智慧工廠通過數(shù)字化、智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，而成像設(shè)備作為 “視覺神經(jīng)”，在質(zhì)量檢測(cè)、流程監(jiān)控、環(huán)境感知等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。從精密部件的缺陷識(shí)別到全局生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，不同類型的成像設(shè)備各司其職，共同構(gòu)建起智慧工廠的視覺感知體系。
工業(yè)相機(jī)是智慧工廠最基礎(chǔ)的成像設(shè)備，承擔(dān)著高精度視覺檢測(cè)的核心任務(wù)。按成像原理可分為面陣相機(jī)和線陣相機(jī)：面陣相機(jī)能一次性獲取二維圖像，適合檢測(cè)尺寸固定的零部件，如電子元件的引腳變形、表面劃痕等，通過與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)圖像比對(duì)，可在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)識(shí)別出 0.1 毫米級(jí)的缺陷；線陣相機(jī)則通過逐行掃描生成圖像，適用于卷材、板材等連續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品檢測(cè)，例如在鋼板軋制過程中，線陣相機(jī)以每秒數(shù)千行的速度拍攝，結(jié)合圖像處理算法，能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)表面的裂紋、凹陷等瑕疵。工業(yè)相機(jī)通常搭配鏡頭、光源和圖像采集卡使用，在汽車零部件生產(chǎn)線中，多臺(tái)工業(yè)相機(jī)從不同角度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行拍攝，三維重建后可全方位檢測(cè)加工精度，替代傳統(tǒng)人工抽檢，將檢測(cè)效率提升 3 倍以上。
紅外熱像儀為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了 “溫度視覺”。它通過捕捉物體發(fā)出的紅外輻射生成熱分布圖像，無(wú)需接觸即可檢測(cè)設(shè)備的發(fā)熱情況。在電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，紅外熱像儀能快速識(shí)別局部過熱區(qū)域（如接觸不良的接線端子），提前預(yù)警潛在故障。某智慧工廠的配電房?jī)?nèi)，紅外熱像儀每 10 分鐘對(duì)配電柜掃描一次，通過分析熱圖溫差變化，成功在設(shè)備跳閘前 2 小時(shí)發(fā)現(xiàn)斷路器接頭過熱，避免了生產(chǎn)線停機(jī)。在光伏電池生產(chǎn)中，紅外熱像儀可檢測(cè)電池片的隱裂 —— 隱裂區(qū)域因電阻變化會(huì)產(chǎn)生微小溫度差異，這種差異在熱圖中呈現(xiàn)明顯的低溫條紋，幫助篩選出不合格產(chǎn)品。
3D 視覺成像設(shè)備突破了二維檢測(cè)的局限，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體三維形態(tài)的精準(zhǔn)測(cè)量。結(jié)構(gòu)光 3D 掃描儀通過投射編碼光圖案到物體表面，根據(jù)圖案變形計(jì)算三維坐標(biāo)，適用于復(fù)雜零部件的尺寸檢測(cè)，如汽車保險(xiǎn)杠的曲面輪廓偏差可精確到 ±0.05 毫米；激光三角測(cè)量?jī)x則利用激光束照射物體，通過反射光的角度變化計(jì)算距離，在機(jī)械臂抓取環(huán)節(jié)，能實(shí)時(shí)獲取工件的三維位置信息，引導(dǎo)機(jī)械臂精準(zhǔn)定位。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片生產(chǎn)中，3D 視覺設(shè)備可掃描葉片的每個(gè)曲面，生成的三維模型與設(shè)計(jì)圖紙比對(duì)后，能自動(dòng)標(biāo)注超差區(qū)域，為后續(xù)加工提供精確的數(shù)據(jù)支持。此外，3D 成像設(shè)備還能用于物料堆垛的體積測(cè)算，在倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)快速統(tǒng)計(jì)原材料庫(kù)存，提升物流周轉(zhuǎn)效率。
全景相機(jī)為智慧工廠提供全局視野，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)場(chǎng)景的整體監(jiān)控。它通過多鏡頭拼接技術(shù)生成 360 度全景圖像，可覆蓋車間、倉(cāng)庫(kù)等大面積區(qū)域。在智慧工廠的中央控制室，管理人員通過全景相機(jī)實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)線的整體運(yùn)行狀態(tài)，如物料運(yùn)輸機(jī)器人的走位、設(shè)備的啟停情況等。當(dāng)某一區(qū)域出現(xiàn)異常（如物料堆積），全景圖像能快速定位事發(fā)位置，并聯(lián)動(dòng)該區(qū)域的特寫相機(jī)獲取細(xì)節(jié)畫面。在大型倉(cāng)儲(chǔ)中心，全景相機(jī)與 RFID 技術(shù)結(jié)合，可追蹤貨物的存儲(chǔ)位置和移動(dòng)軌跡，通過全景圖像與貨物標(biāo)簽信息的疊加，實(shí)現(xiàn)可視化管理，使貨物盤點(diǎn)時(shí)間從傳統(tǒng)的 8 小時(shí)縮短至 1 小時(shí)。
高光譜成像儀為物料成分分析賦予了 “分子視覺”。它能同時(shí)獲取物體的圖像信息和光譜數(shù)據(jù)，通過分析光譜特征識(shí)別物質(zhì)成分。在食品加工智慧工廠中，高光譜成像儀可檢測(cè)谷物中的水分含量、農(nóng)藥殘留等指標(biāo)，無(wú)需破壞樣品即可實(shí)現(xiàn)快速篩查；在塑料回收環(huán)節(jié)，它能根據(jù)不同塑料的光譜特征，自動(dòng)區(qū)分 PET、PE 等材質(zhì)，分揀精度達(dá) 99% 以上。某化工智慧工廠利用高光譜成像儀監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)物料的顏色和成分變化，實(shí)時(shí)調(diào)整反應(yīng)參數(shù)，使產(chǎn)品合格率提升至 99.5%。高光譜成像儀的光譜分辨率可達(dá) 1 納米，能捕捉肉眼無(wú)法區(qū)分的細(xì)微成分差異，為精細(xì)化生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。
無(wú)人機(jī)作為移動(dòng)成像平臺(tái)，拓展了智慧工廠的監(jiān)控維度。搭載高清相機(jī)和 GPS 模塊的無(wú)人機(jī)，可對(duì)廠區(qū)進(jìn)行定期巡檢，尤其適用于大型廠區(qū)的安防監(jiān)控、設(shè)備巡檢等場(chǎng)景。在光伏電站智慧工廠，無(wú)人機(jī)沿預(yù)設(shè)航線飛行，拍攝的光伏板圖像經(jīng)算法分析后，能識(shí)別出電池板的灰塵覆蓋、組件損壞等問題，相比人工巡檢，效率提升 10 倍以上。在倉(cāng)庫(kù)管理中，無(wú)人機(jī)可拍攝貨架頂部的貨物存儲(chǔ)情況，生成三維倉(cāng)儲(chǔ)地圖，幫助管理人員優(yōu)化庫(kù)存擺放。此外，無(wú)人機(jī)還能在應(yīng)急場(chǎng)景中快速響應(yīng)，如廠區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)傳回現(xiàn)場(chǎng)圖像，為指揮決策提供直觀依據(jù)。
不同成像設(shè)備在智慧工廠中形成互補(bǔ)協(xié)作的關(guān)系：工業(yè)相機(jī)保障產(chǎn)品質(zhì)量的精密檢測(cè)，紅外熱像儀守護(hù)設(shè)備安全運(yùn)行，3D 視覺設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維空間的精準(zhǔn)感知，全景相機(jī)掌控全局生產(chǎn)態(tài)勢(shì)，高光譜成像儀深入分析物料成分，無(wú)人機(jī)拓展移動(dòng)監(jiān)控范圍。隨著人工智能算法的不斷優(yōu)化，這些成像設(shè)備將從單純的圖像采集向 “感知 - 分析 - 決策” 一體化發(fā)展，為智慧工廠的智能化升級(jí)提供更加強(qiáng)大的視覺支撐，推動(dòng)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提升。
