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化技術(shù)。現(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)了一種靈活的自動化程序，使用兩個機(jī)器視覺引導(dǎo)機(jī)器人來處理大量的工件，并且配置簡便，可以適應(yīng)未來的各種變化，且無需進(jìn)行編程。
自動化油料工具生產(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)能力相對較低，經(jīng)常會出現(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)計算機(jī)上配置一個幀采集卡。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圖形用戶界面，可以通過調(diào)用可能是VisionPro工具庫中的視覺工具執(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。康耐視的QuickBuild?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工具庫包括各種工具，比如PatMax?、PatInspect?、PatFlex?、IDMax?和OCVMax?，可以測量、引導(dǎo)、識別和檢查各種部件，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象和圖片某部分之間的相同程度，確定對象的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，在到達(dá)拍攝位置后發(fā)出信號。可編程邏輯控制塊向視覺系統(tǒng)發(fā)出一個拍照請求。相機(jī)拍攝照片，PatMax視覺工具確定每個螺紋保護(hù)套在筐內(nèi)的位置。然后，視覺系統(tǒng)在圖像上識別出螺紋保護(hù)套，計算每個部件的位置。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)行各種部件編號的訓(xùn)練，不僅僅可以識別出良品的位置，也可以檢查良品中混雜的錯誤尺寸部件。
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筐內(nèi)某一層所有部件的位置，并指引機(jī)器人逐個拾起。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，確定下一層各個部件的位置。
第二個機(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個螺紋扣件對機(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。”
在第二個機(jī)器人上安裝的一個Basler Ace相機(jī)可以定位管道以便進(jìn)行螺紋保護(hù)套安裝。管道上方使用一個智能視覺紅色燈以斜角照射，形成燈光陰影，從而精確地測量管道直徑。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)套旋入管道時拉動機(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)。
自動校準(zhǔn)程序充分利用了各個機(jī)器人附近的固定、永久性對象。安裝在每個機(jī)器人上的相機(jī)為每個目標(biāo)拍攝四張照片，每拍攝完一張照片就移動到一個既定位置。校準(zhǔn)方法則利用這四張照片確定機(jī)器人相對于對象的位置。Ackerman說：“校準(zhǔn)是一種手動程序，只要有人認(rèn)為有一個機(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。”很有可能，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。
