宋承秀，劉凱

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機(jī)器人視覺(jué)檢測(cè)在工業(yè)中的應(yīng)用探討

宋承秀，劉凱

（大連豪森瑞德設(shè)備制造有限公司，遼寧 大連 116036）

工業(yè)環(huán)境中，特別是人工成本增加，自動(dòng)化率節(jié)節(jié)升高的今天，人來(lái)做測(cè)量尺寸和判斷會(huì)因?yàn)槠?、個(gè)人之間的差異等產(chǎn)生誤差和錯(cuò)誤，但是機(jī)器不會(huì)，因此機(jī)器人加視覺(jué)系統(tǒng)已經(jīng)成為了越來(lái)越普遍的應(yīng)用模式。機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)就是利用機(jī)器代替人眼來(lái)做各種測(cè)量和判斷。它綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、圖像處理、光機(jī)電等多個(gè)領(lǐng)域。文章就機(jī)器人與視覺(jué)相機(jī)相結(jié)合在裝配線中代替人工上料的應(yīng)用進(jìn)行了探討與介紹。

機(jī)器人；視覺(jué)系統(tǒng)；圖像處理

前言

當(dāng)裝配線上的上線工位需要上線的零件不規(guī)則分布在料架上時(shí)，傳統(tǒng)裝配方式只能靠工人人工搬運(yùn)到線上，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響效率。但是現(xiàn)在可以使用機(jī)器人加視覺(jué)相機(jī)組合成一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)，來(lái)代替人工搬運(yùn)，大大加快了效率。本文就機(jī)器人在裝配線中代替人工進(jìn)行視覺(jué)判斷后搬運(yùn)上線的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

1 視覺(jué)系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 選用的設(shè)備

西門(mén)子S7-300PLC 用于邏輯控制，相機(jī)與機(jī)器人之間通訊；

FUNAC機(jī)器人用于搬運(yùn)工件；

康奈視相機(jī)用于計(jì)算工件偏移量的變化值；

康奈視激光光源用于輔助計(jì)算工件偏移量變化值。

1.2 固定的相機(jī)和固定于機(jī)器人的相機(jī)

1.2.1固定相機(jī)

將相機(jī)固定設(shè)置在架座等上。相機(jī)始終從相同距離觀察相同部位?？梢耘c機(jī)器人進(jìn)行其它作業(yè)期間并行地進(jìn)行視覺(jué)的測(cè)量，因而具有縮短總體周期時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。利用固定相機(jī)觀察放置在工作臺(tái)等上的工件而進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)作補(bǔ)正的補(bǔ)正方法，就是位置補(bǔ)正。伸到固定相機(jī)前對(duì)機(jī)器人把持的工件進(jìn)行測(cè)量，將該工件正確放置到規(guī)定位置的補(bǔ)正方法，就是抓取偏差補(bǔ)正。

圖1 固定相機(jī)和固定于機(jī)器人的相機(jī)

1.2.2固定于機(jī)器人的相機(jī)

將相機(jī)設(shè)置在機(jī)器人的手腕部。通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人，可以利用 1 臺(tái)相機(jī)對(duì)不同場(chǎng)所進(jìn)行測(cè)量，或者改變工件與相機(jī)的距離。固定于機(jī)器人的相機(jī)的情況下， 需要考慮機(jī)器人移動(dòng)造成的相機(jī)的移動(dòng)部分而計(jì)算工件的位置。利用固定于機(jī)器人的相機(jī)觀察放置在工作臺(tái)等上的工件而進(jìn)行機(jī)器人動(dòng)作補(bǔ)正的補(bǔ)正方法，就是位置補(bǔ)正。

因固定于機(jī)器人的相機(jī)方式實(shí)用性更強(qiáng)，本次主要以固定于機(jī)器人的相機(jī)來(lái)進(jìn)行探討。

1.3 相機(jī)標(biāo)定

要實(shí)現(xiàn)將相機(jī)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人坐標(biāo)系下的位姿數(shù)據(jù)，必須建立相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系，該過(guò)程通過(guò)相機(jī)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)。

圖2 相機(jī)標(biāo)定結(jié)果

1.4 相機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算

通過(guò)相機(jī)拍照后工件偏移與坐標(biāo)系比較得出機(jī)器人偏移數(shù)值，傳遞給PLC。

2 PLC設(shè)置

圖3 PLC硬件組態(tài)

數(shù)據(jù)流程：相機(jī)—>PLC—>機(jī)器人

PLC是相機(jī)和機(jī)器人之間的橋梁。以PLC為主站，相機(jī)和機(jī)器人為從站組成Profinet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3 FUNAC機(jī)器人設(shè)定

FUNAC機(jī)器人可以使用OFFSET指令對(duì)抓取的工件位置進(jìn)行偏移，需要相機(jī)每次抓取工件前進(jìn)行照相計(jì)算出偏移值（X、Y、Z、W、P、R），然后把值通過(guò)PLC計(jì)算后傳遞給機(jī)器人。

FUNAC機(jī)器人普通情況下不支持浮點(diǎn)數(shù)傳遞，只能傳遞整數(shù)PLC需要定義好偏移值的信號(hào)的正負(fù)和放大倍數(shù)，從而達(dá)到機(jī)器人精準(zhǔn)偏移。具體信號(hào)如下：

表1

計(jì)算過(guò)程：例如：相機(jī)計(jì)算出的Y軸偏移量值-1.31

這個(gè)值傳遞給PLC后，PLC 需要先判斷偏移值的正負(fù)，如果該值<0，PLC給機(jī)器人的Y-負(fù)DI信號(hào)置為1，同時(shí)把1.31X100變?yōu)?31放到OFFSET_Y GI組信號(hào)中傳給機(jī)器人，機(jī)器人在把收到的OFFSET_Y中的值除以100后與Y-負(fù)信號(hào)關(guān)聯(lián)組合。依次把所有PLC傳遞的偏移值計(jì)算出后，機(jī)器人對(duì)位置點(diǎn)再進(jìn)行偏移，最終保證夾取位置正確。

4 總結(jié)

在生產(chǎn)線上，人來(lái)做此視覺(jué)判斷和搬運(yùn)會(huì)因疲勞、個(gè)人之間的差異等產(chǎn)生誤差和錯(cuò)誤，但是機(jī)器人卻會(huì)不知疲倦地、穩(wěn)定地進(jìn)行下去。機(jī)器人加相機(jī)組成的視覺(jué)系統(tǒng)，在未來(lái)工業(yè)智能制造中比重回越來(lái)越大，承擔(dān)更多的任務(wù)。

[1] FUNAC機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng).

[2] 機(jī)器人技術(shù)手冊(cè).日本機(jī)器人協(xié)會(huì)（宗光華、程軍實(shí)等譯）.

[3] 葉暉.工業(yè)機(jī)器人典型案例精析[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2013.

Application of Robot Vision Inspection in Industry

Song Chengxiu, Liu kai

( Dalian Haosenread Equipment Manufacture Co., Ltd, Liaoning Dalian 116036 )

In the industrial environment, especially with the increase of labor cost and automation rate, people will make errors and errors in measuring size and judging because of fatigue and differences between individuals, but the machine will not. Therefore, robot plus vision system has become a more and more popular application mode. Robot vision system is to use machine instead of human eyes to make various measurements and judgments. It integrates optics, machinery, electronics, computer, image processing, optoelectronics and other fields. In this paper, the application of the combination of robot and visual camera to replace manual feeding in assembly line is discussed and introduced.

Robot; Visual inspection; image processing

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A

1671-7988(2019)07-187-02

宋承秀（1987.5-)，男，電氣工程師，就職于大連豪森設(shè)備制造有限公司電氣設(shè)計(jì)部，從事PLC與機(jī)器人工業(yè)應(yīng)用研究工作。

U466

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1671-7988(2019)07-187-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.063