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恒耀平台:机器视觉,眼见为实

机器视觉对于集成制造非常实用。

像人的眼睛一样令人惊奇,几乎每个人都知道它在重复性工作中是不可靠的,尤其是当工作涉及判断尺寸的微小差异时。为了避免工人有时会犯的错误,如今大多数制造商都依靠自动化来进行质量检查。

北极星工业公司也不例外。这家摩托车和并排多用途车制造商在爱荷华州Spirit Lake的焊接车间里,使用触摸和接近传感器来检查其焊接装置中的零件已有很长的历史。它使用这些传感技术来验证操作员在将其焊接到车间的15个自动电弧焊接单元中之前,已正确地组合了组件。但是,最近,该公司安装了视觉系统,并发现了其他制造商的发现-当今的视觉技术可以成为集成制造的可靠“眼睛”。

北极星焊接车间的机器视觉长期存在的障碍一直是环境。从历史上看,在黑暗和肮脏的产生烟雾的操作中,视觉效果不佳。在商店中的感觉是,在照明,编程以及保持环境和设备清洁方面的投资实在太大了。

但是,当焊接工程师Jeff Steiner从位于内布拉斯加州奥马哈的分销商Hartfiel Co.得知位于马萨诸塞州Billerica的Dalsa Corp.智能产品部门的视觉技术时,情况发生了变化。在200毫秒(msec)内,斯坦纳(Steiner)希望看到这如何简化对固定夹具的检查,而这一直是Ranger多功能车电池焊接底盘部件的瓶颈。

该单元使用类似于两座摩天轮的工作转换装置。座位彼此相对,因此一个座位在焊接机器人的前面,而另一个面对操作员进行装载。每个站都有一个台球桌大小的固定装置,足够灵活,可以容纳Ranger系列中用于不同型号的一系列框架。该系列中的某些零件看起来相似,但尺寸略有不同。尽管工程人员通过将零件设计得尽可能独特以及将其固定在一个方向上的固定装置来防止许多加载错误,但这种预防措施有其局限性。操作员仍然可能忘记零件,或者在某些位置将不正确的尺寸插入固定装置。

为了确保插入正确的零件,该单元的两台来自俄亥俄州西卡罗尔顿市Motoman Inc.的SK6六轴机器人提供了另一道防线。在开始焊接之前,他们用触摸传感器检查了零件。尽管触摸感应可以很好地完成这项工作,但是它需要多达30秒的循环时间才能检查每个零件,这在成千上万个零件之后总计要花费大量的时间。

只要机器人发现问题,生产力就会遭受更大的损失。在这些情况下,操作员将需要花些时间来缩回固定装置,纠正问题,将固定装置返回到机器人前面的焊接位置,然后再次运行检查程序。只有这样才能恢复生产。

证明电子眼睛正当

视觉系统通过减轻机器人的测头检查负担来提高生产效率。两个Dalsa摄像机安装在一个框架上,该框架位于操作员面对正在装载的固定装置后的零件箱上方。当机器人在两工位换刀装置的一侧进行焊接时,在操作员完成固定装置的安装后,两个固定式摄像机会检查设置。这种布置不仅可以节省循环时间,还可以使摄像机远离焊接过程中产生的热量,飞溅物和烟气。

Dalsa的iNspect软件提高效率的另一种方法是在监视器上显示零件的彩色编码图片,绿色代表好零件,红色代表坏零件。Steiner说:“操作员可以自行发现任何问题,进行更正,然后尝试重新进行。” 因此,减轻了机器人的检查职责,并赋予操作员进行自我检查的能力,这将周期时间减少了12.5%,这单就证明了该项目的合理性。

除了提高产量外,该软件还通过两种方式减少了废品的产生。首先是通过防止操作员运行错误的焊接程序。“我们的控制工程师将视觉系统与Motoman MRC控制器的梯形逻辑联系在一起,” Steiner解释说。因此,视觉软件可以将选定的焊接程序与装入夹具的零件组合进行比较,并在两者不匹配时警告操作员。

该软件对减少废品的第二个贡献是,由于零件装载不正确,它可以减少一半的废品。斯坦纳说:“有一部分我们没有100%地抓住时间。” 他将此归咎于他没有安装照明设备。相反,视觉系统仅依靠商店的荧光灯。尽管Steiner承认他可能已经能够找到可以完全消除问题的照明设备,但是它需要更多的硬件,编程和维护才能使该项目无法辩解。

即使有这种折衷,视觉系统仍比测头更快,更有效。Steiner说:“这是成本最低的解决方案,为我们提供了最多的正常运行时间。”

但是,那些需要100%检查的人必须花时间指定正确的照明。“照明占视觉应用的90%,”印第安纳州阿尔比恩市Dial-X自动化设备公司总裁Curt Bonar说,“正确的照明不仅使摄像机的编程更容易,更高效,而且使结果更加清晰。这并不是说环境照明并不重要。还必须将其纳入计算中,因为它也会影响图片的质量。

由于这个原因,Dial-X的工程人员非常关注其设计和制造的用于装配大量足以手动组装的零件的拨盘式旋转机械上的照明。Bonar报告说,尽管必须考虑许多变量,但由于当今可用的选择多种多样,所以指定照明变得更加容易。除了从一开始就出现的标准白光之外,还有各种颜色的发光二极管(LED)灯,有助于照亮某些功能并处理不同的颜色。

保持简单

机器视觉更易于指定的另一个原因是摄像机本身的成本和简便性。在电子产品朝着更小巧,更便宜的包装提供更大功能的总体趋势的帮助下,许多供应商已经开发出一种称为视觉传感器的相机。“过去的视觉系统将是使用计算机的专用系统,成本可能高达100,000美元,并且要有专职人员全职保持它的运转,”自动化组件和视觉供应商的应用工程师Brent Evanger说。位于明尼苏达州普利茅斯的Banner工程公司。

另一方面,视觉传感器是独立的单元,通常价格在500到2,000美元之间,并且可以编程和独立于个人计算机(PC)运行,尽管大多数可以连接到一个。有些可以通过按钮进行编程,而其他一些,例如Banner的iVu图像传感器,则在一侧具有触摸屏。Evanger将这些传感器与iPod和智能手机进行了比较。

当用户需要在线检查时,Dial-X经常将其Banner传感器安装在其装配机器上。在其机器的各个工位上,振动碗式送料器和其他设备将零件送入机器,而自动取放装置将这些零件放在一起。机械检查规或视觉传感器等检查技术会检查传入的零件是否有缺陷,并确认机器已将其正确插入组件中。

尽管机械量规是验证零件是否存在或正确放置的廉价方法,但它们为操作增加了几秒钟的循环时间,并且无法查找缺陷。另一方面,视觉传感器不仅可以执行这些检查,还可以在一毫秒内进行测量。

它还可以与过程控制集成。考虑一种应用,在该应用中,机器必须调整圆形零件的中心,该零件的中心有小孔。Bonar回忆说:“外部没有任何功能可以帮助我们机械地定向零件。” “因此,我们将Banner相机绑定到伺服器。”

在这台机器上,零件从振动碗进料器出来时掉落在玻璃平台上。玻璃下面的光和摄像头周围的环形灯使视觉传感器能够找到零件并查看其孔。然后,软件确定孔的方向,并告诉伺服驱动单元旋转零件多少以放置在下一个零件上。

在更深的领域,

视觉传感器正越来越深入地嵌入到集成制造运动中。由于计算能力的不断提高以及更好的数码相机,激光和照明技术,高端视觉系统已经激增。这种功能的一个分支是视觉供应商能够通过在软件中获取大量的应用专业知识来简化编程。

Coherix公司董事长Dwight Carlson说:“我们已经为150个功能模块编程。” Coherix公司是一家专注于三维(3D)技术的视觉供应商,总部位于密歇根州安阿伯。如今,训练有素的技术人员可以使用简单的拖放技术在几小时内配置复杂的机器视觉系统。因此,开发应用程序的成本骤降。”

更高计算能力的另一个优势是,处理器可以更快地处理更多数据,以进行更高级的检查,例如基于激光的数字全息术。卡尔森说:“经典的机器视觉需要某些功能,无论它是铅,球还是支架。” 适合全息照相的无特征工作的一个示例是在线测量发动机缸盖的平面度。全息照相可以在20到40秒内做到微米级。

Coherix和其他公司还利用当今的计算能力来处理来自多个立体摄像机的数据,以执行3D检查。该技术对于寻找半导体导体封装中的裂缝和芯片以及检查其引线是否共面并同时接触触点很有用。

另一个应用是由Nagle Research开发的货盘检查系统,该公司是位于德克萨斯州Cedar Park的工程公司。该公司被要求对木制运输托盘进行自动分级,从而使那些有裂缝或板条断裂的木板的等级低于没有木板的木板。该公司的工程师必须编码必要的情报,以识别出钉子突出,木板松动以及木板开裂或折断的情况。关键是要发现许多细小的缺陷,这些缺陷可能会被检查人员忽略。

必须使用3D摄像机才能捕获托盘的几何形状。像2D视觉那样,仅寻找颜色或对比度的变化在这里是行不通的,因为这种材料是木材。指甲和木板之间的对比度不仅较低,而且颜色和纹理图案也相差很大。“每个货盘就像一个指纹,没有两个是一样的,甚至没有新的。”总裁约翰·纳格勒(John Nagle)指出。由于这些原因,二维机器视觉往往会给出过多的误报。

另一个问题是木材的颜色与材料的状况无关。“例如,对于2D系统,很难将晶粒图案与实际裂缝区分开,” Nagle说。3D系统通过查看木材的几何形状而不是颜色或对比度来避免这些问题。

为此,工程师选择了明尼阿波利斯Sick Inc.的Ranger 3D相机,因为它可以拍摄多种类型的图像。它提供范围或高度数据,2D高分辨率线扫描以及基于沿表面传播的激光的散射图像。Sick视觉产品经理Jim Anderson说:“散布的图像可以在人眼看不到主要缺陷之前就发现托盘上的缺陷和裂缝。”

多相机系统每个托盘分析数据的时间大约为半秒。它不仅给出一致的结果,而且还记录了检查托盘时的重要指标,使其成为识别系统性缺陷和估计材料消耗的重要依据

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发布: admin 分类: 机器人新闻 评论: 0 浏览: 1
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