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機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的未來(lái)

發(fā)布日期:2017-03-06 內(nèi)容來(lái)源于:http://www.sffff.cn/

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ccd檢測(cè)設(shè)備機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的未來(lái)

ccd檢測(cè)設(shè)備

應(yīng)用領(lǐng)域:3D,機(jī)器視覺(jué),機(jī)器人,汽車(chē)行業(yè),運(yùn)動(dòng)控制

  在2015年年初美國(guó)舉辦的A3(自動(dòng)化推進(jìn)協(xié)會(huì))商務(wù)論壇上,來(lái)自福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司的工程師們分享了各自關(guān)于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展愿景,他們認(rèn)為目前廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)仍然存在著機(jī)遇和挑戰(zhàn)。A3代表著自動(dòng)化推進(jìn)協(xié)會(huì),它包括了如下組織:機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)(RIA)、運(yùn)動(dòng)控制協(xié)會(huì)(MCA)以及自動(dòng)化圖像處理協(xié)會(huì)(AIA)。 

  福特公司動(dòng)力傳動(dòng)部門(mén)先進(jìn)生產(chǎn)工程組的技術(shù)專(zhuān)家Frank Maslar,分析了汽車(chē)行業(yè)對(duì)于機(jī)器視覺(jué)參數(shù)及其性能的特殊需求。汽車(chē)組裝過(guò)程的特性包括:在所有方位(重復(fù)和相似的部件、表面的差異)誤差小于5mm,部件在工作站停留20到30秒,生產(chǎn)線(xiàn)24/7運(yùn)行。因?yàn)樵谄?chē)組裝生產(chǎn)線(xiàn),每分鐘的停機(jī)會(huì)導(dǎo)致上萬(wàn)美元的損失,所以易于從機(jī)器視覺(jué)故障中恢復(fù)對(duì)生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)十分重要。視覺(jué)被定義為標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線(xiàn)的一部分。如果機(jī)器視覺(jué)故障,生產(chǎn)線(xiàn)就會(huì)停止。任何視覺(jué)系統(tǒng)都應(yīng)遵循六西格瑪質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn),即每百萬(wàn)最多有3個(gè)不合格產(chǎn)品。 


機(jī)器視覺(jué)的光源設(shè)計(jì) 

  來(lái)自通用汽車(chē)公司動(dòng)力傳動(dòng)生產(chǎn)工程的首席工程師、認(rèn)證高級(jí)視覺(jué)專(zhuān)家Stephen Jones認(rèn)為,藝術(shù)和科學(xué)不是一回事。實(shí)施機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)需要科學(xué),也應(yīng)該按照科學(xué)的、而不是藝術(shù)的態(tài)度來(lái)對(duì)待。應(yīng)提前制定規(guī)則,量化結(jié)果。 

  有時(shí),機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)是一個(gè)迭代的過(guò)程,但并不是所有的情況都是這樣。必須做足準(zhǔn)備,充分理解部件設(shè)計(jì)性能和實(shí)際性能之間的變動(dòng)。此外,也需要具有足夠?qū)I(yè)知識(shí)的應(yīng)用專(zhuān)家和更好的工具來(lái)應(yīng)對(duì),Jones說(shuō)。例如,如果一個(gè)部件是潮濕的,那在視覺(jué)表現(xiàn)上可能就有非常大的差距。 

  當(dāng)采用LED光條用于機(jī)器視覺(jué)時(shí),如果可以以文件的形式提供波長(zhǎng)、光強(qiáng)、在整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域光源的一致性以及由于距離而導(dǎo)致的衰減等信息,無(wú)疑是非常有幫助的。Jones說(shuō),最近檢查的產(chǎn)品中,半數(shù)沒(méi)有量化光源輸出。沒(méi)有這樣的規(guī)格書(shū),就沒(méi)有辦法非常確定地回答是否可以使用某種特定的光源作為替代。 

  “如果生產(chǎn)線(xiàn)的配置改變,照相機(jī)將不得不向后移動(dòng)8英寸,這將會(huì)有哪些影響?” Jones說(shuō)道,“如果沒(méi)有光源強(qiáng)度信息,我們無(wú)從知道?!?nbsp;

  被檢測(cè)物品的表面差異對(duì)于金屬表面,其反射特性對(duì)機(jī)器視覺(jué)質(zhì)量的影響非常大。隨著切削工具路徑和深度的不同而有很大的變化。根據(jù)不同的表面狀況,當(dāng)同樣的部件旋轉(zhuǎn)45度時(shí),在照相機(jī)中采集的結(jié)果可能是完美的,也可以是糟糕透頂。 


問(wèn)題是,“給定差異,我們?nèi)绾谓o出解決方案?” Jones問(wèn)道。 

  Jones展示了不同的圖片,一張發(fā)灰,一張發(fā)亮,放在同樣的傳送臺(tái)上,但是曝光時(shí)間增長(zhǎng),并問(wèn)道,“如果第一張的質(zhì)量較差,那第二張是否可以接受?利用多個(gè)部件,是否可以將多個(gè)圖片整合起來(lái)?這些選項(xiàng)并不是那么容易配置的?!?nbsp;

  對(duì)于集成了處理器、鏡頭的智能相機(jī),在光線(xiàn)不是最佳的情況下,需要在軟件上下足功夫,以便從6個(gè)圖片中獲得最佳的圖片,Jones建議道。 

  當(dāng)采購(gòu)相機(jī)時(shí),也許能夠獲得或猜測(cè)目前應(yīng)用或?qū)?lái)應(yīng)用的光線(xiàn)特性。一旦選定智能相機(jī),可能很難去適應(yīng)未來(lái)的變化


 更優(yōu)的資源分配 

  汽車(chē)工業(yè)的時(shí)間周期與很多其它工業(yè)的不同。更長(zhǎng)的時(shí)間周期意味著過(guò)程資源經(jīng)常是空閑的。將來(lái), 150 GigE相機(jī)可以連接在多個(gè)網(wǎng)絡(luò),利用可編程邏輯控制器(PLC)來(lái)觸發(fā)需求。計(jì)算能力可以分布在位于一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下的多核處理器中,每個(gè)工作站都有可用的工具。 


  利用視覺(jué)傳感器的數(shù)據(jù)融合,而以前每種數(shù)據(jù)類(lèi)型一般情況下只在其原始環(huán)境中使用專(zhuān)門(mén)為這種環(huán)境而開(kāi)發(fā)的工具進(jìn)行處理。 

  3D機(jī)器視覺(jué) 

  Maslar展望了3D數(shù)據(jù)的可視化進(jìn)展。目前,我們通常采用2D圖像來(lái)顯示3D數(shù)據(jù)。系統(tǒng)需要在3D空間內(nèi)工作,利用數(shù)據(jù)展示實(shí)體模型,實(shí)現(xiàn)縮放或旋轉(zhuǎn)功能。3D視覺(jué)數(shù)據(jù)尚不能提供這些功能;還需要3D邊緣處理工具,以及3D環(huán)境下所需的其它復(fù)雜的視覺(jué)工具。 

  目前,有一種3D點(diǎn)云數(shù)據(jù)(Point Cloud),它是將掃描資料以點(diǎn)的形式記錄,每一個(gè)點(diǎn)包含有三維坐標(biāo),有些可能含有顏色信息(RGB)或反射強(qiáng)度信息(Intensity)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)除了具有幾何位置以外,有的還有顏色信息。顏色信息通常是通過(guò)相機(jī)獲取彩色影像,然后將對(duì)應(yīng)位置的像素的顏色信息(RGB)賦予點(diǎn)云中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。它可以將部件的材質(zhì)和顏色等一對(duì)一的展示在統(tǒng)一的工作空間內(nèi)。它更直觀、易用,可以對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 

  離線(xiàn)編程和虛擬化 

  3D機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)10年了,但是仍然復(fù)雜得難以應(yīng)用。在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)和機(jī)器人控制器之間應(yīng)該有一種標(biāo)準(zhǔn)——即插即用,Maslar建議。 

  3D機(jī)器人導(dǎo)航應(yīng)充分利用視覺(jué)系統(tǒng)的離線(xiàn)編程優(yōu)勢(shì)。視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用程序編程應(yīng)利用可視化工具。部件的實(shí)體模型應(yīng)包括表面材質(zhì)以及提供機(jī)器圖像展現(xiàn)的形式。   

  視覺(jué)系統(tǒng)離線(xiàn)編程應(yīng)該將在任何部件連接起來(lái)之前,通過(guò)虛擬的方式完成,Maslar說(shuō)道。機(jī)器人工作單元的故障恢復(fù),應(yīng)利用嵌入式故障恢復(fù)提示來(lái)圖形化顯示故障,從而充分利用仿真環(huán)境。 

  “今天,大多數(shù)與機(jī)器人的交互,都是通過(guò)基于文本的交互裝置完成。我們應(yīng)該將仿真裝置引入到工廠車(chē)間,充分利用虛擬工具。故障恢復(fù)可以采用虛擬化的方式執(zhí)行,以便降低機(jī)器人動(dòng)作中的風(fēng)險(xiǎn)?!?Maslar補(bǔ)充道。


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