3D 立 体 摄 像 机
3D 立 体 摄 像 机 帮 助 机 器 人 处 理 料 箱 取 件 难 题 在 自 动 化 批 量 生 产 中 , 很 多 应 用 只 有 依 靠 3D 数 据 才 能 达 到 令 人 满 意 的 结 果 。 难 度 颇 高 的 装 配 流 程 及 更 为 棘 手 的 料 箱 取 件 作 业 也 同 样 离 不 开 3D 数 据 。 能 够 精 准 探 测 到 未 分 类 部 件 的 准 确 位 置 , 对 于 机 器 人 实 现 可 靠 的 料 箱 取 件 来 说 至 关 重 要 。3D 立 体 摄 像 机 便 是 此 类 问 题 的 最 佳 解 决 方 案 , 可 快 速 、 精 准 地 捕 捉 图 像 , 且 成 本 较 低 。 在 机 器 人 支 持 的 生 产 中 , 料 箱 取 件 一 直 以 来 都 是 最 难 执 行 的 任 务 之 一 。 要 想 从 网 眼 托 盘 或 堆 叠 的 料 箱 中 取 出 未 分 类 的 部 件 , 机 器 人 必 须 能 够 准 确 探 测 到 物 体 的 形 状 、 大 小 、 位 置 和 排 列 。 所 有 这 些 信 息 对 于 生 成 无 冲 突 的 机 器 人 路 径 非 常 重 要 。 当 你 开 始 收 集 3D 数 据 时 , 就 会 发 现 困 难 重 重 , 因 为 除 了 要 求 精 确 性 、 完 整 性 之 外 , 还 必 须 确 保 极 短 暂 的 循 环 时 间 和 流 程 的 稳 定 性 。 目 前 可 供 使 用 的 解 决 方 案 为 数 不 多 , 且 均 存 在 一 定 的 缺 陷 : 要 么 速 度 太 慢 , 要 么 无 法 达 到 量 产 所 要 求 的 流 程 稳 定 性 水 平 , 要 么 成 本 太 高 。 3D 摄 像 机 循 环 时 间 短 、 实 用 性 高 并 且 成 本 低 IDS 公 司 生 产 的 Ensenso 3D 立 体 摄 像 机 在 循 环 时 间 、 实 用 性 和 成 本 方 面 , 都 可 以 达 到 机 器 人 可 视 应 用 的 要 求 。 该 工 业 摄 像 机 带 有 一 个 USB 接 口 , 是 市 场 上 首 款 同 类 产 品 , 它 不 仅 将 两 个 WVGA 分 辨 率 的 全 局 快 门 CMOS 图 像 传 感 器 和 强 大 的 软 件 整 合 到 一 个 非 常 紧 凑 的 外 壳 内 , 而 且 带 有 一 个 红 外 图 形 投 影 器 。 投 影 器 将 随 机 点 状 图 形 投 射 到 待 捕 捉 的 物 体 上 , 以 增 强 或 突 出 不 可 见 或 模 糊 不 清 的 表 面 结 构 。 这 一 点 起 到 决 定 性 作 用 , 因 为 立 体 匹 配 需 要 识 别 图 像 中 的 “ 兴 趣 点 ”。 然 后 , 两 个 图 像 传 感 器 根 据 立 体 视 觉 原 理 捕 捉 物 体 图 像 。 最 终 , 系 统 根 据 三 角 测 量 原 理 , 利 用 几 何 关 系 , 针 对 每 一 像 素 构 建 或 计 算 出 对 3D 坐 标 。 这 就 意 味 着 , 即 使 外 观 为 相 对 单 色 调 的 部 件 被 放 置 到 料 箱 中 , 无 需 额 外 的 技 术 工 作 , 就 可 以 产 生 无 缝 并 且 详 细 完 整 的 3D 外 观 图 像 。 而 所 有 这 一 切 仅 仅 发 生 在 几 毫 秒 之 内 。 机 器 人 单 元 的 循 环 时 间 小 于 10 秒 对 于 bsAutomatisierung 公 司 而 言 , 将 Ensenso 应 用 在 料 箱 取 件 机 器 人 单 元 中 , 便 可 从 如 此 卓 越 的 速 度 中 获 益 匪 浅 。 该 公 司 总 部 位 于 斯 图 加 特 以 南 约 60 公 里 的 罗 森 菲 尔 德 小 城 INDUSTRIAL AUTOMATION SHOW 关 于 IDS IDS 图 像 开 发 系 统 公 司 是 一 家 生 产 高 性 能 CMOS 摄 像 机 ( 带 USB 3.0 接 口 ) 和 高 速 千 兆 以 太 网 摄 像 机 的 跨 国 企 业 。 该 公 司 总 部 位 于 德 国 上 苏 尔 姆 (Obersulm), 并 在 美 国 和 日 本 设 有 子 公 司 , 在 欧 洲 和 亚 洲 设 有 办 事 处 。 在 2015 年 ,IDS 公 司 加 强 了 其 国 际 业 务 , 在 亚 洲 的 销 售 额 与 上 年 度 相 比 增 长 了 17%。 公 司 员 工 数 量 超 过 200 人 。
机 器 视 觉 (Rosenfeld), 专 门 致 力 于 开 发 和 制 造 设 备 生 产 和 零 件 搬 运 领 域 快 速 准 确 的 装 卸 系 统 。 其 料 箱 取 件 单 元 可 以 从 料 箱 自 动 取 出 任 意 排 列 的 单 个 部 件 , 并 将 它 们 传 送 到 下 游 的 生 产 流 程 。 该 单 元 可 以 实 现 的 循 环 时 间 小 于 10 秒 , 这 是 传 统 解 决 方 案 无 法 做 到 的 , 例 如 光 切 法 。 根 据 应 用 和 客 户 要 求 , 该 单 元 可 以 配 置 经 典 多 轴 工 业 机 器 人 或 线 性 门 式 机 器 人 。 它 们 具 有 模 块 化 结 构 , 可 以 进 行 调 整 , 以 适 应 不 同 尺 寸 的 料 箱 , 并 且 被 设 计 为 用 于 一 个 料 箱 或 多 达 四 个 料 箱 同 时 使 用 。 每 个 料 箱 由 两 台 固 定 安 装 的 Ensenso 摄 像 机 监 控 。 与 将 摄 像 机 直 接 安 装 在 机 器 人 手 臂 上 相 比 , 这 种 方 式 具 有 两 个 重 要 优 势 。 第 一 , 该 系 统 的 循 环 时 间 更 短 。 在 机 器 人 从 一 个 料 箱 中 取 出 部 件 的 同 时 , 另 一 个 料 箱 中 便 可 启 动 物 件 检 测 流 程 。 即 使 只 需 从 一 个 料 箱 中 取 出 部 件 , 在 机 器 人 将 上 一 个 取 出 的 部 件 放 到 其 它 位 置 的 过 程 中 , 系 统 已 经 开 始 执 行 寻 找 下 一 部 件 的 程 序 。 摄 像 机 的 校 准 简 单 易 行 另 一 个 优 势 在 于 , 来 自 不 同 Ensenso 摄 像 机 的 图 像 很 容 易 相 互 校 准 , 因 为 摄 像 机 软 件 经 过 特 殊 设 计 , 可 以 处 理 多 摄 像 机 程 序 。 当 同 时 使 用 两 个 或 者 多 个 摄 像 机 时 , 可 以 同 时 从 多 个 角 度 获 取 一 个 场 景 , 因 此 可 以 降 低 光 影 、 扩 大 视 野 范 围 。 当 多 个 摄 像 机 工 作 时 ,N10 软 件 能 够 以 类 似 方 式 传 送 一 个 包 含 所 有 摄 像 机 数 据 的 3D 点 云 。 通 过 调 整 安 装 摄 像 机 的 数 量 , 可 以 对 结 果 的 精 确 度 进 行 调 整 , 以 达 到 图 像 上 的 任 何 要 求 。 此 外 , 凭 借 Ensenso 软 件 , 不 仅 可 以 同 时 使 用 多 个 立 体 摄 像 机 , 而 且 可 以 将 这 些 摄 像 机 与 传 统 的 工 业 摄 像 机 结 合 使 用 , 例 如 获 取 颜 色 信 息 或 条 形 码 。 最 后 ,Ensenso 软 件 可 以 控 制 两 个 CMOS 图 像 传 感 器 和 图 形 投 影 器 , 并 且 负 责 3D 数 据 的 获 取 和 预 处 理 。 因 此 , 帧 频 和 图 像 质 量 都 会 得 到 优 化 , 也 会 明 显 减 少 电 脑 上 进 行 分 析 处 理 时 所 需 的 资 源 。 摄 像 机 的 工 作 距 离 设 计 为 260 mm 至 1,400 mm, 可 以 用 于 可 变 的 图 像 范 围 。3.6 至 16 mm 的 可 用 焦 距 可 以 覆 盖 范 围 较 广 的 距 离 和 尺 寸 。 不 同 于 其 它 3D 图 像 处 理 流 程 , 该 摄 像 机 能 够 以 多 达 30 帧 / 秒 的 帧 频 拍 摄 静 态 和 动 态 的 物 体 。 其 他 物 品 看 做 动 态 障 碍 物 。 软 件 利 用 这 些 信 息 , 并 借 助 来 自 生 产 单 元 、 机 器 人 及 其 机 械 手 的 CAD 数 据 生 成 一 条 无 冲 突 的 机 器 人 路 径 。 之 后 该 路 径 又 会 被 传 输 至 机 器 人 控 制 系 统 , 并 加 以 实 施 。 尝 试 料 箱 取 件 时 , 可 能 会 由 于 误 差 、 识 别 错 误 或 零 件 滑 出 位 置 等 失 败 。 但 是 通 过 机 械 手 臂 上 安 装 的 多 个 传 感 器 以 及 机 械 手 臂 与 法 兰 之 间 的 冲 突 监 控 , 机 器 人 可 以 检 测 到 上 述 情 形 。 之 后 机 器 人 会 自 动 选 择 路 线 从 料 箱 中 退 出 , 再 尝 试 于 其 它 位 置 提 取 零 件 。 整 个 过 程 无 需 人 工 干 预 。 总 结 目 前 为 止 , 由 于 3D 计 算 机 视 觉 的 复 杂 性 和 高 昂 的 成 本 , 其 潜 力 几 乎 还 没 有 被 发 掘 。 尽 管 如 此 , 来 自 bsAutomatisierung 的 料 箱 取 件 单 元 为 我 们 展 示 了 , 如 何 通 过 Ensenso 3D 立 体 摄 像 机 在 保 证 可 靠 性 和 低 成 本 的 基 础 上 实 施 该 流 程 。 摄 像 机 可 以 通 过 USB 2.0 端 口 轻 松 接 入 , 其 工 艺 设 计 也 让 该 产 品 拥 有 极 具 吸 引 力 的 价 格 。 并 且 , 从 速 度 角 度 来 说 ,Ensenso 远 远 高 于 其 它 解 决 方 案 。 除 了 带 有 USB 接 口 的 Ensenso 的 型 号 之 外 , 该 公 司 很 快 将 会 推 出 新 款 产 品 , 该 产 品 带 有 千 兆 网 连 接 , 并 配 有 2 个 e2v 公 司 的 1.3 兆 像 素 CMOS 图 像 传 感 器 。 照 片 :IDS 图 像 开 发 系 统 公 司 https://cn.ids-imaging.com The easyway of Machine Vision 将 3D 数 据 直 接 传 送 出 去 除 了 上 述 卓 越 成 效 之 外 ,Ensenso 还 为 原 始 设 备 制 造 商 和 系 统 集 成 商 提 供 了 另 一 重 要 优 势 。 它 随 时 可 以 投 入 使 用 , 将 3D 数 据 传 输 出 去 。 这 就 意 味 着 , 收 到 Ensenso 之 后 可 以 立 即 安 装 。 唯 一 需 要 的 剩 余 工 作 就 是 对 机 器 人 进 行 校 准 , 以 便 能 够 配 合 摄 像 机 使 用 。 这 一 点 利 用 安 装 在 机 器 人 机 械 手 上 的 校 准 板 便 可 轻 松 完 成 。 软 件 通 过 校 准 板 计 算 摄 像 机 的 安 装 位 置 , 机 器 人 的 坐 标 系 统 中 即 刻 便 可 显 示 出 3D 数 据 。 拍 摄 的 图 像 使 用 Halcon 11 进 行 分 析 。 所 需 的 界 面 包 含 在 Ensenso 的 综 合 软 件 包 中 , 同 时 还 包 括 一 个 用 于 C、C++ 和 C# 的 应 用 程 序 界 面 。 分 析 之 后 , 系 统 将 所 找 到 部 件 的 目 标 坐 标 以 及 料 箱 中 的 其 他 物 品 转 发 至 软 件 模 块 , 此 时 将 料 箱 中 的 lighting camera system Aperfectly matched system lenses of machine vision components. Atechnologythatisinnovative, uncomplicated and intuitive. Aservicephilosophywith integrated specialist expertisethatleavesnoquestion unanswered. Take the easyway of machine vision. With Vision &Control. www.vision-control.com World of Industries 7/2016 55 Vision-Control_LHA.indd 1 22.09.2016 10:27:13
