自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)

李鑄 賈雪健

摘要：文章首先分析了自動(dòng)裝配生產(chǎn)線機(jī)械視覺識(shí)別系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方向。以及在開發(fā)過程中需要重點(diǎn)完善的部分其次，重點(diǎn)探討零件識(shí)別與圖像處理在機(jī)械視覺識(shí)別系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)措施，以及各項(xiàng)功能開發(fā)設(shè)計(jì)中優(yōu)化自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的措施，綜合提升機(jī)械視覺識(shí)別系統(tǒng)使用功能穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)裝配生產(chǎn)線；機(jī)器視覺識(shí)別；識(shí)別系統(tǒng)

一、 基于機(jī)械視覺識(shí)別的零件裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于機(jī)械視覺識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)零件裝配系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。能夠根據(jù)零件的圖形識(shí)別與定位進(jìn)行自動(dòng)抓取，從而完成生產(chǎn)過程中的自動(dòng)裝配。機(jī)械識(shí)別系統(tǒng)在其中發(fā)揮著主要控制作用，也是前期各項(xiàng)裝配功能實(shí)現(xiàn)不可缺少的環(huán)節(jié)，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要體現(xiàn)動(dòng)態(tài)特征，能夠根據(jù)零件的圖。圖像識(shí)別結(jié)果確定抓取的具體方法，并通過動(dòng)態(tài)監(jiān)管，反映出零件運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)位置。該技術(shù)應(yīng)用后，大幅度提升了自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的工作效率，也能避免在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)抓取錯(cuò)誤以及其他生產(chǎn)質(zhì)量問題。基于機(jī)械視覺技術(shù)基礎(chǔ)上所構(gòu)建的零件裝配系統(tǒng)，在具體運(yùn)用過程中，需要強(qiáng)調(diào)攝像機(jī)對(duì)停車位置的抓捕控制能力，以及在整體裝配過程中零件之間的相互控制形式。確定最佳抓捕位置，確保后續(xù)生產(chǎn)任務(wù)可以流暢開展，對(duì)于機(jī)械視覺系統(tǒng)的柔性裝配設(shè)計(jì)是整體功能實(shí)現(xiàn)的核心部分。

二、 零件識(shí)別與圖像處理措施

1、 預(yù)處理與分割

基于機(jī)械識(shí)別進(jìn)行的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線零件抓取系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)零件進(jìn)行預(yù)處理與分割，判斷零件的圖像參數(shù)。在運(yùn)輸?shù)倪^程中，能夠根據(jù)掃描所得到的參數(shù)，利用CCD攝像機(jī)對(duì)零件所在位置，以及零件的基本圖形生成預(yù)期模型。確定零件在生產(chǎn)運(yùn)行過程中的邊緣信息，并根據(jù)處理過程中所獲得的保持結(jié)果，對(duì)零件的最終參數(shù)強(qiáng)度進(jìn)行控制，達(dá)到最佳濾波效果。排除在分析過程中干擾因素帶來的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行濾波后的預(yù)處理。通過預(yù)處理并對(duì)圖像進(jìn)行獨(dú)立分割后，能夠確定單一零件所在位置。在此基礎(chǔ)上開展的后續(xù)分析任務(wù)，彼此之間才不會(huì)產(chǎn)生干擾。預(yù)處理與分割過程中，對(duì)于參數(shù)干擾還應(yīng)該加強(qiáng)控制，能夠在分割過程中排除干擾，最大程度確保使用安全性。為簡(jiǎn)化圖像處理，提高識(shí)別的速度和準(zhǔn)確性，將裝零件的托盤漆成黑色，與零件的亮色形成較大反差，其直方圖呈現(xiàn)明顯的雙峰，采用二值化方法對(duì)圖像進(jìn)行分割。分割的闌值由最優(yōu)闌值化方法確定，直方圖采用正態(tài)分布的概率密度函數(shù)近似，正態(tài)分布參數(shù)的估計(jì)按照使物體和背景間的灰度變化最大化來選取。

2、 特征提取與識(shí)別

對(duì)零件圖像進(jìn)行識(shí)別處理中需要針對(duì)零件的特征進(jìn)行提取，通過特征提取確定零件邊緣信息，并對(duì)零件的邊緣數(shù)據(jù)精準(zhǔn)描述。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建生成零件識(shí)別后的圖像綜合處理控制能力，根據(jù)處理過程中的各類分割信息，對(duì)最終的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)一步強(qiáng)化。特征提取與識(shí)別是相對(duì)的功能，需要連續(xù)進(jìn)行，并且在特征提取分析期間。還應(yīng)該描述出零件在自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上的運(yùn)動(dòng)情況，在此基礎(chǔ)上才能夠根據(jù)零件的運(yùn)動(dòng)情況以及具體所在位置，確定接下來需要進(jìn)行的生產(chǎn)任務(wù)。在特征提取以及識(shí)別過程中，對(duì)于圖像的預(yù)處理參數(shù)誤差需要及時(shí)調(diào)整，這一環(huán)節(jié)最重要的是對(duì)邊緣特征精準(zhǔn)確定，并對(duì)預(yù)處理階段產(chǎn)生的各類分割誤差校對(duì)。確保特征提取識(shí)別后最終的圖像綜合控制能力能夠得到提升，才能進(jìn)入到接下來的自動(dòng)裝配生產(chǎn)階段。對(duì)生產(chǎn)過程中的各類特征進(jìn)行動(dòng)態(tài)描述，識(shí)別零件的具體位置，進(jìn)行自動(dòng)化抓取，完成對(duì)零件的綜合控制。

3、 零件定位

基于零件識(shí)別與圖像處理基礎(chǔ)上進(jìn)行的零件自動(dòng)裝配，最終功能是對(duì)零件進(jìn)行定位。在零件定位后，配合抓取動(dòng)作，直接完成零件的生產(chǎn)調(diào)控。抓取過程中綜合調(diào)整零件的各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)反饋以及邊緣描述確定零件所在位置，由于在自動(dòng)裝配生產(chǎn)線中零件是不斷變化的，因此，還需要根據(jù)零件的運(yùn)動(dòng)速度確定接下來的所在位置。實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的自動(dòng)抓取功能。在零件定位過程，需要進(jìn)行三次掃描，前兩次掃描是對(duì)位置的調(diào)整，而第三次掃描則是判斷臨像間的距離。在零件定位過程中的三次掃描是連續(xù)，且需對(duì)掃描過程中對(duì)零件與間隔零件之間的位置距離，使用數(shù)據(jù)描述定位。

三、 自動(dòng)抓取裝配功能的實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)裝配生產(chǎn)線中，機(jī)械識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的自動(dòng)抓取裝配功能。需要充分考慮零件定位后與后續(xù)圖像處理之間的關(guān)系以及各項(xiàng)參數(shù)變化是否符合最佳抓取點(diǎn)，在抓取過程中根據(jù)零件的移動(dòng)速度對(duì)，不同時(shí)間所處位置做出合理判斷，從而實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)抓取過程中對(duì)零件的動(dòng)態(tài)位置特征提取。視覺識(shí)別系統(tǒng)中，攝像機(jī)會(huì)對(duì)零件的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行補(bǔ)助，并判斷零件在自動(dòng)發(fā)展變化過程中是否彼此之間存在干擾，并通過攝像機(jī)的目標(biāo)定位來確定零件的移動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整，達(dá)到最理想的控制效果。自動(dòng)抓取功能的實(shí)現(xiàn)需要在視覺識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，模擬自動(dòng)抓取裝配的整體過程，并對(duì)零件動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)情況加以有效判斷，觀察是否在運(yùn)動(dòng)過程中。對(duì)零件的所在位置進(jìn)行補(bǔ)助確定接下來的功能裝配形式。并根據(jù)所構(gòu)建的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線機(jī)械識(shí)別系統(tǒng)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)自動(dòng)抓取裝置的功能性進(jìn)行檢測(cè)，觀察在抓取過程中機(jī)械控制能力是否達(dá)到最佳效果，以及機(jī)械手之間的相互輔助控制能力。達(dá)到預(yù)期開發(fā)設(shè)計(jì)目標(biāo)后，才能針對(duì)各項(xiàng)功能繼續(xù)深入完善，實(shí)現(xiàn)在機(jī)械生產(chǎn)過程中，對(duì)機(jī)械生產(chǎn)零件的自動(dòng)調(diào)控抓取。并在使用過程中，根據(jù)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化情況，進(jìn)行自動(dòng)抓取識(shí)別系統(tǒng)調(diào)整。

四、結(jié)語

筆者將機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用在削刀架裝配生產(chǎn)線上，通過視覺傳感器獲取零件的位置信息，并通過圖像處理和識(shí)別算法，計(jì)算位置偏移及角度旋轉(zhuǎn)量，并實(shí)時(shí)反饋給控制器，從而動(dòng)態(tài)改變機(jī)械手的抓取操作，提高了裝配操作的柔性和效率。系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，識(shí)別速度快，同時(shí)對(duì)環(huán)境要求不高，能夠適應(yīng)不同生產(chǎn)操作環(huán)境，具有很好的應(yīng)用前景。

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（作者單位：沈陽瑞晟智能裝備有限公司）