智能視覺引導(dǎo)安裝系統(tǒng)技術(shù)要求

智能視覺引導(dǎo)安裝系統(tǒng)技術(shù)要求范圍本文件規(guī)定了智能視覺引導(dǎo)系統(tǒng)基本組成、系統(tǒng)原理、定位原理、運(yùn)行方式、系統(tǒng)硬件與軟件要求、設(shè)備清單及技術(shù)參數(shù)等。本文件適用于廣西行政區(qū)域內(nèi)汽車白車身的自動化焊裝生產(chǎn)線、風(fēng)擋玻璃自動化安裝導(dǎo)入的工業(yè)機(jī)器人視覺引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備及相關(guān)組件。規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。汽車白車身Automobilebodyinwhite汽車白車身是指完成焊接但未涂裝之前的車身，不包括四門兩蓋等運(yùn)動件。智能視覺引導(dǎo)系統(tǒng)Intelligentvisualguidancesystem利用智能視覺檢測技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)工作對象的拍照式3D定位，引導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人根據(jù)工作對象的位置變化，調(diào)整工作軌跡，以促進(jìn)生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)質(zhì)量。拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器Photographic3Dvisualguidancesensor高精度的拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器主要用于取件工業(yè)機(jī)器人的“抓手”對工作對象的抓取等操作的視覺感知，結(jié)構(gòu)緊湊，拍照范圍廣。拍照式3D定位Photographic3Dpositioning利用拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器拍照，通過特征提取和特征匹配，并結(jié)合特征之間的相對位置信息，實(shí)現(xiàn)工作對象在拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器建立的坐標(biāo)系下的3D定位（在參考坐標(biāo)系x、y、z方向上的移動和旋轉(zhuǎn)）。智能視覺引導(dǎo)系統(tǒng)系統(tǒng)原理視覺引導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)合了視覺檢測技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)原理，旨在為取件工業(yè)機(jī)器人安裝“眼睛”，通過激光測量或圖像處理等算法運(yùn)算出工件實(shí)際3D姿態(tài)與理論基準(zhǔn)3D姿態(tài)的偏差（x，y，z，Rx，Ry，Rz），再反饋給取件工業(yè)機(jī)器人調(diào)整運(yùn)動軌跡，解決取件工業(yè)機(jī)器人只能單純地重復(fù)示教軌跡的限制，使其能根據(jù)被操作工件的位置變化實(shí)時調(diào)整工作軌跡，促進(jìn)生產(chǎn)效率，提升生產(chǎn)質(zhì)量。拍照式3D定位原理，基于特征點(diǎn)的拍照式位姿確定方法，通過已經(jīng)經(jīng)過標(biāo)定的相機(jī)對目標(biāo)拍照，利用目標(biāo)圖像上至少4個非共線特征點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，以及特征點(diǎn)在空間中相對位置關(guān)系，建立目標(biāo)約束方程，求解目標(biāo)與相機(jī)間的相對位置和相對姿態(tài)，如圖1所示。圖1拍照式3D定位原理利用工作對象上的特征點(diǎn)間幾何關(guān)系的基本思想是利用幾何模型來表示物體的結(jié)構(gòu)和形狀，并通過提取某些物體特征點(diǎn)，在模型和圖像之間建立起對應(yīng)關(guān)系，然后通過幾何或者其它方法實(shí)現(xiàn)物體空間姿態(tài)的估計?；窘M成視覺引導(dǎo)系統(tǒng)硬件包含：圖像處理工控機(jī)、拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器、安裝于抓具上的一體式攝像頭、圖像處理工控機(jī)通過I/O和網(wǎng)線與工業(yè)機(jī)器人通訊的線路。視覺引導(dǎo)系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖2所示。圖2引導(dǎo)系統(tǒng)基本構(gòu)成視覺引導(dǎo)系統(tǒng)軟件包含：測量控制軟件和數(shù)據(jù)查詢與分析軟件。根據(jù)工位工藝情況，為增強(qiáng)功能、集約配置、優(yōu)化功能與成本，視覺引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)配置可擴(kuò)展為圖3所示。圖3擴(kuò)展的視覺引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)配置例如：汽車白車身左、右側(cè)圍焊合總成視覺引導(dǎo)方案，可以設(shè)計為左、右側(cè)圍焊合總成各一套獨(dú)立的視覺系統(tǒng)，每個抓手支架上安裝3個視覺傳感器，考慮到左、右側(cè)圍焊合總成上件位置距離不遠(yuǎn)，為了節(jié)約成本和小型化設(shè)計，兩個視覺工控機(jī)統(tǒng)一放置于一個控制柜內(nèi)，共用一臺顯示器顯示操作界面（支持切換）。運(yùn)行方式拍照計算偏差與軌跡修正取件工業(yè)機(jī)器人每運(yùn)動1次，視覺傳感器同時對工作對象上特征孔進(jìn)行拍照，利用3D視覺引導(dǎo)算法計算工作對象位置及角度的偏移，并反饋修正取件工業(yè)機(jī)器人的抓取軌跡。視覺引導(dǎo)取件流程視覺引導(dǎo)取件流程如下要求：a）工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動至工作對象前約800mm處。b）工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動1次，拍照式3D視覺傳感器對工作對象4處不同的特征孔進(jìn)行拍照。c）利用3D視覺引導(dǎo)算法，確定工作對象的位置及角度偏移。d）計算工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動修正值，反饋至工業(yè)機(jī)器人。e）工業(yè)機(jī)器人修正抓取軌跡，并精確抓取工作對象。拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器安裝方式拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器分為安裝固定支架上和安裝在工業(yè)機(jī)器人上兩種。安裝在固定支架上：拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器安裝在專用的支架上，不隨工業(yè)機(jī)器人移動。安裝在工業(yè)機(jī)器人上：拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器安裝在工業(yè)機(jī)器人抓手或者工業(yè)機(jī)器人第六軸（以下簡稱六軸）上，隨工業(yè)機(jī)器人移動。涉及抓手切換和多車型共用時，宜安裝在六軸上，并需設(shè)計剛性滿足要求的安裝支架，以確保穩(wěn)定性。安裝方式如圖4所示：安裝在固定支架上b）安裝在工業(yè)機(jī)器人圖4安裝方式系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成見表1。系統(tǒng)組成序號組件項(xiàng)目內(nèi)容1功能測量元素面、邊、角、圓柱、圓孔、槽、特殊孔等2應(yīng)用范圍焊裝車間各種類型、顏色的板材3拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器拍照式4測量速度≤2s/工業(yè)機(jī)器人姿態(tài)5測量原理3D相機(jī)拍照6測量距離500～1000mm7視野范圍≥100mm×100mm8重量≤3kg9系統(tǒng)綜合引導(dǎo)精度≤±0.5mm10傳感器安裝方式安裝在固定支架上或工業(yè)機(jī)器人上11控制上位機(jī)獨(dú)立機(jī)柜控制拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器12系統(tǒng)軟件多車型畫面切換功能支持，不少于5款13更改參數(shù)確認(rèn)提示功能支持，以防誤改參數(shù)14數(shù)據(jù)儲存功能推薦存儲時間不小于2年15示教功能可對測量系統(tǒng)進(jìn)行示教，具有完整的測量算法應(yīng)對車身上各個特征16監(jiān)控功能具備對測量數(shù)據(jù)的監(jiān)控功能，可實(shí)時監(jiān)控被測工件的測量數(shù)據(jù)狀態(tài)17分析功能具有MicrosoftEXCEL或WPS表格等類型的數(shù)據(jù)報告形式，幫助使用者進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出18用戶多權(quán)限管理支持19支持語言中文、英文等20系統(tǒng)硬件柜體帶冷凝水自蒸發(fā)式空調(diào)21顯示器19吋彩色顯示器22工控機(jī)處理器：i7以上內(nèi)存：16GB以上硬盤容量：1TB以上網(wǎng)卡：100/1000bpsI/O接口：含DP、RS23223硬盤雙硬盤RAID陣列，硬盤容量不小于1TB24網(wǎng)絡(luò)接口主流工業(yè)通訊協(xié)議，如Profinet、Ethernet等25應(yīng)急電源內(nèi)置的后備電源（UPS）來防止突然掉電26輸入電源要求AC220～230V，50/60Hz表1系統(tǒng)組成（續(xù)）序號組件項(xiàng)目內(nèi)容27環(huán)境條件環(huán)境溫度-5°～45℃28環(huán)境濕度10%～90%29照明條件無太陽光和弧焊光直射運(yùn)行狀態(tài)信息記錄上位機(jī)在運(yùn)行過程中，可自動生成日志，記錄控制器運(yùn)行狀態(tài)信息，日志可用專用或通用工具調(diào)取。系統(tǒng)硬件及軟件引導(dǎo)精度視覺引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)保證測定工作對象在抓取時不變形，綜合引導(dǎo)精度≤±0.5mm。硬件傳感器應(yīng)安裝保護(hù)罩蓋，預(yù)防機(jī)械損傷。單個測量傳感器的更換應(yīng)在不重新標(biāo)定整個工位的情況下，實(shí)現(xiàn)功能恢復(fù)。傳感器在更換后的安裝應(yīng)在沒有復(fù)雜輔助設(shè)備（激光跟蹤儀、經(jīng)緯測量儀）的情況下可以進(jìn)行。應(yīng)在不更換測量傳感器的情況下可以更換其線纜和電控模塊，同時不允許出現(xiàn)對整個工位的重新標(biāo)定。固定式傳感器應(yīng)固定在一個可調(diào)的萬向節(jié)頭上，傳感器的位置應(yīng)在半緊固狀態(tài)下可進(jìn)行微調(diào)。傳感器的首次校準(zhǔn)過程和所采用的技術(shù)應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)描述并存檔。軟件應(yīng)采用在汽車工業(yè)批量生產(chǎn)中已投入使用的操作軟件。視覺引導(dǎo)軟件包含測量控制軟件和數(shù)據(jù)查詢與分析軟件，可實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控，引導(dǎo)結(jié)果具備可視化界面，同時可對引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計管理，并可導(dǎo)出固定格式的數(shù)據(jù)。所有系統(tǒng)設(shè)置，測量數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)應(yīng)可以輸出和存儲（不是通過截屏），可以自由選擇報告種類進(jìn)行打印。應(yīng)給出趨勢信息，以防止超差（報警極限及干預(yù)極限）。操作人員應(yīng)可以自由進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié)。實(shí)時數(shù)據(jù)顯示：在一個測量循環(huán)完成后，顯示被測點(diǎn)與理論值的偏差。測量點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢、分析和統(tǒng)計功能：測點(diǎn)誤差在三個方向上的變化曲線或誤差統(tǒng)計圖，所有測量點(diǎn)的測量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時顯示，按月或按年對測量點(diǎn)的合格率進(jìn)行統(tǒng)計，并可輸出統(tǒng)計圖數(shù)據(jù)與圖線輸出。按班次、日、月或按年對測量點(diǎn)的合格率進(jìn)行統(tǒng)計，并可輸出統(tǒng)計圖。系統(tǒng)參考清單以汽車白車身車身左、右側(cè)圍焊合件方案說明。左右側(cè)圍各一套獨(dú)立的視覺系統(tǒng)，每個六軸支架上安裝3個傳感器，兩個視覺工控機(jī)統(tǒng)一放置于一個控制柜內(nèi)，共用一臺顯示器顯示操作界面（支持切換），參考圖3。智能視覺引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備參考清單見表2。智能視覺引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備清單序號設(shè)備名稱數(shù)量單位使用規(guī)格備注1拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器6個2控制柜工控機(jī)2個處理器：i7以上；內(nèi)存：16GB以上；硬盤容量：1TB以上；網(wǎng)卡：100/1000Mbps；I/O接口：含DP、RS232。顯示器1個19吋彩色顯示器（含DP接口）適合在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)安裝交換機(jī)2個支持Profinet、Ethernet總線進(jìn)行通訊。柜體1個帶冷凝水自蒸發(fā)式空調(diào)。滿足使用，預(yù)制接頭。UPS后備電源1套3電纜若干4系統(tǒng)軟件1套支持兩套系統(tǒng)切換監(jiān)控，不支持配備兩套。5傳感器安裝支架2套6其他必要組件技術(shù)參數(shù)智能視覺引導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表3。技術(shù)參數(shù)表序號組件項(xiàng)目內(nèi)容1系統(tǒng)功能參數(shù)要求檢測項(xiàng)目定位工作對象沿X、Y、Z方向位移和繞X、Y、Z轉(zhuǎn)動共6個自由度。2應(yīng)用范圍汽車白車身焊裝、總裝車間不同工作對象抓件、放件。3拍照距離500～1000mm。4拍照范圍700×700～1000×1000mm。5允許最大綜合偏移量±70mm的位置偏移；±5°的工作對象偏轉(zhuǎn)。6視覺引導(dǎo)綜合精度優(yōu)于±0.5mm。7系統(tǒng)拍照及處理時間≤2s。表3技術(shù)參數(shù)表（續(xù)）序號組件項(xiàng)目內(nèi)容8拍照式3D視覺引導(dǎo)傳感器傳感器重復(fù)性/精度：±0.02mm/±0.05mm9相機(jī)與光源設(shè)計450nm藍(lán)光光源10傳感器保護(hù)片安裝方式11系統(tǒng)軟件支持語言中文、英文等12區(qū)域索引功能具備13實(shí)時數(shù)據(jù)儲存功能具備，1個月以上14用戶多權(quán)限管理支持15引導(dǎo)實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控支持16引導(dǎo)結(jié)果可視化支持17引導(dǎo)數(shù)