自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程是由機(jī)器逐步替代人工的過(guò)程(共8頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程是由機(jī)器逐步替代人工的過(guò)程。人的大腦、四肢、感官和神經(jīng)系統(tǒng)就相當(dāng)于自動(dòng)化系統(tǒng)的核心控制器。人的視覺(jué)作為人本身較復(fù)雜的功能是較晚被仿真應(yīng)用到自動(dòng)化過(guò)程中的一種感官功能。自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器視覺(jué)的產(chǎn)生提供了技術(shù)基礎(chǔ)，而在很多情況下，人類的視覺(jué)越來(lái)越不能滿足生產(chǎn)的需要，因此對(duì)替代人類視覺(jué)的自動(dòng)化技術(shù)有了迫切的需要。 機(jī)器視覺(jué)概述 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)起步于20世紀(jì)80年代，是指用機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)人的視覺(jué)功能，也就是用機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀的三維世界的識(shí)別。按現(xiàn)在的理解，人類視覺(jué)系統(tǒng)的感受部分是視網(wǎng)膜，它是一個(gè)三維采樣系統(tǒng)。三維物體的可見(jiàn)部分投影到網(wǎng)膜上，人們按

2、照投影到視網(wǎng)膜上的二維圖像來(lái)對(duì)該物體進(jìn)行三維理解。所謂三維理解是指人們對(duì)被觀察對(duì)象的形狀、尺寸、離開(kāi)觀察點(diǎn)的距離、質(zhì)地和運(yùn)動(dòng)特征（方向和速度）等的理解。 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的輸入裝置可以是攝像機(jī)、感應(yīng)器等，它們都把三維的影像作為輸入源，即輸入機(jī)器的就是三維世界的二維投影。如果把三維客觀世界到二維投影看作是一種正變換的話，那么機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)所要做的是從這種二維投影圖像到三維客觀世界的逆變換，也就是根據(jù)這種二維投影圖像去重建三維的客觀世界。機(jī)器視覺(jué)的基本構(gòu)成見(jiàn)圖1。圖1 機(jī)器視覺(jué)基本構(gòu)成 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的處理步驟通常為：圖像的獲取、處理、分析及輸出執(zhí)行。圖像獲取設(shè)備包括光源、攝像機(jī)等；圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的

3、軟件和硬件系統(tǒng)；輸出設(shè)備是與制造過(guò)程相連的有關(guān)系統(tǒng)，包括過(guò)程控制器和報(bào)警裝置、機(jī)器人等。 機(jī)器視覺(jué)的特點(diǎn)主要是精度高、速度快、重復(fù)性好和無(wú)疲勞。使用機(jī)器視覺(jué)可以很好地提高產(chǎn)品質(zhì)量和自動(dòng)化程度，尤其在一些不適合人工操作的危險(xiǎn)工作環(huán)境或是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求高的場(chǎng)合，機(jī)器視覺(jué)更適合替代人工。目前將近80%的工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)主要用在檢測(cè)方面，包括用于提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量和采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。 機(jī)器視覺(jué)在國(guó)外工業(yè)生產(chǎn)中使用較多，但在國(guó)內(nèi)還處于剛起步階段。目前在煙草行業(yè)、汽車行業(yè)等多個(gè)行業(yè)中被應(yīng)用。在汽車行業(yè)中的應(yīng)用主要包括： 1裝配監(jiān)測(cè)：車頂組裝、測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)/齒輪組裝、天窗組裝、車門安裝、沖壓件的

4、裝載和卸載、車輪組裝、座艙組裝玻璃裝飾、發(fā)動(dòng)機(jī)裝卸、運(yùn)輸沖壓件的選取、側(cè)板的裝卸及發(fā)動(dòng)機(jī)組裝的柔性監(jiān)測(cè)； 2編碼監(jiān)測(cè)：汽車二維條碼的識(shí)別； 3完整性監(jiān)測(cè)：車門主要密封，底盤密封，間隙、齊平測(cè)量； 4粘結(jié)性監(jiān)測(cè)：底板PVC涂膠。 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在裝配方面應(yīng)用范圍最為廣泛的是擋風(fēng)玻璃和座艙的安裝，其能夠很好地滿足高精度的安裝要求。而在白車身焊接中，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的實(shí)例并不多。本文介紹幾種在白車身制造中的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用。 焊縫自動(dòng)跟蹤 手工或半自動(dòng)焊接是依靠操作者肉眼的觀察和手工的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫的跟蹤。對(duì)于機(jī)器人或自動(dòng)焊接專機(jī)等全自動(dòng)化的焊接應(yīng)用，主要靠機(jī)器的編程和記憶能力、工件及其裝配的精度和一

5、致性來(lái)保證焊槍能在工藝許可的精度范圍內(nèi)對(duì)準(zhǔn)焊縫。通常，機(jī)器的重復(fù)定位精度、編程和記憶能力等已能滿足焊接的要求。然而，在很多情況下，工件及其裝配的精度和一致性不易滿足大型工件或大批量自動(dòng)焊接生產(chǎn)的要求，其中還存在因過(guò)熱而導(dǎo)致的應(yīng)力和變形的影響。因此，一旦遇到這些情況，就需要有自動(dòng)跟蹤裝置，用來(lái)執(zhí)行類似于手工焊中人眼與手的協(xié)調(diào)跟蹤與調(diào)節(jié)的功能。這種情況下，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)就會(huì)替代人類視覺(jué)來(lái)完成類似的自動(dòng)導(dǎo)航功能。主要的應(yīng)用方式為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與機(jī)器人相結(jié)合，采用的焊接方式通常為弧焊和激光焊接，尤其是應(yīng)用于激光焊接技術(shù)，能極大地提高焊接質(zhì)量和焊接穩(wěn)定性。主要應(yīng)用的范圍為白車身側(cè)圍框架、車頂側(cè)圍總成和車門框

6、架等。 應(yīng)用較為廣泛的焊縫跟蹤的視覺(jué)系統(tǒng)，通常采用的是激光視覺(jué)傳感方式。目前這種方式技術(shù)成熟，成本合適，能適應(yīng)白車身焊接中的多種板材連接方式的焊接，穩(wěn)定性較好，是一種性價(jià)比較高的機(jī)器視覺(jué)解決方案。 激光視覺(jué)傳感的基本原理就是光學(xué)的三角測(cè)量原理，激光束照射到目標(biāo)物體的表面，形成一個(gè)光斑點(diǎn)，經(jīng)過(guò)攝像頭上的透鏡在光敏探測(cè)器上產(chǎn)生一個(gè)像點(diǎn)。由于激光器與攝像頭的相對(duì)位置是固定的，當(dāng)激光傳感器與目標(biāo)物體的距離發(fā)生變化時(shí)，光敏探測(cè)器上的像點(diǎn)位置也相應(yīng)發(fā)生變化，所以根據(jù)物像的三角形關(guān)系可以計(jì)算出高度的變化，即測(cè)量了高度變化。當(dāng)激光束以一定的形狀掃描（掃描方式）或通過(guò)光學(xué)器件變換以光面的形式在目標(biāo)物體的表面投射

7、出線形或其他幾何形狀的條紋（結(jié)構(gòu)光方式），在面陣的光敏探測(cè)器上就可以得到表征目標(biāo)截面的激光條紋圖像（見(jiàn)圖2）。當(dāng)激光傳感器沿著物體表面掃描前進(jìn)時(shí)，就能得到所掃描表面形狀的輪廓信息。所獲得的信息可用于焊縫搜索定位、焊縫跟蹤、自適應(yīng)焊接參數(shù)控制及焊縫成形檢測(cè)等。圖2 激光視覺(jué)傳感的基本原理 實(shí)際應(yīng)用中的焊縫跟蹤系統(tǒng)通常由以下部分組成（見(jiàn)圖3）：即工業(yè)機(jī)(PIII/PIV)、視覺(jué)傳感器、圖形控制界面、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器人接口（可選）和數(shù)字模擬輸入輸出（可選）。圖3 焊縫跟蹤系統(tǒng)組成 以Meta-Scout公司生產(chǎn)的專用焊縫跟蹤傳感器Scout系列為例，通常的技術(shù)參數(shù)為：最小的精度誤差0.1mm；圖像采集頻率

8、50Hz；最大數(shù)據(jù)更新頻率250點(diǎn)/s。 Scout系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 1可控制機(jī)器人自動(dòng)高精度工作，不需要機(jī)器人有預(yù)設(shè)的軌跡； 2可控制機(jī)器人在6D的方向上自由運(yùn)作（包括速度和軌跡）； 35根激光線，使系統(tǒng)的抗干擾性更強(qiáng)； 4測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，運(yùn)算速度快。 通常的焊縫跟蹤系統(tǒng)能夠很好地識(shí)別下面集中板材接口類型的焊接，達(dá)到焊接參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化。 根據(jù)設(shè)定的各種焊縫形式，焊縫跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行焊接參數(shù)優(yōu)化，系統(tǒng)全權(quán)接管機(jī)器人的控制權(quán)限，由系統(tǒng)控制機(jī)器人行進(jìn)的軌跡、姿態(tài)以及速度等。 白車身焊接的應(yīng)用見(jiàn)圖4。圖4 車頂焊縫跟蹤 誤差控制 目前在車身制造中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是車身制造中的誤差控制，良好的誤差控制為涂裝、

9、總裝都會(huì)帶來(lái)很大的方便，良好的誤差控制可以使裝配工作簡(jiǎn)單化，減少不必要的調(diào)整和返修工作。利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)白車身進(jìn)行檢測(cè)，關(guān)鍵是車身總成和關(guān)鍵尺寸的檢測(cè)，來(lái)達(dá)到控制車身制造誤差的目的。 目前在上海大眾中使用ISRA-Vision的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在線測(cè)量車身總成尺寸，根據(jù)測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)完成汽車后尾燈安裝孔（見(jiàn)圖5）的加工、后保險(xiǎn)杠安裝支架固定螺栓的焊接、汽車前縱梁的激光切割及前保險(xiǎn)杠支架（見(jiàn)圖6）的激光焊接，從而糾正車身制造中的累計(jì)誤差，使總裝車間在安裝汽車后尾燈、后保險(xiǎn)杠和前保險(xiǎn)杠時(shí)不需要調(diào)整即可滿足安裝時(shí)的間隙和平整度要求。圖5 后尾燈安裝孔圖6 前縱梁和保險(xiǎn)杠支架 以ISR

10、A-Vision測(cè)量系統(tǒng)為例，該測(cè)量系統(tǒng)與前文所介紹的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的組成一致，主要包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、攝像機(jī)及照明單元，連接總線用于上位機(jī)，通常為工位PLC控制器通信；用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常為機(jī)器人通信。 ISRA用于3D測(cè)量的技術(shù)稱為VIAMES，通常VIAMES系統(tǒng)用于白車身的制造中。其基本原理是通過(guò)獲取的圖像，分析得到其中的圖像特征，計(jì)算出相對(duì)于原始位置的位移，將補(bǔ)償偏移值傳送到機(jī)器人，由機(jī)器人來(lái)運(yùn)行到基于當(dāng)前白車身的新的位置進(jìn)行后續(xù)工作，從而來(lái)消除白車身制造誤差。 每個(gè)圖像特征由2個(gè)攝像機(jī)來(lái)獲取，這樣才能得到3D的數(shù)據(jù)。VIAMES測(cè)量的結(jié)果見(jiàn)圖7。圖7 VIAMES測(cè)量的結(jié)果 對(duì)

11、于VIAMES系統(tǒng)最基礎(chǔ)的一點(diǎn)也最重要，首先需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行校正（見(jiàn)圖8），校正的目的是確定攝像機(jī)在空間中的坐標(biāo)，包括X、Y、Z、Rx、Ry和Rz；確定攝像機(jī)本身的參數(shù)，包括相距、失真參數(shù)。圖8 攝像機(jī)的校正 測(cè)量的方法是通過(guò)對(duì)空間已知點(diǎn)的測(cè)量，來(lái)得到相對(duì)的空間坐標(biāo)。 在完成對(duì)各個(gè)攝像機(jī)的校正后，針對(duì)需要測(cè)量的白車身部位進(jìn)行拍攝，得到相關(guān)的圖像。針對(duì)不同的圖像特征采用相應(yīng)的圖像特征識(shí)別方式來(lái)達(dá)到最優(yōu)的特征抓取效率。其中包括預(yù)處理和搜索工具兩部分來(lái)完成特征的識(shí)別（見(jiàn)圖9）。通常使用的圖像模型識(shí)別方式有PF、PFR、EEI、PEI及USK等，并且可以根據(jù)實(shí)際得出的圖像處理結(jié)果，來(lái)調(diào)整圖像特征識(shí)別的

12、相關(guān)參數(shù)，包括坐標(biāo)系的偏移和上下限值等。圖9 圖像特征的識(shí)別（紅色為預(yù)處理區(qū)域，綠色為搜索工具區(qū)域） 在所有需要測(cè)量的車身部位相應(yīng)的模型示教完畢后，需要對(duì)待測(cè)車身進(jìn)行零測(cè)量，目的是為了確定一個(gè)參考位置/零位，用于作為今后所有測(cè)量數(shù)據(jù)的參考位置。零測(cè)量的結(jié)果由計(jì)算機(jī)的專門軟件自動(dòng)運(yùn)算得到，操作人員需要完成的前期工作包括攝像機(jī)的校正、圖像模型的示教及安排樣件車到合適的位置等。這個(gè)樣件車將會(huì)作為今后的母板存在，通常使用特制的樣架來(lái)替代真實(shí)的白車身。零測(cè)量工作完成后，在線測(cè)量系統(tǒng)就可以正常投入運(yùn)行了。 每個(gè)圖像模型都會(huì)在設(shè)計(jì)時(shí)被賦予相應(yīng)的主類型號(hào)和子類型號(hào)，主類型號(hào)和子類型號(hào)組成了識(shí)別該圖形模型的惟一

13、ID，不允許不同的圖形模型有相同的ID（見(jiàn)圖10）。在自動(dòng)運(yùn)行的情況下，由上位機(jī)給出相應(yīng)的ID號(hào)，來(lái)激活相應(yīng)的圖像模型識(shí)別，同時(shí)打開(kāi)相應(yīng)的照明單元，獲取當(dāng)前白車身部位的圖像特征，由視覺(jué)控制軟件計(jì)算后得到相應(yīng)的偏移值，由總線傳輸給下位執(zhí)行機(jī)構(gòu)如機(jī)器人，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照新的位置來(lái)完成工作，諸如焊接、打孔、切割及裝配等，來(lái)消除在白車身制造過(guò)程中產(chǎn)生的累計(jì)誤差。圖10 圖像模型識(shí)別ID結(jié)構(gòu) 前文以ISRA-Vision系統(tǒng)為例，介紹了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在控制白車身制造誤差上的應(yīng)用，除了這些典型的應(yīng)用，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)還有車身零件安裝的完整性檢測(cè)以及焊接工藝的監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。 結(jié)語(yǔ) 目前的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)展很快，產(chǎn)品序列從低檔到高檔，完全能滿足客戶不同的應(yīng)用需要。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)向智