工研部-丁先山:機器視覺技術及在機器人系統中的開發與應用

發布日期:2015-5-21 瀏覽次數:1097

    機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺技術及系統逐步發展成為工業智能化的新興技術,并與機器人技術相結合成為工業智能化發展的重要發展方向,對機器人的應用起著助推作用。哈工大蕪湖機器人產業技術研究院在充分吸收國內外機器視覺技術的先進技術,自主開發,逐步掌握機器人視覺系統的多項核心技術,取得較好成果。

一、開發并掌握視覺系統技術基礎

1、機器視覺系統的基本結構

機器視覺系統包括:光學系統、圖像處理系統與分析/執行系統三部分。

 

1 機器視覺系統的基本結構

 

    2、我院已完成機器視覺硬件平臺的搭建,實現與機器人控制系統的通信。目前著重開發以下關鍵技術:

   (1)光源系統開發與優化。光源選取與設置的好壞決定取像的質量。為了實現高品質和高對比度的圖像,通過對不同形式照明及光源的研究,在照明方向/角度、光譜、極性、強度和距離等進行設置,開發光源自動調節裝置,改善因環境光線的變化和對象材質等不同條件下系統的分辨率,簡化圖像信息的數據處理。

   (2)雙目立體視覺系統。在二維視覺處理的基礎上采用雙目攝像和標定工具得到被測量對象的深度信息,構建精度可控條件下的物體三維圖像數據。

    (3)實現高速通信的機器人控制系統與視覺系統的集成技術。

   (4)開發基于ARM嵌入式架構圖像處理模塊。基于ARM核心硬件系統的基礎上,把嵌入式技術和機器視覺技術相結合,利用OpenCV等進行圖像數據處理,實現圖像和數據的實時處理,有利于在工業控制領域中應用。

   (5)視覺算法及處理技術。主要開發攝像機標定技術和算法,精確分析雙目立體視覺的結構參數與測量精度的關系。在立體視覺圖像的特征點提取和立體匹配算法方面進行優化,實現三維重建。

    3、我院開發的機器視覺技術在工業領域中的應用

   (1)蓄電池生產工藝中的板柵澆鑄質量檢測

蓄電池生產中的板柵質量的好壞對蓄電池極板的質量影響很大,如下圖23。生產過程中操作者的技術水平和熟練程度對板柵的質量指標起到決定性的作用。實踐證明,對于同一個板柵模具,不同技術水平的人所澆鑄的板柵多個數據的離散性很大,例如:板柵的塑性(硬度)不同;板柵的強度不同,很容易折斷;重量差異大;鉛鈣合金板柵出現的沙眼;鉛銻鎘合金和鉛銻合金板柵燒片、縮筋問題。板柵的這些問題,給極板生產中的重量控制增加了很大的難度。表1是板柵生產工藝中易出現的問題和檢測方式。

 

  

蓄電池生產-板柵澆鑄工藝

3 板柵樣件

 

1 某規格板柵工藝指標及檢測方式

 

    在板柵生產中,由于節拍快,目前人工檢測方式不僅速度慢且不可控,難以滿足生產計劃要求,是目前蓄電池生產的工藝難點。通過運用視覺系統檢測技術,可以較快的對板柵表面的極耳厚度、筋條變形等進行在線控制,如圖4

 

4 運用機器視覺技術對板柵表面質量進行檢測

 

    在后續處理中,采用圖像處理軟件Halcon對采集的圖像數據信息進行分析處理,不僅可以按照工藝指標進行檢測,而且可以達到對連續批次的板柵件的質量一致性進行分析,通過系統反饋,提升該工藝澆鑄模具的更換、清理的有效性。

   (1)自主開發的自動揀選示范線進入試驗階段

我院將自主開發的機器視覺技術應用于醫用透明輸液袋自動揀選線,目前該項目進行試驗階段,如圖5。通過連續批次輸液袋的測試,目前速度達到100/min,漏檢率低于1%,與自主開發的取放機械手結合,實現高速下的物件自動識別、自動定位和取放。

    該項目成果可成功應用于食品、藥品等軟包裝及建材行業的自動輸送線。

  

正在調試的醫用液袋自動揀選線系統

 

    二、應用領域及我院優勢

1、應用領域

機器視覺技術廣泛應用于汽車、電子、食品和醫藥、蓄電池等規模工業的多個領域和生產環節,用于替代人工檢測,并與機器人技術結合,可實現高速揀選、在線智能裝配。 

2、我院優勢與服務項目

我院掌握機器視覺的關鍵技術、專業人才和項目經驗,可根據用戶的在線檢測的需求特點進行針對性開發;結合我院掌握的機器視覺高速處理及與機器人控制器集成技術,可以幫助客戶提升生產線的智能化水平。

我院具有哈工大機器人研究所的技術優勢,既可以通過合作開發、委托開發及技術轉讓等多種形式,為用戶提供價值。

 

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