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機器視覺引導分揀系統介紹
2019-03-03 | 行業資訊

隨著自動化技術和計算機技術的革新,機器視覺作為人工智能的一個重要分支在全球范圍內蓬勃發展。與其他技術相比,機器視覺技術專業性更高,綜合性更強。其所延伸的產品,大都具有高精度、高效率、適應能力強、高度自動化等優點。全國人大第五次會議上,相關領導人明確提出要加快培育新材料、人工智能、集成電路、生物制藥、第五代移動通信等新興產業,把發展智能制造作為主攻方向。

機器視覺不僅僅是人類視覺的替代品,它更是生產質量和生產力的驅動力。在工業制造業中,很多需求需要對產品進行檢測、分類、定位,特別在一些生產種類繁多,生產環境惡劣,產品要求較高,工廠規模較大的生產線上,車間的自動化水平直接決定了生產的效率。因此,機器視覺技術的發展是大勢所趨,在工業制造業轉型中有著重要地位,是實現工業自動化的必要手段。


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視覺引導分揀系統簡介

當前物品分揀線上,大多還是靠傳統視覺進行分揀,而傳統視覺方法主要是依靠人工進行判斷。但人工長時間工作容易產生疲勞,無法一直保證很高的檢測效率。且由于人眼本身的生理極限,很難在速度、精度等方面達到較高的標準。因此,傳統的人工檢測方式制約了生產力水平的發展和提高,已經難以滿足生產生活的需要,現代分揀產業也迫切需要更多新的機器技術來替代人類視覺。

本系統是基于上述實際要求進行的目標性設計,是為了解決一類人或廠商遇到的具體問題。該系統在生產線上主要承擔兩個連續的引導檢測任務:

1、定位產品完成抓取。

2、定位載物托盤完成放置。

在執行時,此流程由電氣程序、機械結構、機器人、上位機程序相互配合,自動完成。

其中,對于定位算法的要求同樣包含兩方面:

1、產品在抓取工位的擺放位置和擺放數量都是隨機的,需要由視覺對其定位,引導機器人調整位姿準確抓??;

2、將抓取的產品放到托盤里面,載物托盤的位置同樣是隨機的,需要由視覺定位載物托盤的當前位置,調整機器人姿態,完成準確放置。

該系統在實際應用中,其識別準確率可達到98%以上。從抓取到精準放置,累計誤差在0.1mm以內,精度較高,可以滿足絕大多數視覺引導機器人項目的需求。而且在模板創建方面,預留了接口,可以無限添加目標物模板。


系統定位檢測原理

系統的檢測算法主要以康耐視的VisionPro算法庫中的PatMax算法進行匹配。

該算法是基于形狀進行匹配,即根據設定的圖像特征和閾值,在視野內提取特征進行匹配,從而鎖定目標的一種方法。對于PatMax算法,處理的圖像對比度范圍較廣,對于散焦、部分遮擋和預期之外的特征都可以做到精準識別,且可完成坐標定位,角度測量和尺寸大小等目標結果的輸出。其原理流程如下圖所示:


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輸入為視野圖像和模板圖像,輸出為查找到的坐標位置、得分、角度和縮放比例。視野圖像是運行過程中相機視野采集到的圖像,模板圖像是提前保存好的具有目標物體特征的圖像。

實際應用過程中,相機采集的視野圖像內包含有一個或多個模板圖像,并且會存在角度偏轉,大小比例縮放等情況。在創建模板時,需要針對性的優化模板特征參數以及特征圖案,從而找到成功率最高的參數模板配置。


系統的設計與實現

整個系統的由軟件和硬件兩部分組成。


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硬件組成??檣?,視覺系統可分為圖像采集系統、工控機、工業機器人三大???,三大??櫓渚哂星昂笙嗷バ鞴叵?。

圖像采集系統包括相機、鏡頭、光源;工控機即電腦相關設備;工業機器人包括機器人本體、機器人配電柜、機器人手控盒三個主要部分。此系統中,除上述主要的組成??橥饣褂釁淥ㄖ緣埠芄丶撓布槌?,如電氣模組、機械結構等,這些硬件保證了系統功能的完整性。

對于視覺系統來說一張好的初始圖片可以大大降低算法的復雜度,在圖像采集系統的硬件選型上,結合實際需求做了大量的測試,最終確定以四面條光,相機采用的1200萬高像素面陣相機取像。

軟件部分承擔了視覺引導系統的圖像分析、數據轉化傳輸、流程控制等功能。是系統運行的靈魂所在,本視覺系統整個軟件部分是由上位機軟件和機器人程序兩大部分組成。兩者相互之間通過邏輯交互,共同完成整個的流程工作。其中上位機軟件是視覺系統軟件部分的主體,機器人程序主要是輔助上位機軟件,配合完成流程的執行。要保證系統的完整性,上位機軟件需由圖像預處理???、標定???、校準???、形狀匹配???、斑點檢測???、相機調用???、通訊??櫧嘰竽?樽槌?。


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系統分為兩個檢測工位,分別負責定位工件和托盤,從圖像定位到機器人執行抓放動作,都由系統自動完成,無需人工參與。在系統底層的處理算法中,除圖片預處理、目標定位等

圖像方面的算法外,系統還應用到了坐標轉化、仿射矩陣轉換等數學方面的計算,其穩定性已經得到過驗證。

另外,考慮到系統的通用性,在設計時對于模板的創建預留了接口,所定位的目標物模板可以進行任意添加。


結論

本文以機器視覺理論為背景,構建并實現了一套完整的視覺引導分揀系統。構建過程中結合實際應用經驗,對系統涉及到的硬件選型、圖像算法穩定性、機器人通信、相機SDK調用等做詳細驗證與實現。在實際應用過程中,該系統可做到大大提高產線的生產效率,降低生產的破損率,具有較高的精度和穩定性。