使用In-Sight視覺系統(tǒng)引導機器人實現(xiàn)活塞的定位抓取

山東濱州渤?；钊煞萦邢薰?以下簡稱渤?；钊?是國內(nèi)活塞行業(yè)的領軍企業(yè)，渤?；钊闹鲗Мa(chǎn)品為Φ30mm~Φ350mm的高性能活塞，品種達1000多個、年產(chǎn)能力3000萬件，是國內(nèi)唯一一家能夠全面生產(chǎn)各種汽車、船舶、工程等動力機械用活塞的專業(yè)化企業(yè)。

企業(yè)的所有生產(chǎn)線設備均采用了國內(nèi)外先進技術，實現(xiàn)了自動上下料、自動料道連接，其中自動化上下料就應用了視覺技術來實現(xiàn)定位引導和檢測。

過去，渤?；钊纳a(chǎn)都是采用單工位機床進行人工操作生產(chǎn)，自動化水平很低，且生產(chǎn)效率很慢。“之后，雖然使用了貫穿多個加工機床的料道，但還是無法實現(xiàn)自動上下料，占用人力比較多。”渤海活塞的生產(chǎn)主管介紹說，“于是我們決定進行技改，提升自動化生產(chǎn)水平。我們把整個自動化上下料線包給了一家料道設備廠家，對于其中的視覺設備，這個廠家向我們推薦了康耐視公司的In-Sight視覺系統(tǒng)。”

但是，在生產(chǎn)現(xiàn)場由于活塞生產(chǎn)檢測有其特殊之處，應用視覺系統(tǒng)存在諸多挑戰(zhàn)。比如，生產(chǎn)線上的工件為活塞毛坯件，活塞中間區(qū)域有一類似“骨節(jié)”凹槽，兩邊區(qū)域呈對稱狀態(tài)，外觀很接近，視覺一方面要獲取活塞的中心點坐標(X、Y)，另一方面還要獲取工件的角度(0°-360°)。

“這里最大的挑戰(zhàn)就是由于活塞為毛坯件，工件與工件之間存在差異，毛坯面的反光也會不一樣，有些反光比較強，有些稍弱，要準確獲取特征還是挺難的，而且還要準確區(qū)分出工件是0°位置還是180°位置。”渤?；钊纳a(chǎn)主管表示，“此外，活塞在料道上是面部朝下放置，由于活塞是毛坯件，活塞面不是很平，中間會高出2mm左右的毛坯，之后要削掉，正因為活塞面不平，所以相機拍照時，工件會存在傾斜的情況。”

另外的挑戰(zhàn)就是，“上料區(qū)域較寬，相機取像視野相對大，因此要捕捉‘骨節(jié)’兩側(cè)較細小的特征點來反饋0°-360°角度。”他接著指出，“工件種類有多種，外觀、大小都有差異，‘骨節(jié)’凹槽深度在40mm左右，一方面要凸顯骨節(jié)特征，另一方面還要照顧到凸臺小特征，光源比較苛刻。”

面臨這些檢測難題，康耐視的In-Sight視覺系統(tǒng)以其強大的技術性能打消了渤?；钊a(chǎn)主管的擔憂。“生產(chǎn)驗證時，工件來料隨意，有些工件有時會有適當傾斜，相機依然可以準確檢測出活塞的中心位置及角度，從而引導機器人完成正確抓取。”渤?；钊纳a(chǎn)主管驚訝地表示。

同時，事實證明，康耐視強大的PatMax工具可以輕松應對活塞的“骨節(jié)”特征查找，即使活塞毛坯面反光有一定的差異，有傾斜發(fā)生，PatMax工具依然可以準確定位;再加上In-Sight視覺軟件強大的圖像預處理算法及計算處理能力，可以按照“骨節(jié)”凹槽的初定位(獲取X值、Y值)，之后在凹槽的兩側(cè)，判別小凸臺的位置，即凸臺在凹槽左邊還是右邊來判別0°角度和180°角度。這樣，就可以準確地反映工件的中心坐標及角度。

對于“骨節(jié)”凹槽有40mm左右的深度，既要凸顯凹槽特征，又要照顧凸臺表面特征，所以技術工程師就選用了一個較大的高亮度大顆粒環(huán)光，中間空洞很大。這樣，料道上全部的活塞凹槽都可以看到，而且視野邊緣處幾乎沒有什么影響。

此外，在測試的時候，In-Sight視覺系統(tǒng)是與某個品牌的PLC，通過編寫VC自定義代碼，實現(xiàn)兩者之間的通訊功能。“PLC有時需要發(fā)送兩次觸發(fā)指令，相機的檢測數(shù)據(jù)才會反饋到PLC，而有時一次就行，比較詭異。”渤?；钊碾姎夤こ處熣f道，“后來，料道設備廠家就換用施耐德PLC，改成Modbus TCP通訊。至此，就解決了相機與PLC之間的通訊問題。”

這樣，渤?；钊纳a(chǎn)主管看到，活塞加工線在應用康耐視In-Sight視覺系統(tǒng)之后，“從視覺引導自動上料，到后面的各個機床加工，通過料道加6軸機器人，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)能得到快速提升。”他高興的表示，“實現(xiàn)了相機與PLC的直接通訊，保證了機器人抓取位置真實有效，避免抓取失敗。對于我們經(jīng)常生產(chǎn)的幾種型號的活塞，相機事先編輯好程序后，PLC就可以自動控制相機程序的切換。”

結(jié)合項目驗證和測試時的經(jīng)驗，技術工程師們共同努力優(yōu)化了視覺引導檢測流程和機器人抓取流程，兩者流程如下。

視覺引導檢測流程：料道光電感應拍照區(qū)域無工件時，PLC控制料道向前運動，直至光電感應拍照區(qū)域有工件存在時，料道停止運動;PLC提供相機觸發(fā)信號，相機拍照檢測;先使用Find PatMax工具獲取“骨節(jié)”凹槽特征，計算出活塞的中心坐標，之后以“骨節(jié)”為定位，檢測兩側(cè)的小凸臺，判別小凸臺在凹槽的左側(cè)還是右側(cè)，繼而判別活塞是0°還是180°位置;期間會使用多種圖像處理工具及邏輯判別;檢測結(jié)束后，相機把X、Y、Angle值通過Modbus TCP通訊發(fā)送給PLC，繼而控制機器人抓取。

機器人抓取流程：PLC接收相機發(fā)送的X、Y、Angle值后，控制機器人調(diào)整相應姿態(tài)，抓取工件;放置工件到料道旁圓環(huán)形工裝臺上;之后機器人調(diào)整另一個抓手抓取并放置到運動的機床加工料道上，返回機器人等待位，觸發(fā)相機拍照;視野內(nèi)若無工件，料道向前運動一段距離停止，相機再進行拍照，機器人再次抓取，之后周期循環(huán)。

現(xiàn)在，自從渤海活塞采用康耐視In-Sight視覺系統(tǒng)后，整條活塞加工線實現(xiàn)了無人化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)合格率可達99.8%以上。“對于活塞毛坯面差異較大的工件，In-Sight視覺系統(tǒng)也能提示機器人抓取并放置到廢料盒中，”渤?；钊纳a(chǎn)主管最后總結(jié)說，“對于后面的活塞打碼及后續(xù)幾條自動上下料線，我們也會考慮增加視覺技術來進行檢測。”

相機固定安裝，滿足較大視野，引導機器人抓取得分最高工件，之后再拍照進行抓取。

機器人抓取后放置固定工裝臺，切換另一個抓手抓取工件倒置工件180°(凹槽朝下)放置機床料道上。

Insight軟件程序界面-自定義視圖，按客戶要求，顯示主要檢測數(shù)據(jù)。