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    工業機器人視覺三維成像技術

    2020-07-20 13:10:00來源: 瀏覽量:
    核心摘要:國家智能制造高速發展,在很多應用場景下,需要為工業機器人安裝一雙眼睛,即機器人視覺成像感知系統,使機器人具備識別、分析、處理等更高級的功能,可以正確對目標場景的狀態進行判斷與分析,做到靈活地自行解決發生的問題
     
       在工業4.0時代,國家智能制造高速發展,傳統的編程來執行某一動作的機器人已經難以滿足現今的自動化需求。在很多應用場景下,需要為工業機器人安裝一雙眼睛,即機器人視覺成像感知系統,使機器人具備識別、分析、處理等更高級的功能,可以正確對目標場景的狀態進行判斷與分析,做到靈活地自行解決發生的問題。
     
    機器視覺系統組成
     
    典型的機器視覺系統可以分為:圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分?;赑C的視覺系統具體由如圖一所示的幾部分組成:
     機器人視覺三維成像技術
    圖一   機器視覺系統組成
     
    ①工業相機與工業鏡頭——這部分屬于成像器件,通常的視覺系統都是由一套或者多套這樣的成像系統組成,如果有多路相機,可能由圖像卡切換來獲取圖像數據,也可能由同步控制同時獲取多相機通道的數據。根據應用的需要相機可能是輸出標準的單色視頻(RS-170/CCIR)、復合信號(Y/C)、RGB信號,也可能是非標準的逐行掃描信號、線掃描信號、高分辨率信號等。
    ②光源——作為輔助成像器件,對成像質量的好壞往往能起到至關重要的作用,各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素燈等都容易得到。
    ③傳感器——通常以光纖開關、接近開關等的形式出現,用以判斷被測對象的位置和狀態,告知圖像傳感器進行正確的采集。
    ④圖像采集卡——通常以插入卡的形式安裝在PC中,圖像采集卡的主要工作是把相機輸出的圖像輸送給電腦主機。它將來自相機的模擬或數字信號轉換成一定格式的圖像數據流,同時它可以控制相機的一些參數,比如觸發信號,曝光/積分時間,快門速度等。圖像采集卡通常有不同的硬件結構以針對不同類型的相機,同時也有不同的總線形式,比如PCI、PCI64、Compact PCI,PC104,ISA等。
    ⑤PC平臺——電腦是一個PC式視覺系統的核心,在這里完成圖像數據的處理和絕大部分的控制邏輯,對于檢測類型的應用,通常都需要較高頻率的CPU,這樣可以減少處理的時間。同時,為了減少工業現場電磁、振動、灰塵、溫度等的干擾,必須選擇工業級的電腦。
    ⑥視覺處理軟件——機器視覺軟件用來完成輸入的圖像數據的處理,然后通過一定的運算得出結果,這個輸出的結果可能是PASS/FAIL信號、坐標位置、字符串等。常見的機器視覺軟件以C/C++圖像庫,ActiveX控件,圖形式編程環境等形式出現,可以是專用功能的(比如僅僅用于LCD檢測,BGA檢測,模版對準等),也可以是通用目的(包括定位、測量、條碼/字符識別、斑點檢測等)。
    ⑦控制單元(包含I/O、運動控制、電平轉化單元等)——  視覺軟件完成圖像分析(除非僅用于監控),緊接著需要和外部單元進行通信以完成對生產過程的控制。簡單的控制可以直接利用部分圖像采集卡自帶的I/O,相對復雜的邏輯/運動控制則必須依靠附加可編程邏輯控制單元/運動控制卡來實現必要的動作。
      
    一個完整的機器視覺系統的主要工作過程如下:
     
    1.工件定位檢測器探測到物體已經運動至接近攝像系統的視野中心,向圖像采集部分發送觸發脈沖。
    2.圖像采集部分按照事先設定的程序和延時,分別向攝像機和照明系統發出啟動脈沖。 
    3.攝像機停止目前的掃描,重新開始新的一幀掃描,或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態,啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。 
    4.攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構,曝光時間可以事先設定。
    5.另一個啟動脈沖打開燈光照明,燈光的開啟時間應該與攝像機的曝光時間匹配。 
    6.攝像機曝光后,正式開始一幀圖像的掃描和輸出。 
    7.圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數字化,或直接接收攝像機數字化后的數字視頻數據。 
    8.圖像采集部分將數字圖像存放在處理器或計算機的內存中。 
    9.處理器對圖像進行處理、分析、識別,獲得測量結果或邏輯控制值。
    10.處理結果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。
     
    工業機器人視覺成像的結構形式
     
    工業機器人視覺系統的主要功能是模擬人眼視覺成像與人腦智能判斷和決策功能,采用圖像傳感技術獲取目標對象的信息,通過對圖像信息提取、處理并理解,最終用于機器人系統對目標實施測量、檢測、識別與定位等任務,或用于機械人自身的伺服控制。
     
    在工業應用領域,最具有代表性的機器人視覺系統就是機器人手眼系統。根據成像單元安裝方式不同,機器人手眼系統分為兩大類:固定成像眼看手系統(Eye-to-Hand)與隨動成像眼在手系統(Eye-in-Hand, or
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