?3D傳感器的新應(yīng)用

隨著 3D 傳感器技術(shù)的進(jìn)步，它有望在制造和物流等領(lǐng)域形成新的應(yīng)用，從而提高效率、生產(chǎn)力，它能夠準(zhǔn)確掃描并快速移動(dòng)物體。

據(jù) Allied Market Research 稱(chēng)，到 2031 年，全球 3D 傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到 570 億美元，自 2022 年起復(fù)合年增長(zhǎng)率為 13% 。該技術(shù)的首次商業(yè)用途是在游戲領(lǐng)域的 3D 成像和檢測(cè)，在過(guò)去十年中，受智能手機(jī)需求以及 3D 面部識(shí)別解鎖手機(jī)功能的推動(dòng)，消費(fèi)設(shè)備中的 3D 傳感技術(shù)不斷增加。

最近，需要 3D 深度傳感技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到包括制造和物流以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。3D 傳感器技術(shù)帶來(lái)的好處包括改進(jìn)質(zhì)量控制、提高自動(dòng)化程度、增強(qiáng)安全性和優(yōu)化存儲(chǔ)。例如，該技術(shù)可以在倉(cāng)庫(kù)中使用，以最大限度地利用空間，并使機(jī)器人拾取和放置。

本文將探討 3D 傳感器技術(shù)的一些最新進(jìn)展，并概述制造業(yè)和物流業(yè)的用例。

工業(yè) CMOS 圖像傳感器正在發(fā)生怎樣的變化

專(zhuān)為 3D 解決方案設(shè)計(jì)的新型 CMOS 圖像傳感器正在出現(xiàn)，代表著工業(yè)應(yīng)用向前邁出了一大步。對(duì)于激光輪廓儀，這些傳感器使用最先進(jìn)的全局快門(mén)像素技術(shù)和傳感器架構(gòu)，以矩形傳感器格式提供具有高動(dòng)態(tài)范圍的超高速傳感器，以滿(mǎn)足應(yīng)用限制。

對(duì)于間接飛行時(shí)間 (iToF) 系統(tǒng)，這些傳感器嵌入了全新的像素設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)快速 3D 檢測(cè)，無(wú)需運(yùn)動(dòng)偽影，并且需要結(jié)合 iToF 技術(shù)特有的關(guān)鍵功能，例如可處理寬距離范圍和寬反射率范圍的高動(dòng)態(tài)范圍管理。這使得 iToF 成為在復(fù)雜條件和不斷變化的環(huán)境中進(jìn)行可靠實(shí)時(shí)決策的理想技術(shù)。隨著 iToF 技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人、物流、建筑測(cè)繪和智能交通系統(tǒng) (ITS) 等行業(yè)，對(duì) iToF 設(shè)備的需求持續(xù)增長(zhǎng)。

自動(dòng)化和監(jiān)控的增加、機(jī)器人技術(shù)的使用以及工業(yè) 4.0 計(jì)劃的其他方面正在產(chǎn)生對(duì) 3D 成像解決方案的需求，這些解決方案可以在各種具有挑戰(zhàn)性的條件下提供高精度和距離測(cè)量。

工業(yè) 4.0 中 3D 傳感器的新應(yīng)用

根據(jù)麥肯錫公司的定義，工業(yè) 4.0 是制造業(yè)數(shù)字化的下一階段，受到顛覆性趨勢(shì)的推動(dòng)，包括數(shù)據(jù)和連接、分析、人機(jī)交互以及機(jī)器人技術(shù)改進(jìn)等顛覆性趨勢(shì)。

由于 2D 視覺(jué)在復(fù)雜物體識(shí)別和尺寸標(biāo)注的精度和距離測(cè)量方面存在局限性，工業(yè) 4.0 的到來(lái)增加了對(duì) 3D 視覺(jué)的需求。此外，3D 成像支持人類(lèi)與機(jī)器人之間的交互。借助 3D 視覺(jué)，工廠工人可以通過(guò) 3D 監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)保護(hù)工廠工人免受制造車(chē)間潛在危險(xiǎn)情況的影響，該系統(tǒng)可以區(qū)分人與機(jī)器人和其他物體，從而創(chuàng)造一個(gè)更安全的環(huán)境。

3D 視覺(jué)提高了工廠自動(dòng)化機(jī)器人和機(jī)器系統(tǒng)的自主性和有效性，對(duì)于更準(zhǔn)確的質(zhì)量檢測(cè)、逆向工程和物體尺寸標(biāo)注至關(guān)重要。此外，視覺(jué)系統(tǒng)輔助機(jī)器人的使用正在增加，需要 3D 視覺(jué)來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的遠(yuǎn)程引導(dǎo)、障礙物識(shí)別和準(zhǔn)確的移動(dòng)。

工廠和倉(cāng)庫(kù)中動(dòng)態(tài)尺寸標(biāo)注的兩個(gè)具體用例包括大型貨運(yùn)或貨物尺寸標(biāo)注以及高速包裹或包裹尺寸標(biāo)注。

大件貨物或貨物尺寸測(cè)量

動(dòng)態(tài)尺寸測(cè)量涉及捕獲和測(cè)量位于傳送帶或移動(dòng)平臺(tái)上的物體或包裝過(guò)程。該技術(shù)通常用于物流、倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸行業(yè)，以實(shí)現(xiàn)尺寸標(biāo)注過(guò)程的自動(dòng)化并提高效率。基于 3D 視覺(jué)的系統(tǒng)可以精確測(cè)量物體通過(guò)系統(tǒng)時(shí)的長(zhǎng)度、寬度和高度，從而減少對(duì)手動(dòng)測(cè)量的需要。

大型貨物/托盤(pán)尺寸測(cè)量的 3D 傳感器技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用比靜態(tài)站具有顯著的優(yōu)勢(shì)。借助實(shí)時(shí)尺寸標(biāo)注功能，可以實(shí)現(xiàn)更高的效率。通過(guò)利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效的碼垛，包括包裝和卡車(chē)裝載優(yōu)化。憑借傳感器級(jí)先進(jìn)的片上功能，3D 系統(tǒng)可以在室內(nèi)和室外環(huán)境中無(wú)縫協(xié)作，不受任何干擾，同時(shí)保持良好的性能水平。這些 3D 傳感器具有高分辨率，可實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)和出色的角分辨率，從而完全覆蓋尺寸超過(guò)一米的整個(gè)托盤(pán)。通過(guò)消除運(yùn)動(dòng)偽影，可以獲得實(shí)時(shí)可靠的測(cè)量結(jié)果，從而節(jié)省時(shí)間和成本，并最終提高生產(chǎn)力。此外，先進(jìn)的 3D 傳感器可以處理廣泛的反射率覆蓋范圍，因此即使對(duì)于反射率非常低的材料（如黑色橡膠），也可以保持一致的精度水平。

從這些系統(tǒng)捕獲的尺寸數(shù)據(jù)可用于多種目的，包括貨運(yùn)和運(yùn)輸優(yōu)化、倉(cāng)庫(kù)空間管理、自動(dòng)分揀以及合規(guī)性和文檔記錄，以滿(mǎn)足安全標(biāo)準(zhǔn)或運(yùn)輸法規(guī)等法規(guī)的要求。

包裝尺寸測(cè)量

高速包裝或包裝尺寸測(cè)量是另一個(gè)用例，是指以高速自動(dòng)化方式快速準(zhǔn)確地測(cè)量包裹或包裹尺寸的過(guò)程。先進(jìn)的 3D 傳感器是專(zhuān)用尺寸測(cè)量系統(tǒng)的一部分，用于捕獲包裝的長(zhǎng)度、寬度和高度以及其他相關(guān)參數(shù)。在需要快速處理大量包裹的環(huán)境中，該用例的高速應(yīng)用至關(guān)重要。通過(guò)自動(dòng)化尺寸標(biāo)注過(guò)程，減少了手動(dòng)測(cè)量的需要，手動(dòng)測(cè)量既耗時(shí)又容易出錯(cuò)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更快的吞吐量，提高運(yùn)營(yíng)效率，并促進(jìn)準(zhǔn)確的定價(jià)、分類(lèi)和物流規(guī)劃。

對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，3D 傳感器技術(shù)為高速包裝尺寸測(cè)量提供了創(chuàng)新的解決方案。創(chuàng)新的 3D 傳感器技術(shù)通過(guò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)尺寸測(cè)量超越了靜態(tài)站，從而顯著提高了效率。除了需要符合高速生產(chǎn)線的要求外，這些解決方案還可以應(yīng)對(duì)短距離且可擴(kuò)展的范圍檢測(cè)，例如以毫米級(jí)精度精確測(cè)量?jī)傻剿拿椎木嚯x。即使面對(duì)以超過(guò)每秒 30 幀的極限速度運(yùn)行的傳送帶，這些復(fù)雜的傳感器也能消除運(yùn)動(dòng)偽影。此外，它們具有廣泛的反射率覆蓋范圍，可容納低反射率材料，同時(shí)在整個(gè)探測(cè)范圍內(nèi)始終保持穩(wěn)定和出色的精度水平。

高速包裝或包裝尺寸測(cè)量系統(tǒng)通常應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，包括電子商務(wù)、零售、快遞服務(wù)、配送中心和物流中心。它們通常集成到輸送系統(tǒng)或物料搬運(yùn)設(shè)備中，允許在包裝沿加工線移動(dòng)時(shí)對(duì)其尺寸進(jìn)行測(cè)量?？傮w而言，高速包裝/包裝尺寸測(cè)量在優(yōu)化物流運(yùn)營(yíng)、確保準(zhǔn)確的貨運(yùn)計(jì)算以及實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)鏈的高效管理方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

3D 系統(tǒng)需要考慮的 10 個(gè)屬性

在考慮工業(yè)應(yīng)用的 3D 系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮幾個(gè)關(guān)鍵的應(yīng)用參數(shù)。以下是一些需要考慮的重要因素：

距離范圍：3D 系統(tǒng)要覆蓋的用例的距離范圍。例如，自主導(dǎo)引車(chē) (AGV) 和自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 應(yīng)用通常需要 3D 技術(shù)在較長(zhǎng)范圍內(nèi)執(zhí)行，以檢測(cè)障礙物并在各種工業(yè)環(huán)境中有效導(dǎo)航，而垃圾箱揀選僅需在短距離范圍。

精度：根據(jù)應(yīng)用所需的精度，3D 技術(shù)將比 2D 更適合，然后，3D 傳感器技術(shù)將表征所能達(dá)到的精度水平。

分辨率：3D 傳感器的分辨率取決于場(chǎng)景中捕獲的細(xì)節(jié)水平或待測(cè)物體的尺寸。

視場(chǎng) (FoV)：視場(chǎng)會(huì)對(duì)選擇的 3D 傳感器分辨率和 3D 系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。

速度：快速 3D 檢測(cè)需要在沒(méi)有運(yùn)動(dòng)偽影的情況下進(jìn)行，以避免錯(cuò)誤的距離測(cè)量。并非所有 3D 技術(shù)都能以合理的速度提供 3D 測(cè)量或能夠應(yīng)對(duì)高速移動(dòng)的物體。

反射率：您的 3D 系統(tǒng)需要處理的最小和最大反射率是多少？例如，在工業(yè)應(yīng)用中，覆蓋的反射率范圍可能很寬，從 2% 到 98%，3D 系統(tǒng)應(yīng)該在該范圍的極限范圍內(nèi)提供足夠好的精度，并且需要保持穩(wěn)定的水平。

室外操作：在某些應(yīng)用中，3D 系統(tǒng)需要在室內(nèi)和室外操作，所選擇的 3D 技術(shù)應(yīng)該對(duì)環(huán)境光具有魯棒性，同時(shí)保持良好的性能水平。

對(duì)各種場(chǎng)景的適應(yīng)性：并非所有 3D 技術(shù)都適合在多種且不斷變化的操作條件（光線、范圍、室內(nèi)/室外、精度……）下工作，特別是在需要逐幀進(jìn)行時(shí)。

易于集成和操作：將 3D 系統(tǒng)集成到最終系統(tǒng)中需要付出什么努力？校準(zhǔn)和制造工作量是多少？3D 系統(tǒng)是否需要特定的設(shè)置才能在工廠或倉(cāng)庫(kù)中正常運(yùn)行？所有問(wèn)題都需要考慮，并將直接影響您的成本。

成本：考慮應(yīng)用的具體需求，評(píng)估 3D 技術(shù)的性?xún)r(jià)比。

所有這些因素不應(yīng)單獨(dú)考慮，因?yàn)樗鼈冎g存在許多依賴(lài)性，并且在選擇 3D 技術(shù)、3D 系統(tǒng)或 3D 傳感器時(shí)必須對(duì)它們進(jìn)行整體評(píng)估。

結(jié)論

隨著 3D 傳感器技術(shù)的進(jìn)步，制造和物流領(lǐng)域的客戶(hù)可以依靠先進(jìn)的傳感器徹底改變他們的業(yè)務(wù)方式，從而增強(qiáng)質(zhì)量控制、提高效率和安全性。大型貨運(yùn)尺寸測(cè)量和高速包裝和包裹尺寸測(cè)量等應(yīng)用可以精確測(cè)量和優(yōu)化倉(cāng)庫(kù)空間，從而增強(qiáng)質(zhì)量控制、降低成本、減少浪費(fèi)、提高安全性并整體提高運(yùn)營(yíng)效率。