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一文详解如何设计工业机器人视觉系统
发布时间:2021-07-02        浏览次数:216        返回列表
 在人类的工作、学习等一系列基本活动中,眼睛起着至关重要的作用。这对于工业机器人也不例外,要完成正常生产任务,没有一套完善的视觉系统是做不到的。那么如何设计工业机器人的视觉系统呢?

01  摄像头和光学部件

这一类通常含有一个或多个摄像头和镜头(光学部件),用于拍摄被检测的物体。根据应用,摄像头可以基于如下标准:黑白、复合彩色(Y/C),RGB彩色,非标准黑白(可变扫描),步进扫描(progressive-scan)或线扫描。

02  灯光

灯光用于照亮部件,以便从摄像头中拍摄到更好的图像,灯光系统可以有不同形状、尺寸和亮度。一般的灯光形式是高频荧光灯、LED、白炽灯和石英卤(quartz-halogen)光纤。

03  部件传感器

通常以光栅或传感器的形式出现。当这个传感器感知到部件靠近,它会给出一个触发信号。当部件处于正确位置时,这个传感器告诉机器视觉系统去采集图像。

04  图像采集卡

也称为视频抓取卡,这个部件通常是一张插在PC上的卡。

这张采集卡的作用是将摄像头与PC连接起来。它从摄像头中获得数据(模拟信号或数字信号),然后转换成PC能处理的信息。

它同时可以提供控制摄像头参数(例如触发、曝光时间、快门速度等等)的信号。图像采集卡形式很多,支持不同类型的摄像头、不同的计算机总线。

05  PC平台

计算机是机器视觉系统的关键组成部分。

应用在检测方面,通常使用Pentium或更高的CPU。一般来讲,计算机的速度越快,视觉系统处理每一张图片的时间就越短。

由于在制造现场中,经常有振动、灰尘、热辐射等等,所以一般需要工业级的计算机。

06  检测软件

机器视觉软件用于创建和执行程序、处理采集回来的图像数据、以及作出“通过/失败(PASS/FAIL)”决定。

机器视觉有多种形式(C语言库、ActiveX控件、点击编程环境等等),可以是单一功能(例如设计只用来检测LCD或BGA、对齐任务等等),也可以是多功能(例如设计一个套件,包含计量、条形码阅读、机器人导航、现场验证等等)。

07  数字I/O和网络连接

一旦系统完成这个检测部分,这部分必须能与外界通信,例如需要控制生产流程、将“通过/失败(PASS/FAIL)”的信息送给数据库。通常,使用一张数字I/O板卡和(或)一张网卡来实现机器视觉系统与外界系统和数据库的通信。

配置一个基于PC的机器视觉系统时,认真的计划和注意细节能帮助你确保检测系统符合应用需求。如下是必需考虑的几点:



确定你的目标,这可能是***重要的一步,决定在这个检测任务中需要实现什么。检测任务通常分为如下几类:

测量或计量

读取字符或编码(条形码)信息。

检测物体的状态

认知和识别特性,模式识别

将物体与模板进行对比或匹配

为机器或机器人导航检测流程,可以仅包含一个操作或包含多个与检测任务相关的任务。

为了确认任务,首先应该明确为了***大限度检测部件需要做的测试,也就是能考虑到会出现的缺陷。

为了明确什么才是***重要的,***好做一张评估表,列出“必须做”和“可以做”的测试。随后可以将更多的测试加进去来改善检测过程,一定要记住,添加测试的同时也会增加检测的时间。

确定速度——系统检测每一个部件需要多少时间?

这个不只是由PC的速度决定,还受生产流水线速度的影响。

很多机器视觉系统包含了时钟或计时器,所以检测操作的每一步所需要的时间都可以准确测量,通过这些数据,我们就可以修改程序以满足时间上的要求。通常,一个基于PC的机器视觉系统每一秒可以检测20~25个部件,与检测部件的多少和处理程序以及计算机的速度有密切关系。

正确选择硬件



一套机器视觉系统的性能与它的部件密切相关。在选择的过程中有很多需要注意的问题,特别是在光学成像上,可能很大程度降低系统的效率。如下是在选择部件时必须谨记的几个基本原则:

01  摄像头

摄像头的选择与应用需求直接相关,通常考虑三点:


a)黑白还是彩色;

b)部件/目标的运动;

c)图像分辨率。

02  光学部件和照明

03  图像采集卡

虽然图像采集卡只是完整的机器视觉系统的一个部件,但是它扮演一个非常重要的角色。

图像采集卡直接决定了摄像头的接口:黑白、彩色、模拟、数字等等。

为机器视觉系统选择部件时,要时刻记住未来的生产所需和有可能发生的变动。这些将直接影响机器视觉软硬件是否容易更改来满足以后新的任务。做好提前准备不仅能节约时间,而且可以降低整个系统的成本。机器视觉系统的性能由***差的部分决定(就像一个木桶的容量由***短的一个木块决定),精度则由它能获取的信息决定。合理进行配置就可以建立一个零故障、有弹性的视觉检测系统。
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本文摘自:网络 日期:2021-07-02



 

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