机器视觉技术及其在机械制造自动化的应用

2019-12-21罗金勇

商品与质量 2019年31期

罗金勇

德州艾荷过滤设备有限公司山东德州 253500

1 系统概述

过去，由于设备费用和图像分辨率的限制，机器视觉技术并未在工业中得到广泛应用。通过持续改进，该技术日趋成熟。近年来，随着PC功能越来越强大，并且CCD系统的分辨率得到提高，机器视觉系统已在许多应用中得到广泛应用。摄像机和光源的选择放置是创建成功视觉系统的最重要步骤之一。因为获得高质量的图像可以大大简化视觉算法并提高其可靠性。

系统的动力部件主要由轴承、固定中心、皮带和齿轮组成，并由直流电机驱动。固定中心的作用是在两端支承凸轮轴。基本视觉系统由CCD摄像机、图像处理软件、图像处理算法、图像处理板和计算机组成。采用背光技术，获得零件外部轮廓清晰的图像。背光产生即时的对比，因为它在明亮的背景下创建黑暗的轮廓。电机和CCD摄像机通过插入计算机PC主机总线的2张卡与计算机接口。其中一张卡是连接到直流电机的接口卡，用来控制凸轮轴的旋转运动。另一种接口卡是帧采集卡，其中视觉系统的CCD摄像机连接到卡上可用的通道[1]。

2 分拣系统应用

2.1 基于机器视觉的工业机器人分拣系统的相关要求

众所周知，在实际的工业机器人的工作过程当中，其面对的诸多工件其实都是几何形状，所以，工业机器人的分拣系统要求能够适应几何形状的工件，这样才能提升整体的工作效率。

为了提升智能工业机器人的工作效率，相关的工作人员可以为其提供一定的便利。在实际的工作过程当中，有可能会发生一定的机械臂碰撞现象，所以，相关的工作人员在工件放置工作当中，要尽量将其分散地进行放置，这样能够有效地减少机械臂碰撞的现象，在一定的程度上来说，分散放置能够提升机械臂的使用寿命。

2.2 实际的分拣实现过程概述

在这一研究过程当中，可以对摄像机平台的工作进行一定的利用，也就是说，可以利用提取到的图像序列来将分拣过程的实现完整地叙述出来，当然在这一过程中，要对提取到的图像进行特征的分析[2]。

2.2.1 图像预处理

进行图像的预处理有利于分析整个分拣过程，虽然这一操作过程可能会干扰图像的形成，但这一操作还是具有非常重要的作用的。

2.2.2 完成目标提取

在这一过程当中，Canny算子的应用是非常重要的，在对其进行一定的应用之后，得到的图像变化就会形成诸多参数数值，这对于后续的研究工作是具有非常大的积极意义的。

2.2.3 单一目标的分析

在前文已经进行了一定的提及，基于机器视觉的工业机器人分拣系统所面临的工件大多都是几何形状，但是如果只将角点的检测工作作为重要的依据的话，这项工作其实是十分不全面的，因为无法测出球体这样一个几何工件。为了应对这一问题，需要对Hough圆检测进行充分的利用，这样，在实际的工作当中，智能工业机器人分拣系统所面临的几何工件的抓取分拣工作的效率就会比较高，而且工作起来就是比较全面的了。所以，在分拣过程实现的过程当中，要重视对单一工件类型的分析。

2.2.4 依据不同的类型进行抓取工作

在进行实际的抓取工作之前，相关的工作人员要进行不同程度的试验抓取工作，在这一工作过程中，需要针对不同的单一工件进行抓取工作，将其主要的特征进行了解和掌握，其中数据值包括中心以及长短轴等等。并且，在后续的工作过程当中，需要经过CAN总线将特征信息发送至RC控制单元，这样就能够控制工业机器人进行后续的分拣抓取工作，这一项实现过程还是比较重要的。

3 贴标功能的应用

传送带将待贴标产品送至视觉检测工位；光电传感器响应后，工业相机自动抓拍，以获取目标物原始图像；通过以太网将图像传至上位机，上位机图像处理模块对图像进行处理，并得到相关控制指令；将控制指令作用于运动控制模块，对末端执行器进行操作；末端执行器根据指示完成打印和贴标操作；此时，工业相机再次抓拍，以判断实际贴标效果，如果出现“标签不清”等情况，则剔除重新进行贴标，如果合格，则进行下一工序。

3.1 硬件设计

贴标系统硬件平台主要包括：工业PC机、工业相机、打印贴标机构、视觉检测模块、人机交互界面、光电传感器、末端执行器、电源、传送带等。工业PC机是控制核心，用于接收反馈信息、生成控制指令、实时结果显示等；工业相机主要用于图像信息采集，包括贴标位置图像和贴标效果图像；打印贴标机构包括打印机和贴标机，其中打印机用于打印标签，贴标机负责将标签贴到指定位置；视觉检测模块用于判断当前标签是否满足工艺要求；光电传感器用于工位判断，并控制工业相机进行抓拍；人机交互界面用于贴标工艺参数输入、故障反馈、系统实时运行情况反馈等；末端执行器用于剔除不合格产品[3]。