3D視覺系統(tǒng)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)器人移動(dòng)相機(jī)掃描圖像
視覺技術(shù)的快速發(fā)展以及越來越廣泛的應(yīng)用，開闊了用戶的視野、擴(kuò)展了用戶的思路，為用戶提供了更多、更有效的解決方案。相比于2D視覺技術(shù)，3D視覺的主要優(yōu)勢(shì)包括：可以提供z軸方向的信息；避免了2D視覺基于景深原理性的應(yīng)用瓶頸；采用激光光源，屏蔽了周圍環(huán)境光的影響。
機(jī)器視覺技術(shù)
機(jī)器視覺產(chǎn)生至今已有30余年歷史，隨著電子科技與芯片技術(shù)、圖像處理和人工智能等技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺具有非接觸、處理時(shí)間快、精度高、安全高效以及節(jié)省人力成本等特點(diǎn)，同時(shí)，機(jī)器視覺產(chǎn)品越來越豐富，產(chǎn)品功能越來越強(qiáng)大，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，也被越來越多用戶所接受。
除了成品檢測(cè)外，機(jī)器視覺在產(chǎn)品質(zhì)量管控以及自動(dòng)化生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，建立起越來越多成功的應(yīng)用。在食品飲料安全生產(chǎn)中，機(jī)器視覺用來記錄生產(chǎn)過程的序列號(hào)缺損程度、外觀完好性等信息，幫助我們建立起可以追溯的質(zhì)量管理體系；在醫(yī)藥的生產(chǎn)過程中，機(jī)器視覺用來檢查泡罩中藥片的完整性和完好性，也同時(shí)被應(yīng)用在需要對(duì)藥劑的液位高度進(jìn)行管控的環(huán)節(jié)；在物流分揀系統(tǒng)中，機(jī)器視覺能夠輕松地識(shí)別出外包裝是否存在缺陷，對(duì)標(biāo)簽的位置和輪廓進(jìn)行識(shí)別以幫助區(qū)分不同類型的物品等。
在自動(dòng)化生產(chǎn)和質(zhì)量監(jiān)控的過程中，機(jī)器視覺可以把人從高度重復(fù)性的工作中解脫出來，快速可靠地執(zhí)行檢查與監(jiān)控的任務(wù)，提升產(chǎn)品合格率。如今機(jī)器視覺正逐步替代一些傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，不斷為廣大用戶提供新的解決方式。
視覺技術(shù)從原理上可劃分為2D和3D兩種，目前在國(guó)內(nèi)2D技術(shù)應(yīng)用較為普通，尤其在華東、華南和京津等工廠自動(dòng)化程度相對(duì)較高的地區(qū)。相對(duì)而言，3D視覺的起步、應(yīng)用發(fā)展相對(duì)緩慢。本文將重點(diǎn)介紹德國(guó)SICK公司的3D視覺系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的應(yīng)用。
SICK IVC-3D應(yīng)用
如今，國(guó)內(nèi)汽車廠發(fā)動(dòng)機(jī)裝配、生產(chǎn)線上，缸蓋的上料主要依賴人工上料。采用3D視覺定位、機(jī)器人抓取缸蓋實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料的方式，越來越受到生產(chǎn)廠家的青睞，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高、提高了生產(chǎn)效率；安全可靠，有效避免人工傷害；降低生產(chǎn)成本。

SICK IVC-3D 200相機(jī)安裝在機(jī)械手上，機(jī)器人移動(dòng)相機(jī)掃描生成圖像。SICK IVC-3D 200相機(jī)是德國(guó)SICK公司推出的一款特別適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器視覺產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，集激光光源、相機(jī)、圖像處理和以太網(wǎng)、RS485、I/O輸出等于一體，能滿足在產(chǎn)品有高低抖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)的情況下實(shí)時(shí)地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位、檢查，專用于檢查和測(cè)量物體的三維尺寸。利用IVC Studio軟件平臺(tái)，IVC-3D智能相機(jī)可以輕松解決測(cè)量高度、體積和剖面線等3D應(yīng)用，為生產(chǎn)線提供了一種全新的、可靠的工業(yè)視覺解決方案。
SICK IVC-3D 200相機(jī)工作流程如下：
1.整體掃描
機(jī)械手抓取單件缸蓋前先進(jìn)行整體掃描（掃描范圍覆蓋4×2共8個(gè)缸蓋），相機(jī)完成掃描獲取圖像后計(jì)算處理，將8個(gè)缸蓋的位置坐標(biāo)（粗定位）信息通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送給機(jī)器人。
2.單件掃描
機(jī)器人收到每個(gè)缸蓋的坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，在設(shè)定好的控制程序下移動(dòng)相機(jī)到指定位置進(jìn)行單件產(chǎn)品的掃描（圖2中綠色框表示相機(jī)掃描覆蓋區(qū)域），相機(jī)將計(jì)算出的缸蓋3維位置坐標(biāo)（x、y、z軸坐標(biāo)及缸蓋分別與坐標(biāo)系x、y、z軸的夾角α、β、γ）發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人再根據(jù)該坐標(biāo)數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)械手的抓取姿態(tài)位置，準(zhǔn)確把缸蓋抓取并送到生產(chǎn)線上。
SICK IVC-3D 200在運(yùn)行模式下，每次完成圖像掃描后，會(huì)把生產(chǎn)的3D圖像更新顯示出來，并可以把測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示在圖像上，如圖3所示。
SICK IVC-3D 200相機(jī)生產(chǎn)的圖像中包含了x、y和z軸方向的信息，圖像中灰度值越大的地方z軸方向值越大（圖4左側(cè)圖像示），圖4右側(cè)所示圖像為3D效果圖。
SICK IVC-3D產(chǎn)品還可應(yīng)用于剎車片的3D測(cè)量，有無凹坑、類型區(qū)分和高度測(cè)量等；應(yīng)用于汽車零部件型號(hào)檢測(cè)和定位（見圖6），根據(jù)產(chǎn)品外形特征區(qū)分不同類型的產(chǎn)品，并輸出產(chǎn)品的坐標(biāo)信息給機(jī)器人用于定位、抓取等。
結(jié)語
視覺技術(shù)的快速發(fā)展以及越來越廣泛的應(yīng)用，開闊了用戶的視野、擴(kuò)展了用戶的思路，為用戶提供了更多、更有效的解決方案。相比于2D視覺技術(shù)，3D視覺的主要優(yōu)勢(shì)包括：可以提供z軸方向的信息；避免了2D視覺基于景深原理性的應(yīng)用瓶頸；采用激光光源，屏蔽了周圍環(huán)境光的影響。
SICK 3D技術(shù)的諸多成功應(yīng)用案例，為我們提供了積極、有效的參考，對(duì)于3D視覺技術(shù)在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的應(yīng)用推廣無疑是個(gè)好的開始。