードウェア機器の中核となり、AIOT インテリジェント ハードウェアの急速な発展をサポートし、産業用インターネットにおけるあらゆるものの相互接続を促進します。