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機器視覺

應用In-Sight 8405智能相機實現3D空間的定位抓取

  2017年08月28日  

  寧波海天集團股份有限公司(以下簡稱海天集團)是中國目前最大的注塑機生產基地。海天集團年產注塑機3萬余臺,其中很多零部件都是公司內部加工,加工的自動化、高柔性成為海天集團實現工業4.0的重要一環。

  海天集團十一分廠主要完成連桿的機加工工作,“塑機種類繁多,本項目中的兩臺機床加工的連桿規格有五十余種,尋找一個全部通用的上料機構非常困難,絕無可能。”海天集團的生產工程師指出,“為了實現快速換型加工,機器人如何自動上料是個難點,在這個問題上公司花費了大量的人力、物力和財力,但是結果卻事倍功半。”

  2012年,康耐視在蘇州舉行了一次產品推介會,海天集團的生產工程師正好參會,了解到康耐視是全球視覺行業的領先者。

  “后來正好有這個項目需求,自然就想到了康耐視,他們向我們推薦了一直以來有合作的金測公司。”海天集團的生產工程師介紹說,“金測公司專門為該項目做了大量的測試和調研,最終確定使用康耐視強大的高精度定位算法PatMax視覺工具幫我們解決棘手難題。”

  “因為連桿規格很多,康耐視直接帶來相機對不同款的產品,進行了很多實際測試,直接將結果體現出來,最后發現效果很好。”海天集團的生產工程師指出,“我們同時也找了其他機器視覺公司進行測試比較,他們也采用了幾何圖案匹配的概念。但是詮釋概念的方式各有不同,所以最終的性能特點差別很大,不能很好的適應海天集團的工況。”

  最終,在綜合考量相機的處理量、準確度、速度和圖案對準等各方面的指標,海天集團選用了康耐視In-Sight 8405系列智能相機,其特有的PatMax成為這個自動化項目中的關鍵利器。

  使用圖案匹配技術是決定機器視覺產品應用成功與否的關鍵。在線檢測時,需要在相機的視野范圍內搜索模板圖案即圖案匹配。圖案匹配有時會非常困難,因為有許多的因素會影響物體在視覺系統中的顯示方式。

  傳統的圖案匹配技術通常以正規化相關性的像素網格分析流程為基礎。這種方法尋找某物體的灰度級別(或基準圖像)與圖像各部分之間的統計學相似性,然后確定物體的X/Y位置。這種方法盡管在某些情況下非常有效,但當生產線的外界環境經常有明暗、產品角度、尺寸和外形發生變化時,尋找物體的穩定性和準確性會受到限制。

  為克服這些限制,康耐視推出了基于幾何特征的圖案匹配技術專利算法——PatMax。PatMax不受圖案灰度變化的影響,根據像素網格的邊界曲線獲取物體的幾何形狀,然后在圖像中尋找相似的形狀,允許產品特征有角度和縮放的自由度。這樣,不管物體角度、大小和形狀如何變化都能準確地定位到產品特征。

  PatMax?作為業界工件和特征定位的黃金標準,可在最棘手的條件下提供準確和可重復的檢測。PatMax技術作為機器視覺中首項高準確度、高速度、高處理量的物體定位技術于 1997 年首次獲得專利認證,是諸如PatMax SA、PatMax XLC、Synthetic PatMax、PatInspect?、PatFlex?、OCVMax?和 IDMax?等輔助工具的基礎,涵蓋業界使用范圍最為廣泛的圖案匹配和檢測。

  康耐視 In-Sight 視覺系統具有卓越的工件檢驗、識別和引導功能。這種工業級獨立的視覺系統包含有高級視覺工具庫,具有高速圖像采集和處理功能。

  在海天集團的生產現場,In-Sight視覺系統結合機器人自動定位抓取實現自動上料,完美解決了生產難題,如下:1)大大小小50余種連桿的識別;2)2個托盤不同產品的識別和自動切換程序;3)相機將圖像特征自動轉換成機器人對應的坐標點;4)相機將定位的坐標傳輸給機器人,機器人進行自動定位抓取;5)最終實現50余款塑機連桿的自動定位識別抓取上料,實現了機床的高柔性,快速換型的需求。

  在該項目中,機床連桿自動上下料總共分為個6個步驟:1)視覺識別引導機器人定位抓取進行拆垛;2)液壓工裝自動夾持;3)連桿孔位加工后自動在線檢測;4)機器人下料進行激光打碼;5)機器人進行下料碼垛;6)左右兩臺機床加工不同的零件,機器人自動更換夾爪后,康耐視智能視覺系統自動切換模板進行另一型號連桿上下料。這樣,機器人根據相機拍攝的產品特征(孔徑大小)自動識別層數,自動進行逐層的定位識別抓取,大大降低了成本。

  “我們采用了PatMax利用高級幾何圖案匹配技術定位工件,既可靠又準確。即使在最為極端的條件下,比如工件上有鐵屑、油污、鐵銹等,康耐視也能準確穩定的找出工件,”海天集團的生產工程師評價說,“這個工具也能大大減少或消除固定要求和成本,原本如此多規格的產品定位機構是無法實現的,或者需要很多套復雜的機械結構來實現。對于定位零件或特征來說,PatMax是視覺系統中視覺檢測處理量最大和最為可靠的工具。”

  “整個系統實現了視覺引導機器人自動抓取上下料,注塑機零件實現智能智造,大大減輕了工人的勞動強度,增加了機床效率,以后所有機加工要大規模推廣應用此項技術。”海天集團的生產負責人最后強調,“很多客戶來海天集團參觀考察后,對海天集團的實力有了進一步的深刻了解,相信我們憑借‘注塑機+整廠規劃+信息化集成+周邊輔助集成+自動化集成’的強大利器,就能全方位實現從‘只能’注塑到‘智能’注塑的轉變。”

現場總布局圖

 

雙工位上下料區(兩堆料不一樣,托盤前半部分毛坯區,后半部分成品區)

 

視覺安裝位

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