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        基于FANUC 機(jī)器視覺(jué)的工件分揀應(yīng)用研究

        2022-06-07 06:30:46黃朝輝
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年16期
        關(guān)鍵詞:程序設(shè)置作業(yè)

        黃朝輝

        (柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西 柳州 545006)

        目前,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)基本都是由工業(yè)相機(jī)、圖形處理系統(tǒng)、執(zhí)行圖像處理結(jié)果的工控機(jī)或機(jī)器人等軟硬件組成,分別由不同的供應(yīng)商提供,軟硬件都不是集成在一起,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和操作難度。在軸承缺珠檢測(cè)中,智能相機(jī)抓拍采集圖像經(jīng)過(guò)相機(jī)開發(fā)軟件處理的數(shù)據(jù)讀取到PLC 的內(nèi)部寄存器,由PLC 控制達(dá)到分揀的目的[1]。工件在線檢測(cè)中,工業(yè)攝像機(jī)采集的圖像傳送給計(jì)算機(jī)的圖像分析軟件進(jìn)行處理和判斷,機(jī)器人通過(guò)與計(jì)算機(jī)的連接通信實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的抓取[2]。蘋果采摘機(jī)器人系統(tǒng)中,雙目視覺(jué)系統(tǒng)采集圖像處理后通過(guò)工控機(jī)控制伺服驅(qū)動(dòng)和末端執(zhí)行器完成采摘任務(wù)[3]。機(jī)器視覺(jué)定位的自動(dòng)貼膜機(jī)控制系統(tǒng)中,相機(jī)控制器與PLC 進(jìn)行通信,貼膜機(jī)械手由PLC 控制完成動(dòng)作[4]。

        FANUC 作為世界上極少數(shù)在機(jī)器人系統(tǒng)中集成視覺(jué)功能的機(jī)器人供應(yīng)商,大大降低了視覺(jué)系統(tǒng)的使用成本,可實(shí)現(xiàn)高柔性的機(jī)器人應(yīng)用。全部工藝由機(jī)器人上的CPU 單元執(zhí)行,因而不會(huì)產(chǎn)生通信延時(shí)的現(xiàn)象,也不需要再附加硬件[5]。

        1 iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

        iRVision 是FANUC 研發(fā)的即插即用視覺(jué)傳感器系統(tǒng)。只要將工業(yè)相機(jī)和電纜連接到機(jī)器人的處理器上,就可以立即使用。為機(jī)器人提供視覺(jué)的系統(tǒng)完全是集成到機(jī)器人的控制器中[6]。

        在一般情況下,iRVision 由如下設(shè)備構(gòu)成:相機(jī)、鏡頭、相機(jī)電纜、照明裝置、復(fù)用器(根據(jù)需要選配),如圖1 所示。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝連接方便,占用空間面積少。

        圖1 iRVision 的典型設(shè)備構(gòu)成圖

        根據(jù)工藝的需要選擇FANUC M-10iA 機(jī)器人和FANUC R-30iB Mate 控制器,相機(jī)使用SONY XC-56 CCD 相機(jī),如圖2 所示。

        圖2 SO?NY XC-56 CCD 相機(jī)

        2 iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理

        iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)用于補(bǔ)償機(jī)器人的軌跡偏差,偏差值定位精準(zhǔn),確保機(jī)器人高品質(zhì)完成作業(yè),系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),已處于國(guó)內(nèi)外高水準(zhǔn)行列[7]。

        FANUC 機(jī)器人是示教重放方式的機(jī)器人,以相同的方式對(duì)放置在工作臺(tái)上的工件進(jìn)行作業(yè),必須每次把工件放置在相同的位置。iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)使用相機(jī)對(duì)工件的位置進(jìn)行測(cè)量,對(duì)處于與示教機(jī)器人的程序時(shí)不同位置的工件,采用能以相同的方式進(jìn)行作業(yè)的形態(tài)補(bǔ)正機(jī)器人的動(dòng)作。

        補(bǔ)正機(jī)器人就是利用傳感器識(shí)別現(xiàn)在工件的實(shí)測(cè)位置與機(jī)器人程序示教時(shí)工件的基準(zhǔn)位置之間的偏差量,并計(jì)算出進(jìn)行機(jī)器人位置補(bǔ)正的補(bǔ)正量(或補(bǔ)償數(shù)據(jù))。

        因此,在iRVision 上計(jì)算機(jī)器人補(bǔ)正量,假設(shè)使得補(bǔ)正用坐標(biāo)系位移,這樣就無(wú)需個(gè)別計(jì)算各點(diǎn)的補(bǔ)正量。如圖3 所示,使得補(bǔ)正用坐標(biāo)系移至處于實(shí)測(cè)位置的工件就好像處于基準(zhǔn)位置那樣的位置。通過(guò)補(bǔ)正坐標(biāo)系本身,就無(wú)需針對(duì)每個(gè)示教點(diǎn)計(jì)算補(bǔ)正量,因而具有便于示教作業(yè)進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。iRVision 將補(bǔ)正用坐標(biāo)系的移動(dòng)量作為補(bǔ)正量予以輸出。機(jī)器人通過(guò)iRVision 獲取偏移值后,就可以帶著偏移值按照示教機(jī)器人時(shí)的移動(dòng)指令完成對(duì)偏移放置位置的工件進(jìn)行作業(yè)。

        圖3 補(bǔ)正用坐標(biāo)系的位移圖

        3 iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用

        iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)直接在機(jī)器人設(shè)備上就可以完成全部設(shè)置,無(wú)需第三方軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理。

        通過(guò)FANUC 機(jī)器人iRVision2 維補(bǔ)正技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的準(zhǔn)確抓取,確保順利實(shí)施下一道工序的任務(wù),例如裝配、碼垛、定位、焊接、選件等。機(jī)器人末端執(zhí)行器準(zhǔn)確抓取不同位置工件的前提是確保iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)的正確設(shè)置和程序創(chuàng)建。

        iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)有2D 和3D 的視覺(jué)應(yīng)用,其中2維補(bǔ)正功能是這些應(yīng)用的基礎(chǔ)。2 維補(bǔ)正功能最典型的視覺(jué)應(yīng)用方法是1 臺(tái)相機(jī)的2 維補(bǔ)正,其他適用方法都需要應(yīng)用1 臺(tái)相機(jī)的2 維補(bǔ)正的啟動(dòng)步驟來(lái)啟動(dòng)。

        1 臺(tái)相機(jī)的2 維補(bǔ)正功能是利用1 臺(tái)相機(jī)檢出平面上任意位置的工件,對(duì)工件的平行移動(dòng)(X,Y)以及X-Y 平面的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)(R)方向進(jìn)行補(bǔ)正的一種功能。iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)的2 維補(bǔ)正的流程如圖4 所示。

        圖4 iRVision 2 維補(bǔ)正的流程圖

        3.1 相機(jī)的標(biāo)定

        相機(jī)的標(biāo)定采取通用的標(biāo)定方法:點(diǎn)陣板標(biāo)定。使用的工具叫點(diǎn)陣板夾具,在將點(diǎn)陣板夾具固定設(shè)置在工作臺(tái)等進(jìn)行標(biāo)定時(shí),通常使用比視野尺寸大一圈的點(diǎn)陣板夾具,點(diǎn)陣板標(biāo)定的設(shè)置步驟如圖5 所示。

        圖5 點(diǎn)陣板標(biāo)定的流程圖

        點(diǎn)陣板標(biāo)定具體的流程為:大多數(shù)情況下選擇0號(hào)用戶坐標(biāo)作為設(shè)定相機(jī)標(biāo)定的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的初始值。在iRVision 上進(jìn)行相機(jī)數(shù)據(jù)中相機(jī)的種類、相機(jī)的設(shè)置方法等設(shè)定。在執(zhí)行相機(jī)的標(biāo)定之前調(diào)整鏡頭的光圈和焦點(diǎn)。在設(shè)定點(diǎn)陣板夾具的設(shè)置信息時(shí),使用正確進(jìn)行了TCP 設(shè)置的觸針觸碰的方法在用戶坐標(biāo)系中設(shè)定設(shè)置信息。該TCP 設(shè)置的精度會(huì)影響到機(jī)器人搬運(yùn)工件的精度。在圖6 點(diǎn)陣板標(biāo)定的設(shè)定畫面中,正確選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系和點(diǎn)陣板夾具設(shè)置信息設(shè)定的坐標(biāo)系編號(hào)。最后確認(rèn)所創(chuàng)建標(biāo)定數(shù)據(jù)的內(nèi)容和標(biāo)定點(diǎn),若沒(méi)有問(wèn)題,則標(biāo)定結(jié)束。

        圖6 點(diǎn)陣板標(biāo)定的示教畫面

        3.2 補(bǔ)正用坐標(biāo)系的設(shè)定

        在用戶坐標(biāo)系上以使得補(bǔ)正用坐標(biāo)系的XY 平面與放置有工件的面的平行方式來(lái)設(shè)定補(bǔ)正用坐標(biāo)系。本例中補(bǔ)正用坐標(biāo)系已被設(shè)定在1 號(hào)用戶坐標(biāo)系中。補(bǔ)正用坐標(biāo)系通過(guò)使用觸針碰觸進(jìn)行設(shè)定。如圖7 所示,在傳送帶上設(shè)定補(bǔ)正用坐標(biāo)系。

        圖7 補(bǔ)正用坐標(biāo)系示意圖

        3.3 視覺(jué)處理程序的創(chuàng)建和示教

        一臺(tái)相機(jī)檢測(cè)工件的2 維位置而進(jìn)行機(jī)器人補(bǔ)正的視覺(jué)程序的流程如圖8 所示。程序示教時(shí)打開[2-D Single-View Vision Process]編輯畫面完成各項(xiàng)信息的設(shè)置。按下F4 檢測(cè)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn),確認(rèn)是否按照期望的方式動(dòng)作。根據(jù)設(shè)定的基準(zhǔn)位置和檢測(cè)位置的相對(duì)關(guān)系計(jì)算補(bǔ)正量,同時(shí)在設(shè)定基準(zhǔn)位置時(shí)的工件位置進(jìn)行機(jī)器人的位置示教。最后完成指定視覺(jué)參數(shù)。

        圖8 視覺(jué)程序的流程圖

        3.4 機(jī)器人程序的創(chuàng)建和示教

        根據(jù)任務(wù)系統(tǒng)的工作流程,機(jī)器人的程序主要包含以下幾個(gè)方面:設(shè)定坐標(biāo)系、視覺(jué)執(zhí)行、視覺(jué)檢測(cè)、條件判斷并跳轉(zhuǎn)、計(jì)算存儲(chǔ)補(bǔ)償數(shù)據(jù)、機(jī)器人視覺(jué)補(bǔ)正完成作業(yè)動(dòng)作。視覺(jué)圖像數(shù)據(jù)處理程序和機(jī)器人程序結(jié)合在一起,大大減少了程序量,而且不需要進(jìn)行程序間的處理和轉(zhuǎn)換。機(jī)器人的關(guān)鍵程序如下。

        機(jī)器人的工作流程如圖9 所示。傳送帶傳送工件到位后并停止,機(jī)器人設(shè)定用戶和工具坐標(biāo)系,移動(dòng)到示教機(jī)器人的初始位置。調(diào)用視覺(jué)程序并發(fā)出拍照信號(hào)檢測(cè)在線工件,若判斷拍照后的視圖與模型示教視圖比對(duì)成功后,計(jì)算補(bǔ)償數(shù)據(jù)并獲取偏移值存儲(chǔ)到視覺(jué)寄存器中,機(jī)器人帶視覺(jué)補(bǔ)正完成對(duì)傳送線工件的作業(yè)動(dòng)作。若拍照比對(duì)失敗后,程序跳轉(zhuǎn)至標(biāo)簽行執(zhí)行視覺(jué)錯(cuò)誤報(bào)警。

        圖9 機(jī)器人程序流程圖

        4 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)FANUC 機(jī)器人iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用研究,iRVision 視覺(jué)系統(tǒng)不需要額外的硬件和第三方視覺(jué)圖像數(shù)據(jù)處理軟件就可以實(shí)現(xiàn)高柔性的機(jī)器人應(yīng)用,使用方便,集成度高,大大降低了視覺(jué)系統(tǒng)的使用成本,提高了機(jī)器人的工作效率、質(zhì)量和可靠性,同時(shí)也減輕了設(shè)備維護(hù)的工作量。

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