由于運(yùn)行復(fù)雜，螺紋保護(hù)套和油管的尺寸和類型多種多樣，因此，在此之前油料工具行業(yè)都沒有使用任何自動(dòng)化技術(shù)?，F(xiàn)在JMP工程公司和一家油料行業(yè)的生產(chǎn)商聯(lián)合開發(fā)了一種靈活的自動(dòng)化程序，使用兩個(gè)機(jī)器視覺引導(dǎo)機(jī)器人來處理大量的工件，并且配置簡(jiǎn)便，可以適應(yīng)未來的各種變化，且無需進(jìn)行編程。
自動(dòng)化油料工具生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)
油料工具生產(chǎn)過程通常產(chǎn)生大量工件，并且生產(chǎn)能力相對(duì)較低，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不符合精確部件定位公差要求的情況。正是因?yàn)檫@些原因，其它行業(yè)使用的自動(dòng)化系統(tǒng)并不是油料工具生產(chǎn)行業(yè)的選擇。基于工業(yè)機(jī)器人的靈活自動(dòng)化系統(tǒng)具有強(qiáng)大能力，但面臨著很多挑戰(zhàn)，比如需要拾起未固定的部件、處理很多不同的部件編號(hào)等。最終，目前的油料行業(yè)在用工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量極少。
JMP工程公司在自動(dòng)化工藝方面面臨類似的挑戰(zhàn)。在該案例中，螺紋保護(hù)套安裝在油氣管道上用于防止運(yùn)輸過程中的損壞。部件的產(chǎn)量相對(duì)較高，但任何一件部件的產(chǎn)量都還沒有得到需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的水平。制造商希望以每分鐘3件的速度組裝螺紋保護(hù)套。安裝管線和管蓋的任務(wù)使用氣動(dòng)工具，但是，所產(chǎn)生的高力矩為他們帶來了極大的挑戰(zhàn)。
從筐內(nèi)拾起部件
在從筐內(nèi)拾起部件的操作中，螺紋保護(hù)套分層放置在筐內(nèi)，筐子通過紙板分隔。機(jī)器視覺系統(tǒng)安裝在機(jī)械臂上使用。視覺系統(tǒng)包含一個(gè)Basler Ace相機(jī)，該相機(jī)使用適用于高性能工業(yè)相機(jī)的GigE Vision?標(biāo)準(zhǔn)，并在Bechkoff工業(yè)計(jì)算機(jī)上配置一個(gè)幀采集卡。相機(jī)外罩內(nèi)的(LED)燈可以產(chǎn)生紅色光，用于克服環(huán)境光對(duì)圖像采集造成的影響。
JMP的程序員用VB為工作站編寫了一個(gè)圖形用戶界面，可以通過調(diào)用可能是VisionPro工具庫(kù)中的視覺工具執(zhí)行視覺任務(wù)。VisionPro提供優(yōu)先配置的、高度集成的采集支持，可供各種工業(yè)相機(jī)和視頻格式使用?？的鸵暤腝uickBuild?應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)采集工具的配置、視覺任務(wù)的定義和合格/不合格的確定，而且無需編程。VisionPro工具庫(kù)包括各種工具，比如PatMax?、PatInspect?、PatFlex?、IDMax?和OCVMax?，可以測(cè)量、引導(dǎo)、識(shí)別和檢查各種部件，即使部件表面因?yàn)橹圃爝^程發(fā)生偏差，仍然可以執(zhí)行。
傳統(tǒng)的圖形匹配技術(shù)依賴于像素網(wǎng)格分析程序，通常我們稱之為“歸一互相關(guān)”法。這種方法尋找灰度模型或參考圖案與對(duì)象和圖片某部分之間的相同程度，確定對(duì)象的X/Y軸位置。盡管這種方法在一些情況下非常有效，但是，生產(chǎn)線上常常出現(xiàn)各種表面變化，比如對(duì)象的角度、尺寸和光影等，在此情況下這種方法尋找目標(biāo)的能力就顯得不足。
康耐視的PatMax幾何圖案對(duì)比技術(shù)可以通過學(xué)習(xí)一組并不與像素網(wǎng)格綁定的邊界曲線來了解對(duì)象的幾何形狀，然后在圖像中尋找類似的形狀，不需要依賴于具體的灰階值。這種方法最終大幅度提高了在尺寸、角度和光影變化的情況下準(zhǔn)確找到目標(biāo)的能力。
Motoman HP50機(jī)器人將相機(jī)放在筐子上面活動(dòng)，在到達(dá)拍攝位置后發(fā)出信號(hào)?？删幊踢壿嬁刂茐K向視覺系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)拍照請(qǐng)求。相機(jī)拍攝照片，PatMax視覺工具確定每個(gè)螺紋保護(hù)套在筐內(nèi)的位置。然后，視覺系統(tǒng)在圖像上識(shí)別出螺紋保護(hù)套，計(jì)算每個(gè)部件的位置。VB接口可以讓相機(jī)照片上的像素在數(shù)毫秒內(nèi)完成轉(zhuǎn)換，達(dá)到機(jī)器人控制系統(tǒng)的要求。
可編程邏輯控制塊指引機(jī)器人從筐內(nèi)拾起其中一個(gè)螺紋保護(hù)套，這些保護(hù)套的尺寸不等，包括直徑4英寸(10.16厘米)-8英寸(20.32厘米)的各種尺寸。視覺系統(tǒng)進(jìn)行各種部件編號(hào)的訓(xùn)練，不僅僅可以識(shí)別出良品的位置，也可以檢查良品中混雜的錯(cuò)誤尺寸部件。
將螺紋保護(hù)套安裝到管道上
機(jī)器人將部件移送到第二個(gè)Motoman HP50機(jī)器人上，該機(jī)器人進(jìn)行螺紋保護(hù)套安裝到管道的任務(wù)。可編程邏輯控制塊存儲(chǔ)筐內(nèi)某一層所有部件的位置，并指引機(jī)器人逐個(gè)拾起。當(dāng)全部拾起后，機(jī)器人則取下紙板分隔層，相機(jī)拍攝照片，確定下一層各個(gè)部件的位置。
第二個(gè)機(jī)器人將螺紋保護(hù)套拾起，固定到油料工具組件所在位置，對(duì)準(zhǔn)管道上需要安裝螺紋保護(hù)套的位置。
JMP工程公司的機(jī)器視覺專家說：“組裝2個(gè)螺紋扣件對(duì)機(jī)器人來說是一種很具挑戰(zhàn)性的操作，機(jī)器人不像人一樣能夠感受到螺紋的連接，但使用視覺系統(tǒng)可以解決這一問題?！?/p>
在第二個(gè)機(jī)器人上安裝的一個(gè)Basler Ace相機(jī)可以定位管道以便進(jìn)行螺紋保護(hù)套安裝。管道上方使用一個(gè)智能視覺紅色燈以斜角照射，形成燈光陰影，從而精確地測(cè)量管道直徑。然后使用VisionPro Circle工具檢查管道的直徑，確保管道直徑與螺紋保護(hù)套保持一致，并且更加精確地定位管道的位置。配備合格校驗(yàn)裝置的機(jī)械臂可以在保護(hù)套旋入管道時(shí)拉動(dòng)機(jī)械臂和螺紋保護(hù)套。
顯示屏上顯示最新的圖像和結(jié)果，比如螺紋保護(hù)套的尺寸和管道的尺寸。部件拾取機(jī)器人的圖像和結(jié)果顯示在屏幕左側(cè)，螺紋組裝機(jī)器人圖像和結(jié)果安裝在右側(cè)。配置目錄可以讓操作員準(zhǔn)確地配置相機(jī)。
自動(dòng)校準(zhǔn)程序充分利用了各個(gè)機(jī)器人附近的固定、永久性對(duì)象。安裝在每個(gè)機(jī)器人上的相機(jī)為每個(gè)目標(biāo)拍攝四張照片，每拍攝完一張照片就移動(dòng)到一個(gè)既定位置。校準(zhǔn)方法則利用這四張照片確定機(jī)器人相對(duì)于對(duì)象的位置。Ackerman說：“校準(zhǔn)是一種手動(dòng)程序，只要有人認(rèn)為有一個(gè)機(jī)器人出現(xiàn)了不精確的情況，就可以要求進(jìn)行校準(zhǔn)，采集器彎曲或者相機(jī)移位都可能造成不準(zhǔn)確的情況產(chǎn)生?！焙苡锌赡?，這種應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)采用視覺技術(shù)的新一代機(jī)器人，提高油料工具行業(yè)的生產(chǎn)能力的質(zhì)量。
