自動裝配生產(chǎn)線的機器視覺識別系統(tǒng)

李鑄 賈雪健

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

關(guān)鍵詞：自動裝配生產(chǎn)線；機器視覺識別；識別系統(tǒng)

一、 基于機械視覺識別的零件裝配系統(tǒng)設(shè)計

基于機械視覺識別技術(shù)基礎(chǔ)上，對零件裝配系統(tǒng)進行設(shè)計。能夠根據(jù)零件的圖形識別與定位進行自動抓取，從而完成生產(chǎn)過程中的自動裝配。機械識別系統(tǒng)在其中發(fā)揮著主要控制作用，也是前期各項裝配功能實現(xiàn)不可缺少的環(huán)節(jié)，在對系統(tǒng)進行設(shè)計時，需要體現(xiàn)動態(tài)特征，能夠根據(jù)零件的圖。圖像識別結(jié)果確定抓取的具體方法，并通過動態(tài)監(jiān)管，反映出零件運動的實時位置。該技術(shù)應(yīng)用后，大幅度提升了自動裝配生產(chǎn)線的工作效率，也能避免在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)抓取錯誤以及其他生產(chǎn)質(zhì)量問題。基于機械視覺技術(shù)基礎(chǔ)上所構(gòu)建的零件裝配系統(tǒng)，在具體運用過程中，需要強調(diào)攝像機對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，對于機械視覺系統(tǒng)的柔性裝配設(shè)計是整體功能實現(xiàn)的核心部分。

二、 零件識別與圖像處理措施

1、 預(yù)處理與分割

基于機械識別進行的自動裝配生產(chǎn)線零件抓取系統(tǒng)設(shè)計，首先需要對零件進行預(yù)處理與分割，判斷零件的圖像參數(shù)。在運輸?shù)倪^程中，能夠根據(jù)掃描所得到的參數(shù)，利用CCD攝像機對零件所在位置，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，對零件的最終參數(shù)強度進行控制，達到最佳濾波效果。排除在分析過程中干擾因素帶來的影響，并在此基礎(chǔ)上進行濾波后的預(yù)處理。通過預(yù)處理并對圖像進行獨立分割后，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)，彼此之間才不會產(chǎn)生干擾。預(yù)處理與分割過程中，對于參數(shù)干擾還應(yīng)該加強控制，能夠在分割過程中排除干擾，最大程度確保使用安全性。為簡化圖像處理，提高識別的速度和準確性，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，采用二值化方法對圖像進行分割。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、 特征提取與識別

對零件圖像進行識別處理中需要針對零件的特征進行提取，通過特征提取確定零件邊緣信息，并對零件的邊緣數(shù)據(jù)精準描述。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建生成零件識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，對最終的功能結(jié)構(gòu)進一步強化。特征提取與識別是相對的功能，需要連續(xù)進行，并且在特征提取分析期間。還應(yīng)該描述出零件在自動裝配生產(chǎn)線上的運動情況，在此基礎(chǔ)上才能夠根據(jù)零件的運動情況以及具體所在位置，確定接下來需要進行的生產(chǎn)任務(wù)。在特征提取以及識別過程中，對于圖像的預(yù)處理參數(shù)誤差需要及時調(diào)整，這一環(huán)節(jié)最重要的是對邊緣特征精準確定，并對預(yù)處理階段產(chǎn)生的各類分割誤差校對。確保特征提取識別后最終的圖像綜合控制能力能夠得到提升，才能進入到接下來的自動裝配生產(chǎn)階段。對生產(chǎn)過程中的各類特征進行動態(tài)描述，識別零件的具體位置，進行自動化抓取，完成對零件的綜合控制。

3、 零件定位

基于零件識別與圖像處理基礎(chǔ)上進行的零件自動裝配，最終功能是對零件進行定位。在零件定位后，配合抓取動作，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)零件的運動速度確定接下來的所在位置。實現(xiàn)對零件的自動抓取功能。在零件定位過程，需要進行三次掃描，前兩次掃描是對位置的調(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)，且需對掃描過程中對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、 自動抓取裝配功能的實現(xiàn)

自動裝配生產(chǎn)線中，機械識別系統(tǒng)應(yīng)用，實現(xiàn)對零件的自動抓取裝配功能。需要充分考慮零件定位后與后續(xù)圖像處理之間的關(guān)系以及各項參數(shù)變化是否符合最佳抓取點，在抓取過程中根據(jù)零件的移動速度對，不同時間所處位置做出合理判斷，從而實現(xiàn)在自動抓取過程中對零件的動態(tài)位置特征提取。視覺識別系統(tǒng)中，攝像機會對零件的動態(tài)運動情況進行補助，并判斷零件在自動發(fā)展變化過程中是否彼此之間存在干擾，并通過攝像機的目標定位來確定零件的移動參數(shù)，進而實現(xiàn)對內(nèi)部參數(shù)的調(diào)整，達到最理想的控制效果。自動抓取功能的實現(xiàn)需要在視覺識別系統(tǒng)設(shè)計過程中進行仿真驗證，模擬自動抓取裝配的整體過程，并對零件動態(tài)運動情況加以有效判斷，觀察是否在運動過程中。對零件的所在位置進行補助確定接下來的功能裝配形式。并根據(jù)所構(gòu)建的自動裝配生產(chǎn)線機械識別系統(tǒng)，進行仿真實驗驗證，對自動抓取裝置的功能性進行檢測，觀察在抓取過程中機械控制能力是否達到最佳效果，以及機械手之間的相互輔助控制能力。達到預(yù)期開發(fā)設(shè)計目標后，才能針對各項功能繼續(xù)深入完善，實現(xiàn)在機械生產(chǎn)過程中，對機械生產(chǎn)零件的自動調(diào)控抓取。并在使用過程中，根據(jù)參數(shù)動態(tài)變化情況，進行自動抓取識別系統(tǒng)調(diào)整。

四、結(jié)語

筆者將機器視覺系統(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別算法，計算位置偏移及角度旋轉(zhuǎn)量，并實時反饋給控制器，從而動態(tài)改變機械手的抓取操作，提高了裝配操作的柔性和效率。系統(tǒng)構(gòu)成簡單，穩(wěn)定可靠，識別速度快，同時對環(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。

參考文獻：

[1]盧炳旭.基于機器視覺的機器人裝配工作站系統(tǒng)設(shè)計與研究[J].機械制造與自動化，2018，47（5）：190-192+215.

[2]凌云漢，邵光保，孫勇，等.基于機器視覺的鍛件位置及頂桿檢測系統(tǒng)[J].鍛壓技術(shù)，2018（5）：023-023.

[3]郝存明，雷倩，張偉平.基于機器視覺汽車扶手箱卡簧裝配質(zhì)量檢測系統(tǒng)的研究[J].河北省科學(xué)院學(xué)報，2017，34（1）：89-94.

（作者單位：沈陽瑞晟智能裝備有限公司）