机器视觉在摩轮轮毂去毛刺加工中的应用

图灵视控

0 引言

机器人去毛刺是近年来去毛刺领域的热点，但目前主流的方式都是对机器人进行示教编程，让机器人带动工件或者刀具按照固定轨迹运动，这种固定运动模式，将造成待加工产品存在差异变形时无法准确可靠的消除毛刺，并且无法保护产品正常轮廓不受损害。同时，混型生产带来的冲击，更造成目前的去毛刺机构只能单机处理同一型号产品，无法实现混型生产。

图灵视控根据自身的视觉算法优势，结合自动化以及机器人智能控制技术，研发了一款自动轮毂去毛刺系统。

1视觉机器人去毛刺系统概述

本系统主要实现去除轮毂铸造过程中遗留的毛刺。系统实现功能包括轮毂的自动抓取、铸造边缘提取、去毛刺操作及完成后搬离加工工位。

系统构成包括以下几部分：

l  轮毂产线抓取及搬运机构

l  轮毂夹持及旋转机构

l  机器视觉系统

l  机器人去毛刺系统

l  主控制系统

l  中央监控子系统

传统去毛刺设备采用机器人与CAD数模相结合的方式工作，由CAD数模规划磨头运动路径。在工件与数模存在较大偏差的情况下，传统去毛刺设备是无法实现理想去毛刺操作。相比传统方式，图灵自动去毛刺系统采用机器视觉提取工件轮廓，继而引导机器人按照每一个工件的精确轮廓运动，可以完美实现工件去毛刺操作。

2系统总体示意框图

下图是图灵机器人去毛刺系统的整体示意图，并不作为设备实现的真实形态，该图的意义主要用于引导设计者对于系统的整体框架与功能结构的一个了解，具体实现的时候各个子系统的摆放位置与形态可能会有差异，但是从设备的功能形态上来看，整体的实现框架应该遵守参照本文的指导。

如图中所示，主控系统负责所有子系统及相关装置的控制，使得整体系统能够相互配合高效运转。

其中机器视觉系统又包含3个主要部分：

l  运算处理器

l  采样摄像头

l  光源及光源控制器

3机器视觉系统

机器视觉子系统实现功能包括图像采样，边缘提取，路径规划。CCD摄像头每次采样拍摄轮毂的一个扇区，然后交由视觉软件进行边缘提取，最后规划路径。

系统使用的CCD摄像头及光源位于作业室顶部。轮毂夹持机构固定轮毂后，由主控制器点亮光源，随后触发CCD摄像头采样，CCD摄像头将采样图像由GIGE千兆网口传输至运算处理器，运算处理器对图像进行处理并计算出本扇区的实际精确规划路径并将规划路径传送给机器人进行执行；视觉系统完成一个扇区的采样计算后等待下次触发命令，对下一扇区采样计算。

4关键图像处理技术简述4.1摄像头标定技术

4.1.1摄像头标定原因

摄像头标定原因是准确测量目标物体的必要过程，原因如下：

1)       所有工业镜头成像均存在不同程度的畸变，从而给精确图像分析引入初始误差，必须通过摄像头标定来解决该畸变所带来的成像误差。

2)       通过摄像头标定，才能准确得知被测物体物理尺寸与成像后的像素尺寸之间的对应关系，即图像中每个像素代表世界坐标系中目标物体的米制单位尺寸。

4.1.2摄像头标定操作

具体操作时，使用标准标定块在所需的物距上进行成像，并精确测量和记录多个标定点在世界坐标系中的坐标，以及在图像中的像素坐标，按下述原理和公式进行计算，最终得出精确的标定模型并保存在系统中。

4.1.3标定原理与计算

摄像头成像过程，是三维空间点从世界坐标系投影到摄像头坐标系，再投影到成像平面坐标系中的过程。

4.2边缘检测技术

从数字图像处理技术的角度出发，我们将二维图像边缘定义为图像中的若干个点，这些点的方向导数在垂直于边缘的方向上是局部最大的。

5机器人去毛刺系统

该系统实现按规划路径完成去毛刺作业。系统主体为多自由度机器人，末端夹具连接电动磨头，机器人运动路径由机器视觉子系统给出。

机器人的运动分解如下：

                                 i.     机器手臂位于原点等待命令

                               ii.     规划路径获得

                             iii.     电动磨头旋转

                             iv.     机器手臂带动磨头移动至扇区上方

                               v.     机器手臂带动磨头下降

                             vi.     进刀

                           vii.     沿规划路径运动

                         viii.    退刀

                             ix.     机器手臂带动磨头上升

                               x.     机器手臂回到原点位姿（退出图像采集区域）

机器人采用epson机器人，机器人与视觉系统之间的通讯接口采用标准TCP/IP协议网口。传输的数据为视觉系统提取的轮毂扇区轨迹，该轨迹由软件自动提取并转换为机器人可以识别的坐标信息。

6系统优势

本系统基于机器视觉与机器人技术，集精密制造、测量技术、计算机技术、光电技术等多种技术于一体，相较于传统方案具有以下显著优势 ：

1）系统运行高效，单个轮毂去毛刺速度为30秒/个

2）系统兼容性强，支持通过升级软件及更换夹具，兼容多种轮毂

3）系统稳定性高，视觉提取轮毂的毛刺边缘，机器人走位精确可控，不会误磨

4）稳定性好，抗干扰能力强，在工作过程中不受外部光线、油污、碎屑的影响

5）加工精度高，对轮毂边缘路径的识别定位精度可达0.05mm

6）自动组线混型加工，可以根据客户需求单机或者多机组线生产

7结论

该系统的样机研发已经成功，识别准确稳定，整体运行平稳，支持轮毂混型加工的识别与处理，基本满足了客户对于轮毂混型去毛刺加工的生产精度和生产效率要求。

图灵视控（北京）科技有限公司

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