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机械资讯 773期
国内第一套机器视觉 融合弹性上下料制程
8道工序 节省70%人力

文//甘凯翔、黄妃平、郭建春、李哲睿
工研院智慧微系统科技中心

台湾是世界高品质、高机能性布料主要供应国

台湾为世界纺织大国，台湾纺织业以上中游为主力，下游业者因需充裕劳动力，多散布海外，并扮演上中游产业发展之驱动力角色，主要着重于设计与研发并打样试产。依据统计，2019年台湾纺织工厂共计约4,255家，从业人员估计142,018人，总产值为新台币3,607亿元。

COVID-19重创纺织业加速纺织业转型

2020年我国纺织产业受COVID-19疫情影响下，产值较2019年衰退19.9%至新台币2,996亿元，其衰退幅度更胜于2009年金融海啸时的16 %衰退幅度。由于3月中旬以后疫情全球迅速蔓延，各国政府纷纷颁布禁足令、社交隔离等防疫措施，各服装品牌也暂时关闭实体门市，导致欧美等主要市场需求急冻，品牌客户开始要求供应链延迟或暂停交货，甚至是砍单。下游服饰减单，直接影响纺纤上中游聚酯 、 布 、 纱厂的订单及出货量，产生连锁效应，其负面影响遍及全球纺织供应链。
现况纺织业者上中下游厂皆已明显感受到景气回温。然而值得注意的是，近年来国际品牌开始积极缩减供应链，在疫情冲击下，更加速供应链洗牌，面对不确定性，品牌更重视供应商管理，短交期、弹性生产、多样化的产品成为常态，使回流的订单集中在体质佳、能迅速反应、且生产据点分散的大厂，呈现「大者恒大」的缩减K型复苏。

纺织业从人力成本导向转型为靠近市场导向

在服饰快时尚潮流趋势下，流行样式更迭迅速，从创意、企划、设计、打样到生产，皆须快速回应才能满足国际需求，具备市场竞争力。快速的研发能力与供应链快速回应是支撑纺织业转型的最强劲动能。
早期台湾纺织业大厂的生产基地，一路往人力成本较低处设厂。从台湾转移至中国大陆、越南、中南美洲、甚至非洲，但牺牲的是针对客户需求及时反应速度。所以现在不一样了，纺织业最新的投资地点是美国。舍弃低人力成本的国家，跑到美国投资主要是为了靠近市场，争取与品牌客户间更紧密的合作关系。
纺织业因应市场强化做调整，将自动化技术降低了生产成本，以建立个别的核心竞争力；较短的生产周期也牵动供应链，快速整合回应企业的设计与生产部门，并在「短时间」内达成，开发客户端及消费者需求为导向的研发创新及产品附加价值的提升，一直是产业在国际竞争上的基石与利器。

自动化快速打样为目前世界快时尚趋势下急迫需求的关键技术

快速打样则是目前世界快时尚趋势下急迫需求的课题，传统人力打样品质控管不易，但打样线属于少量试作性质，设计样式多变且须快速生产，现行自动化设备多属单站作业，缺乏站间智慧上下料与产线自动化串连，无法满足需求，因此传统采用人工制作，仰赖高技术与高经验人力，因而造成打样品质与效率差异。
因此工研院导入抗反光3D视觉导引模组进行工件辨识，取代人力上下料，突破传统自动化方案工件适应力不佳，无法自动上下料瓶颈，并开发国内第一套3D机器视觉融合弹性上下料制程，8道工序，节省70%人力，打造智慧自动化快速打样产线，实现高效率且高品质的打样平台。

国内第一套机器视觉融合弹性上下料制程

国内第一套机器视觉融合弹性上下料制程，其重要创新构想：导入工研院抗反光3D视觉导引模组进行入料定位，并搭配Denso机械手臂结合夹治具取代传统人力，达到自动化上下料协助成衣圆T车缝，节省四个人力操作及8个步骤工序(达成自动化70%取放及30%人力)， 并以智慧自动化方式实现快速打样产线平台，以网路订单排程及智慧机械科技解决分站传统人工打样的时程瓶颈与品质落差，将打样时程由7~10天，大幅缩短成1~3天，达到打样时间短、运转效率高及制造品质佳！

以下针对国内第一套机器视觉融合弹性上下料制程进行技术讲解：

★ 抗反光3D视觉导引模组
  工研院抗反光3D视觉导引模组，主要原理为结构光3D解码技术，此技术将光栅图案透过投影的方式投射到场景中的技术。结构光的概念与立体视觉法类似，立体视觉法使用两个摄影机在不同位置拍摄相同场景，经由计算空间点在两幅照片中的匹配点以获得三维资讯。而结构光测量系统则是将其中一个摄影机换成投影机，因此亦可视为变形的立体视觉。
  结构光测量系统主要由投射装置、摄影机与处理系统组成。投影机用来投射特定光栅至物体表面上，而摄影机撷取被物体表面轮廓所影响后的光栅图案。光栅的变形程度与投影机和摄影机之间的相对位置以及物体表面的起伏有关。
  一般而言，光栅的扭曲代表物体非平面，而光栅的位移程度与物体高度呈现正相关。因此，当摄影机与投影机的相对位置固定时，光栅的变化情况可透过三角测量法描述物体的三维资讯。下图描述使用结构光重建3D资讯的流程。
  针对不同尺寸、不同厚度的衣料进行3D入料定位，并透过工研院开发的抗反光技术解决亮面模板造成点云破损，有效重建模板3D资讯，精准进行3D辨识定位。
★ 手眼校正
  创新3D射线最佳化运算，解决传统校正2D校正特征投影误差，并且仅需初始化选择校正空间，系统即依据校正设计规则库演算出最佳化校正路径，进行3D空间自动化校正，与知名视觉软体(德国Halcon)相较，大幅提升整体校正精度50%与减少80%校正时间。
  导入工研院Eye to hand校正模正，建立抗反光3D视觉导引模组与denso手臂之间的座标转换，能及时把抗反光3D视觉导引模组识别的定位座标传输给机械手臂，进行后续导引动作。
★ 拷客机/热压机电控通讯与同步作动
企业变革需要依自身体质与资源，采取相对应的策略。台湾的机械设备制造业者多为中小型企业，转型最直接的难点，除了资讯软体与基础建设的大笔资本投资，系统维运所需资源和人才也是一大负担。
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