《工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化單元設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)》教學(xué)課件-07-機(jī)器人工作站組成及開發(fā)流程

工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化單元設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)——視覺識(shí)別系統(tǒng)及應(yīng)用引言視覺檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。機(jī)器人工作站采用視覺識(shí)別系統(tǒng)去檢測(cè)工件，并為機(jī)器人提供工件的位置信息，使得整個(gè)工作站更加智能化。目錄機(jī)器人視覺概述機(jī)器人視覺系統(tǒng)組成光源鏡頭工業(yè)相機(jī)圖像處理單元視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用機(jī)器人視覺概述視覺的基本要素是圖像“圖”是物體投射或反射光的分布“像”是人的視覺系統(tǒng)對(duì)圖的接受在大腦中形成的印象或反映圖像是客觀和主觀的結(jié)合，是客觀對(duì)象的一種相似性、生動(dòng)性的描述或?qū)懻?，是人類社?huì)中最主要的信息源圖像是客觀對(duì)象的一種表示，它包含了被描述對(duì)象的所有信息。機(jī)器人視覺概述視覺是建立在圖像處理的基礎(chǔ)上，通過視覺系統(tǒng)的外周感覺器官（眼）接受外界環(huán)境中一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波刺激，經(jīng)中樞有關(guān)部分進(jìn)行編碼加工和分析后獲得的主觀感覺。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)人獲得的信息大約有75%來(lái)自視覺機(jī)器人視覺概述計(jì)算機(jī)視覺是是指用攝影機(jī)和電腦代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測(cè)量等，并進(jìn)一步做圖形處理，使電腦處理成為更適合人眼觀察或傳送給儀器檢測(cè)的圖像。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過圖像攝取裝置將被攝取的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和寬度、顏色等信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算，抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。機(jī)器人視覺概述機(jī)器視覺的主要研究目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)具有通過二維圖像認(rèn)知三維環(huán)境信息的能力，能夠感知與處理三維環(huán)境中物體的形狀、位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)等幾何信息。機(jī)器人視覺是把機(jī)器人技術(shù)與視覺技術(shù)相融合，把視覺信息作為輸入，對(duì)這些信息進(jìn)行處理，提取出有用的信息提供給機(jī)器人，作為機(jī)器人工作的控制或反饋信號(hào)。機(jī)器人視覺概述機(jī)器人視覺的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾方面：①為機(jī)器人的動(dòng)作控制提供視覺反饋②移動(dòng)式機(jī)器人的視覺導(dǎo)航③代替或幫助人工對(duì)質(zhì)量控制、安全檢查進(jìn)行所需要的視覺檢驗(yàn)。機(jī)器人視覺概述機(jī)器人視覺、計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理、機(jī)器視覺和圖形識(shí)別之間的區(qū)別和聯(lián)系機(jī)器人視覺系統(tǒng)組成一個(gè)完整的機(jī)器人視覺系統(tǒng)主要由光源、光學(xué)鏡頭（如無(wú)特殊說(shuō)明，下文將其簡(jiǎn)稱為鏡頭）、工業(yè)相機(jī)、圖像處理單元和工業(yè)機(jī)器人等組成。光源為系統(tǒng)提供所需的照明亮度；鏡頭則是相機(jī)為獲取圖像所必須的光學(xué)部件，它的種類和質(zhì)量直接影響著采集到的圖像質(zhì)量；機(jī)器人視覺系統(tǒng)組成工業(yè)相機(jī)將鏡頭傳遞來(lái)的光線轉(zhuǎn)換為圖像圖像處理單元將工業(yè)相機(jī)采集的圖像進(jìn)行所需的變換，并將處理結(jié)果（如工件的位置坐標(biāo)、判斷結(jié)果等）傳輸至工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，按照既定的要求進(jìn)行工作。光源設(shè)計(jì)機(jī)器人視覺系統(tǒng)時(shí)，光源選擇十分重要，它直接影響采集圖像的質(zhì)量和應(yīng)用效果。由于市場(chǎng)上沒有通用的機(jī)器人視覺照明裝置，所以需要針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例來(lái)選擇所需的照明裝置，以達(dá)到最佳照明效果。光源1.光源顏色選擇光源照射顏色應(yīng)根據(jù)視覺對(duì)象的主要顏色，以及相似顏色(或色系)混合變亮、相反顏色混合變暗的原則來(lái)選擇；在色度學(xué)中，紅、綠、藍(lán)為三基色；常用的互補(bǔ)色有：黃和藍(lán)、紅和青、綠和品紅；在應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)配比。若采用單色LED照明，則需要遮光板隔絕環(huán)境干擾；另外，還需要采用幾何學(xué)原理來(lái)考慮視覺對(duì)象、光源和相機(jī)的相對(duì)位置，以及光源形狀和顏色以加強(qiáng)測(cè)量物體和背景的對(duì)比度光源1.光源顏色選擇在應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)配比若采用單色LED照明，則需要遮光板隔絕環(huán)境干擾采用幾何學(xué)原理來(lái)考慮視覺對(duì)象、光源和相機(jī)的相對(duì)位置，以及光源形狀和顏色以加強(qiáng)測(cè)量物體和背景的對(duì)比度本系統(tǒng)任務(wù)為識(shí)別盒狀工件，主要檢測(cè)其外形輪廓，采用單色LED光源進(jìn)行照明。光源2.照射方式選擇光源的照射方式分為直接照射、同軸照射、低角度照射、全方向照射和背面照射等五種每種照射方式適應(yīng)不同的測(cè)量環(huán)境，故此需要根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇本系統(tǒng)任務(wù)為識(shí)別盒狀工件的外形輪廓，因此采用背面照射方式光源光源3.光源類型選擇光源的類型有環(huán)形光源、背光源、同軸光源、條形光、線形光源、RGB光源、球積分光源、條形組合光源、對(duì)位光源和點(diǎn)光源等每種光源適合不同的照射環(huán)境，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的光源類型本系統(tǒng)任務(wù)選擇背面照射模式，因此設(shè)備使用背光源進(jìn)行照明光源光源鏡頭鏡頭是機(jī)器人視覺系統(tǒng)中的重要組件，對(duì)成像質(zhì)量有著關(guān)鍵性的作用，對(duì)成像質(zhì)量的幾個(gè)最主要指標(biāo)都有影響。鏡頭的選擇一定要慎重，因?yàn)殓R頭的參數(shù)直接影響到成像的質(zhì)量選擇鏡頭前，首先要了解鏡頭的分辨率、焦距、光圈大小、明銳度、景深、有效像場(chǎng)、接口形式等。鏡頭1．鏡頭分類根據(jù)鏡頭的有效像場(chǎng)的大小可分為1/3英寸攝像鏡頭、1/2英寸攝像鏡頭、2/3英寸攝像鏡頭、1英寸攝像鏡頭、電影攝影鏡頭和照相鏡頭根據(jù)鏡頭的焦距可分為變焦鏡頭和定焦鏡頭。變焦鏡頭有不同的變焦范圍；定焦鏡頭可分為魚眼鏡頭、短焦鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長(zhǎng)焦鏡頭、超長(zhǎng)焦鏡頭等多種型號(hào)。鏡頭根據(jù)鏡頭和攝像機(jī)之間的接口方式可分為C接口、CS接口、F接口、V接口、T2接口、徠卡接口、M42接口、M50接口等。工業(yè)視覺檢測(cè)系統(tǒng)中常用到的還有很多專用的鏡頭，如微距鏡頭、遠(yuǎn)距鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、紅外鏡頭、紫外鏡頭、顯微鏡頭等鏡頭鏡頭鏡頭2．工業(yè)相機(jī)鏡頭的選擇1) 工作距離的設(shè)計(jì)工作距離是指當(dāng)圖像在焦距范圍內(nèi)的時(shí)候，物體和工業(yè)相機(jī)鏡頭前端的距離。限制了視覺系統(tǒng)以及和視覺系統(tǒng)一起工作的設(shè)備所需要的空間。在極限范圍內(nèi)，通過鏡頭重新對(duì)焦，可以改變工作距離。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要來(lái)設(shè)計(jì)相機(jī)鏡頭的工作距離。鏡頭2）焦距的選擇焦距是工業(yè)相機(jī)鏡頭的關(guān)鍵參數(shù)，為了在CCD上完整成像，需要為目標(biāo)的高度和寬度計(jì)算焦距，較小的為鏡頭焦距。寬度的焦距=工作距離×CCD寬度÷目標(biāo)寬度+CCD寬度高度的焦距=工作距離×CCD高度÷目標(biāo)高度+CCD高度鏡頭3) 工作波長(zhǎng)的選擇工業(yè)相機(jī)鏡頭的工作波長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇若采用可見光波段對(duì)物體圖像進(jìn)行采集的應(yīng)用，那么就選擇可見光波段的鏡頭；若采用其他波段對(duì)物體圖像進(jìn)行采集的應(yīng)用，則需要根據(jù)實(shí)際情況選擇鏡頭合適的工作波長(zhǎng)和恰當(dāng)?shù)臑V光措施，增強(qiáng)所采集波段光線的強(qiáng)度，減小其他波段光線的強(qiáng)度，從而達(dá)到最佳的圖像采集效果。鏡頭4) 像面尺寸選擇像面尺寸是相機(jī)的感光元器件CCD的實(shí)際尺寸，所選工業(yè)相機(jī)鏡頭的像面尺寸要與相機(jī)感光面尺寸兼容，遵循“大的兼容小的”原則——相機(jī)感光面不能超出鏡頭標(biāo)示的像面尺寸，否則邊緣視場(chǎng)的像質(zhì)不保。鏡頭5）像質(zhì)的提高像質(zhì)即為光學(xué)系統(tǒng)成像的質(zhì)量。理想的成像質(zhì)量應(yīng)該足夠清晰，物象相似，變形要小。像質(zhì)主要考慮MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）和畸變兩項(xiàng)。在測(cè)量應(yīng)用中，尤其應(yīng)該重視畸變。鏡頭5）像質(zhì)的提高M(jìn)TF是表示各種不同頻率的正弦強(qiáng)度分布函數(shù)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像后，其對(duì)比度（即振幅）的衰減程度。當(dāng)某一頻率的對(duì)比度下降到零時(shí)，說(shuō)明該頻率的光強(qiáng)分布已無(wú)亮度變化，即該頻率被截止。這是利用光學(xué)傳遞函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)光學(xué)系統(tǒng)成像的質(zhì)量的主要方法。鏡頭6) 光圈的選擇工業(yè)相機(jī)鏡頭的光圈主要影響像面的亮度現(xiàn)在的機(jī)器人視覺中，最終的圖像亮度是由很多因素共同決定的，如：光圈、相機(jī)增益、積分時(shí)間、光源等為了獲得所需的圖像亮度,必須綜合考慮，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理的調(diào)整鏡頭7) 性價(jià)比的考慮如果以上因素考慮完之后有多項(xiàng)方案都能滿足要求，則可以考慮成本和技術(shù)成熟度，進(jìn)行權(quán)衡擇優(yōu)選取。本系統(tǒng)任務(wù)為識(shí)別盒狀工件的外形輪廓，測(cè)量工件中心坐標(biāo)位置及旋轉(zhuǎn)的角度信息，且工件距離相機(jī)距離遠(yuǎn)，工件數(shù)目較多而且分散，因此選擇對(duì)檢測(cè)視角要求較寬，對(duì)圖形畸變要求較低的鏡頭即廣角鏡頭工業(yè)相機(jī)工業(yè)相機(jī)是機(jī)器人視覺系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為有序的電信號(hào)。工業(yè)相機(jī)相比與商用相機(jī)它具有高的圖像穩(wěn)定性、圖像質(zhì)量、傳輸能力和抗干擾能力等，因而價(jià)格也較商用相機(jī)高。工業(yè)相機(jī)1.相機(jī)分類1）按芯片類型：可以分為CCD、CMOS相機(jī)；2）按照靈敏度分：“普通型”正常工作所需照度1~3Lux、“月光型”正常工作所需照度0.1Lux左右、“星光型”正常工作所需照度0.01Lux以下、“紅外型”采用紅外燈照明,在沒有光線的情況下，可以成像。工業(yè)相機(jī)3）按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性：可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī)；4）按照掃描方式：可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī)；5）按照分辨率大?。嚎梢苑譃槠胀ǚ直媛氏鄼C(jī)、高分辨率相機(jī)；6）按照輸出信號(hào)方式：可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)；工業(yè)相機(jī)7）按照輸出色彩：可以分為單色（黑白）相機(jī)、彩色相機(jī)；8）按照輸出信號(hào)速度：可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī)；9）按照響應(yīng)頻率范圍：可以分為可見光（普通）相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)。工業(yè)相機(jī)2.工業(yè)相機(jī)主要參數(shù)分辨率：相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)，對(duì)于工業(yè)數(shù)字相機(jī)一般是直接與光電傳感器的像元數(shù)對(duì)應(yīng)的，對(duì)于工業(yè)數(shù)字模擬相機(jī)則是取決于視頻制式目前視頻制式有兩種比較常用的，即為PAL制式和NTSC制式工業(yè)相機(jī)PAL制式是PhaseAlterationLine的縮寫，意思是“逐行倒相”，每秒25幀，掃描線為625線，奇場(chǎng)在前，偶場(chǎng)在后，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化PAL制式分辨率為720*576,24bit的色彩位深，畫面的寬高比為4：3NTSC制式是NationalTelevisionStandardsCommittee的縮寫，每秒29.97幀（簡(jiǎn)化為30幀），掃描線為525線，偶場(chǎng)在前，奇場(chǎng)在后，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化NTSC制式分辨率為720*480,24bit的色彩位深，畫面的寬高比為4：3工業(yè)相機(jī)像素深度：即每像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)，一般常用的是8Bit，對(duì)于工業(yè)數(shù)字相機(jī)一般還會(huì)有10Bit、12Bit等。最大幀率/行頻：相機(jī)采集傳輸圖像的速率，對(duì)于面陣相機(jī)一般為每秒采集的幀數(shù)（Frames/Sec.），對(duì)于線陣相機(jī)為每秒采集的行數(shù)（Hz）。工業(yè)相機(jī)曝光方式和快門速度：對(duì)于工業(yè)線陣相機(jī)都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時(shí)間可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個(gè)固定的時(shí)間；面陣相機(jī)有幀曝光、場(chǎng)曝光和滾動(dòng)行曝光等幾種常見方式。另外，工業(yè)數(shù)字相機(jī)一般都提供外部觸發(fā)采集圖像的功能?？扉T速度一般可到10微秒，高速相機(jī)還可以更快。工業(yè)相機(jī)像元尺寸：像元大?。ㄏ袼爻叽纾┖拖裨獢?shù)（分辨率）共同決定了相機(jī)靶面的大小目前工業(yè)數(shù)字相機(jī)像元尺寸一般為3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質(zhì)量也越不容易提高。光譜響應(yīng)特性：是指該像元傳感器對(duì)不同光波的敏感特性，一般響應(yīng)范圍是350nm－1000nm。工業(yè)相機(jī)3.機(jī)器人工作站中的工業(yè)相機(jī)機(jī)器人工作站選用信捷公司的SV4-30ML型智能相機(jī)，圖像接收元件為1/3英寸CMOS分辨率為640*480像素尺寸為6.0μm*6.0μm采用的掃描方式為逐行掃描采用的曝光方式為全局曝光工業(yè)相機(jī)電子快門為0.1-200ms鏡頭安裝方式為C安裝色彩為256色灰度最快采集速率60幀/秒最快處理速率60幀/秒圖像處理單元一般工業(yè)相機(jī)中均集成了圖像處理單元，它可以直接從成像單元中獲得數(shù)據(jù)（模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)），然后轉(zhuǎn)換成上位機(jī)可以處理的信息，通過通信接口發(fā)送至上位機(jī)。圖像處理單元的種類包括專用圖像處理控制器、通用數(shù)據(jù)采集卡和圖像采集卡。圖像處理單元圖像處理單元是完整的視覺系統(tǒng)的一個(gè)部分，其決定了相機(jī)的接口、色彩、信號(hào)類型等。圖像處理單元可以控制光學(xué)鏡頭改變拍攝參數(shù)（例如觸發(fā)時(shí)間、曝光時(shí)間、光圈大小等等）。圖像處理單元形式很多，可以支持不同類型的光學(xué)鏡頭、不同的計(jì)算機(jī)總線。圖像處理單元圖像處理器單元一般是以DSP、FPGA、ARM或者DSP+FPGA為核心的專用圖像處理電路本系統(tǒng)中的工業(yè)相機(jī)內(nèi)嵌數(shù)字圖像處理芯片DSP，能獨(dú)立對(duì)采集的圖像進(jìn)行運(yùn)算處理，并可以通過Modbus-485或ModbusTCP通信協(xié)議將處理結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)，控制工業(yè)機(jī)器人完成規(guī)定的操作。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用1視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人視覺系統(tǒng)選用信捷公司的X-sight智能化一體化視覺系統(tǒng)主要包括SV4-30ML型智能相機(jī)（含鏡頭）、光源控制器SIC-242和光源三部分光源控制器不僅能夠用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)背光源光線的強(qiáng)弱，而且可以對(duì)智能相機(jī)的工作過程進(jìn)行控制視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺系統(tǒng)工作時(shí)，上位機(jī)驅(qū)動(dòng)光源控制器發(fā)出圖像采集信號(hào)，觸發(fā)智能相機(jī)采集工件圖像，然后利用智能相機(jī)自帶的圖像處理單元對(duì)采集到的圖像進(jìn)行運(yùn)算處理，并在光源控制器控制下，將處理結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)；上位機(jī)將接收到圖像處理結(jié)果后，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理，并驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的操作。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用智能相機(jī)和上位機(jī)之間采用ModbusTCP通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)上位機(jī)采用I/O方式來(lái)觸發(fā)智能相機(jī)采集圖像、接收智能相機(jī)的采集工作完成信號(hào)視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用光源控制器SIC-242在機(jī)器人視覺系統(tǒng)中用來(lái)給智能相機(jī)供電、控制相機(jī)的工作流程以及與上位機(jī)通信視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺系統(tǒng)的光源在設(shè)計(jì)過程中考慮到系統(tǒng)的安全性，采用工作電壓為24VDC、6行6列的LDE背光源，通過在背光源供電電路中串聯(lián)分壓電阻來(lái)降壓視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用智能相機(jī)由相機(jī)本體和鏡頭兩部分組成鏡頭可以手動(dòng)進(jìn)行焦距和光圈的調(diào)節(jié)。根據(jù)目標(biāo)物體的距離，調(diào)節(jié)焦距，以達(dá)到最佳的成像效果；根據(jù)環(huán)境的光照情況調(diào)節(jié)光圈，使鏡頭進(jìn)光量合適，不至于過度曝光或者曝光不足智能相機(jī)安裝在托盤生產(chǎn)線的框架上靠近機(jī)器人的一側(cè)，視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用2相機(jī)的標(biāo)定在圖像測(cè)量過程以及機(jī)器視覺應(yīng)用中，為確定空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系，必須建立相機(jī)成像的幾何模型，這些幾何模型參數(shù)就是相機(jī)參數(shù)。在大多數(shù)條件下這些參數(shù)必須通過實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，這個(gè)求解參數(shù)的過程就稱之為相機(jī)標(biāo)定。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用傳統(tǒng)相機(jī)標(biāo)定法需要使用尺寸已知的標(biāo)定物，通過建立標(biāo)定物上坐標(biāo)已知的點(diǎn)與其圖像點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)，利用一定的算法獲得相機(jī)模型的內(nèi)外參數(shù)。在相機(jī)標(biāo)定中使用的標(biāo)定物叫做標(biāo)定模板簡(jiǎn)稱為標(biāo)定板，是一張帶有固定間距圖案陣列的平板視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用在對(duì)相機(jī)標(biāo)定精度要求不高的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，若沒有標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定板，可以用現(xiàn)場(chǎng)的外形比較規(guī)則的工件來(lái)代替標(biāo)定板對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。在本機(jī)器人工作站中，相機(jī)采集的數(shù)據(jù)僅用來(lái)給工業(yè)機(jī)器人提供所需取放工件在托盤中的位置坐標(biāo)，對(duì)位置精度要求不高，故此可以用方形工件來(lái)代替標(biāo)定板，求出對(duì)工件尺寸和對(duì)應(yīng)圖像像素之間的比例關(guān)系。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用3視覺檢測(cè)流程設(shè)計(jì)與圖像采集托盤生產(chǎn)線將裝有工件的托盤運(yùn)送到拍照工位處主控PLC給光源控制器給相機(jī)發(fā)送拍照觸發(fā)信號(hào)，控制智能相機(jī)對(duì)工件進(jìn)行拍照當(dāng)智能相機(jī)拍照后，并將圖像處理完畢后，便向光源控制器輸出拍照完成信號(hào)；光源控制器將該信號(hào)發(fā)送至主控PLC，主控PLC接收到拍照完成信號(hào)后，便可通過ModbusTCP通信讀取圖像處理結(jié)果。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用智能相機(jī)在使用之前，需要使用與相機(jī)配套的X-sightstudio圖像處理軟件對(duì)其工作流程進(jìn)行編輯，并將其下載到相機(jī)處理器中驅(qū)動(dòng)相機(jī)工作，只有通過該操作才能夠得到所需的檢測(cè)數(shù)據(jù)。X-sightStudio軟件可以從信捷公司網(wǎng)站下載，并按照安裝說(shuō)明的要求及相關(guān)步驟，將其安裝到計(jì)算機(jī)上便可正常使用。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用1.相機(jī)的連接在機(jī)器人工作站中，連接好視覺系統(tǒng)的相關(guān)硬件，打開相關(guān)的電源開關(guān)，從計(jì)算機(jī)上找到X-sightStudio軟件并打開單擊工具欄上的連接相機(jī)圖標(biāo)，連接智能相機(jī)視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用在連接相機(jī)操作的時(shí)候，計(jì)算機(jī)的IP地址和相機(jī)IP地址要在同一網(wǎng)段，相機(jī)默認(rèn)IP地址為192.168.8.3，若連接相機(jī)的時(shí)候，無(wú)法到相機(jī)，可以設(shè)置計(jì)算機(jī)的IP地址為192.168.8.X（X為0～2和4～255中的任意一個(gè)數(shù)字），然后再次連接即可視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用2．圖像的顯示在工具欄上先點(diǎn)擊“顯示圖像”圖標(biāo)，再點(diǎn)擊“進(jìn)行一次通訊觸發(fā)”圖標(biāo)，此時(shí)會(huì)顯示出相機(jī)拍攝到的圖片視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用3．拍照觸發(fā)信號(hào)的設(shè)定如果需要通過相機(jī)控制器上的X0端口啟動(dòng)相機(jī)拍照，外部觸發(fā)需要在“作業(yè)配置”

圖標(biāo)中選擇“外部觸發(fā)”方式視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用4．特征值的學(xué)習(xí)視覺系統(tǒng)在工作的時(shí)候，需要將被檢測(cè)工件與標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行比對(duì)，然后輸出對(duì)應(yīng)的比對(duì)結(jié)果，作為本次檢測(cè)的結(jié)果故此相機(jī)需要提前對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件的特征值進(jìn)行學(xué)習(xí)采樣，做成模板視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用X-sightstudio軟件提供了預(yù)處理工具、定位工具、測(cè)量工具、計(jì)數(shù)工具和瑕疵檢測(cè)等多種圖像處理工具使用者可以根據(jù)自己的需求選擇相應(yīng)圖像處理工具，并按照系統(tǒng)的提示進(jìn)行設(shè)置后，便可以正常使用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用在機(jī)器人工作站中的視覺檢測(cè)系統(tǒng)，需要找到被取放工件的位置數(shù)據(jù)——中心點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y）和旋轉(zhuǎn)角度A，故此這里僅需要使用定位工具即可。在視覺工具欄中選擇“定位工具”，然后在定位工具菜單下選擇“圖案定位”視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用在彈出的對(duì)話框中設(shè)置“目標(biāo)搜索的最大個(gè)數(shù)”和“相似度閾值”。目標(biāo)搜索最大個(gè)數(shù)即為執(zhí)行一次視覺檢測(cè)所需檢測(cè)工件的最大數(shù)目；相似度閾值則為被檢測(cè)工件與模板工件的相似程度，以百分比表示，一般默認(rèn)為60，可根據(jù)應(yīng)用的具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，其余參數(shù)采用默認(rèn)值即可視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用拖動(dòng)鼠標(biāo)在圖像顯示窗口選擇需要學(xué)習(xí)的工件有效矩形區(qū)域，學(xué)習(xí)區(qū)域應(yīng)略大于工件的外形還需要設(shè)置搜索區(qū)域，搜索區(qū)域默認(rèn)為圖像顯示窗口邊框，此處為背光照明的區(qū)域范圍，該矩形區(qū)域要包括整個(gè)托盤所在的圖像區(qū)域，以免在實(shí)時(shí)檢測(cè)的過程中，因?yàn)橛泄ぜ辉谠O(shè)定的學(xué)習(xí)區(qū)而造成漏檢視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用在進(jìn)行工件學(xué)習(xí)時(shí)，一種工件對(duì)應(yīng)一個(gè)工具(tool)，視覺系統(tǒng)識(shí)別到的心形工件對(duì)應(yīng)的工具為tool1，那么心形工件的相關(guān)學(xué)習(xí)信息就放在tool1中視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用若在工件學(xué)習(xí)中操作失誤，重新進(jìn)行相關(guān)操作，則需刪除廢棄的工具（tool），并在軟件下方“上位機(jī)仿真調(diào)試工具輸出監(jiān)控”框空白處單擊右鍵選擇“重新整理工具名”，使得工具名稱從“tool1”開始視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用5．?dāng)?shù)據(jù)處理腳本的編寫（1）腳本的建立腳本作為視覺工具，在進(jìn)行工件學(xué)習(xí)時(shí)，一般都作為最后一個(gè)工具（tool）來(lái)使用的，其主要作用是根據(jù)相關(guān)的要求對(duì)前面所有工具（tool）的信息進(jìn)行整理，便于輸出相關(guān)的檢測(cè)結(jié)果在“視覺工具”中雙擊“腳本”

圖標(biāo)，彈出腳本編輯界面視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用腳本創(chuàng)建完成后，需要添加所需的變量用于編寫腳本程序。單擊視覺腳本左側(cè)的“添加”圖標(biāo)，彈出“添加變量參數(shù)”對(duì)話框，在該對(duì)話框中可以設(shè)置變量的名稱、數(shù)據(jù)類型和初始值，設(shè)定完成后點(diǎn)擊確定即可視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用（2）腳本程序設(shè)計(jì)與編寫機(jī)器人工作站中，視覺系統(tǒng)需要對(duì)多種工件進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)，但每次最多需要對(duì)3種工件進(jìn)行檢測(cè)此處以3種工件的視覺檢測(cè)為例來(lái)學(xué)習(xí)腳本程序的設(shè)計(jì)與編寫過程。對(duì)3種工件進(jìn)行學(xué)習(xí)采樣，需要建立3個(gè)工具tool1～tool3，另外還建立一個(gè)工具tool4對(duì)tool1～tool3的變量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用（2）腳本程序設(shè)計(jì)與編寫在一次視覺檢測(cè)中，視覺系統(tǒng)最多需要檢測(cè)3個(gè)工件，工件可以為一種或者多種相機(jī)的輸出數(shù)據(jù)為工件數(shù)量及中心點(diǎn)坐標(biāo)，中心點(diǎn)坐標(biāo)（x，y）和旋轉(zhuǎn)角度a。建立3組變量，每組變量有4種類型的數(shù)據(jù)，分別用來(lái)存儲(chǔ)一種工件的數(shù)量信息、中心點(diǎn)坐標(biāo)（x，y）的信息和旋轉(zhuǎn)角度a的信息視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用mb1(int):0變量用來(lái)存儲(chǔ)第一種工件的數(shù)目，其名稱為mb1，變量數(shù)據(jù)類型為int，變量的初始值為0。當(dāng)托盤里無(wú)第一種工件時(shí)，那么mb1的值為0當(dāng)托盤中三個(gè)工件均為第一種工件時(shí)，mb1值為3視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用mb1x(float[3]):0變量用于存儲(chǔ)第一種工件中心點(diǎn)坐標(biāo)的x值，其名稱為mb1x，變量數(shù)據(jù)類型為float；由于一次視覺檢測(cè)中同一種類的工件數(shù)目最多為3個(gè)，因此設(shè)置數(shù)組長(zhǎng)度為3，數(shù)組的初值為0。mb1y(float[3]):0變量用于存儲(chǔ)第一種工件中心點(diǎn)坐標(biāo)的y值。mb1a(float[3]):0變量用于存儲(chǔ)第一種工件相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)工件旋轉(zhuǎn)角度值a。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用objectNum是在一次視覺檢測(cè)中每種被測(cè)工件的數(shù)目tool1.Out.objectNum是檢測(cè)到的第一種工件的數(shù)目，是工具tool1中的輸出結(jié)果tool2.Out.objectNum是是檢測(cè)到的第二種工件的數(shù)目，是工具tool2中的輸出結(jié)果tool3.Out.objectNum則是檢測(cè)到的第三種工件的數(shù)目，是tool3中的輸出結(jié)果。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用在工具腳本中，需要對(duì)智能相機(jī)采集到的每種工件信息分別進(jìn)行處理視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用6．Modbus配置相機(jī)和主控PLC采用ModbusTCP通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此需要在相機(jī)的Modbus配置中將需要輸出的檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)到Modbus對(duì)應(yīng)的地址中，以便主控PLC尋址并讀取數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊菜單欄上的“窗口”，選擇“Modbus配置”，在變量對(duì)應(yīng)的那一欄的表格中雙擊鼠標(biāo)，在彈出的對(duì)話框中選擇所需的變量，并分配地址即可視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用7．相機(jī)配置下載在計(jì)算機(jī)上完成相機(jī)配置后，需要將作業(yè)下載到相機(jī)中。在工具欄中點(diǎn)擊“一鍵下載”按鈕，彈出對(duì)話框詢問“是否切換到停止模式”，點(diǎn)擊“確定”，彈出下載界面，等待下載完成后，點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，運(yùn)行相機(jī)即可。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用8.軟件通訊觸發(fā)及測(cè)試點(diǎn)擊工具欄上“進(jìn)行一次通訊觸發(fā)”按鈕，可完成一次相機(jī)拍照、處理、通信的觸發(fā)，還可以用來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試相機(jī)配置是否滿足要求視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用4數(shù)據(jù)處理與坐標(biāo)變換機(jī)器人工作站中，智能相機(jī)的檢測(cè)結(jié)果通過ModbusTCP通信發(fā)送至主控PLC，由主控PLC進(jìn)一步處理后發(fā)送至工業(yè)機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人按照規(guī)定的工作流程執(zhí)行相應(yīng)的操作。此處以一個(gè)存放了三種工件的托盤的數(shù)據(jù)處理過程為例來(lái)學(xué)習(xí)主控PLC對(duì)智能相機(jī)檢測(cè)結(jié)果的處理流程。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用1.獲取工件的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)被檢測(cè)工件進(jìn)行處理的時(shí)候，需要先從智能相機(jī)中獲取其測(cè)量數(shù)據(jù)，因此需要在主控PLC中建立一個(gè)相機(jī)輸入的數(shù)據(jù)塊，然后在該數(shù)據(jù)塊中建立DWord型二維數(shù)組，其名稱為“相機(jī)輸入”，對(duì)檢測(cè)進(jìn)行記錄在同一個(gè)托盤中，同一種工件的數(shù)目可以1～3個(gè)，因此“相機(jī)輸入”變量為3行9列的整形雙字?jǐn)?shù)組。數(shù)組的每一行對(duì)應(yīng)一種工件，每一行的9個(gè)數(shù)據(jù)被分為3組，分別對(duì)應(yīng)這一種工件的3組數(shù)據(jù)x、y和a視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用相機(jī)輸入[0,0]～[0,2]存儲(chǔ)第一種工件的第一個(gè)工件x、y和a的數(shù)據(jù)，相機(jī)輸入[0,3]～[0,5]存儲(chǔ)第一種工件的第二個(gè)工件x、y和a的數(shù)據(jù)，相機(jī)輸入[0,6]～[0,8]存儲(chǔ)第一種工件的第三個(gè)工件x、y和a的數(shù)據(jù)；相機(jī)輸入[1,0]～[1,8]存儲(chǔ)第二種工件的三組信息，相機(jī)輸入[2,0]～[2,8]存儲(chǔ)第三種工件的三組信息。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)PLC對(duì)當(dāng)前托盤中的工件信息進(jìn)行處理時(shí)，還需要在PLC的相機(jī)數(shù)據(jù)處理程序（名稱為“相機(jī)”）中，建立“當(dāng)前托盤數(shù)據(jù)記錄”數(shù)組變量和“當(dāng)前工件數(shù)量”變量，對(duì)即將處理的托盤相機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)共16個(gè)，分別記錄同一個(gè)托盤中的三個(gè)工件的工件號(hào)、x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度a、z軸偏移量和當(dāng)前工件數(shù)量等信息視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)前托盤數(shù)據(jù)記錄[0,0]表示托盤中檢測(cè)到的第一個(gè)工件的工件號(hào)當(dāng)前托盤數(shù)據(jù)記錄[0,1]表示該工件的x軸坐標(biāo)值當(dāng)前托盤數(shù)據(jù)記錄[0,2]表示該工件的y軸坐標(biāo)值當(dāng)前托盤數(shù)據(jù)記錄[0,3]表示該工件相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件的旋轉(zhuǎn)角度a的值當(dāng)前托盤數(shù)據(jù)記錄[0,4]表示該工件的z軸偏移量。當(dāng)前托盤數(shù)視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用據(jù)記錄[1,0]到[1,4]則表示檢測(cè)到的第二個(gè)工件的信息當(dāng)前托盤數(shù)據(jù)記錄[2,0]到[2,4]則表示檢測(cè)到的第三個(gè)工件的信息?！爱?dāng)前工件數(shù)量”則表示當(dāng)前托盤中工件的數(shù)量，其最大值為3。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用工件z軸偏移量為工件的高度數(shù)據(jù)，其值為常量，故此需要在名稱為“常量”的數(shù)據(jù)塊中建立變量“工件高度”，并根據(jù)需要直接輸入各種工件的高度數(shù)據(jù)視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用2.數(shù)據(jù)處理與坐標(biāo)變換（1）數(shù)據(jù)的處理PLC從相機(jī)讀入的數(shù)據(jù)為32位雙字（DWORD）變量，且高低兩個(gè)字（WORD）的位置是相反的，低16位在前，高16位在后，所以需要對(duì)其順序進(jìn)行調(diào)整視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用（2）坐標(biāo)變換工業(yè)機(jī)器人根據(jù)視覺檢測(cè)結(jié)果在托盤生產(chǎn)線的物料分揀工位分揀工件的時(shí)候，需要由主控PLC將工件在智能相機(jī)所確定的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。工件在智能相機(jī)坐標(biāo)系下坐標(biāo)的量綱為像素，而在工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)系下坐標(biāo)的量綱為毫米，故此需要先根據(jù)相機(jī)標(biāo)定所得到的工件尺寸和對(duì)應(yīng)圖像像素之間的比例關(guān)系常數(shù)K，將工件坐標(biāo)數(shù)據(jù)從像素量綱轉(zhuǎn)換到毫米量綱。視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用視覺識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用智能相機(jī)坐標(biāo)系C0的原點(diǎn)位于圖像的右上角，即在視覺檢測(cè)工位的右上方若工件在智能相機(jī)坐標(biāo)系C0下以像素為量