在视觉系统方面,制造商希望有更多的摄像头以提高精度。一些公司甚至将这一原则应用到他们的机器人上。例如,一些汽车和白色家电制造商使用配备双摄像头视觉引导系统的双或单臂机器人。

机器人是由Motoman机器人机构制作的。Yaskawa America Inc.的VisionPro 3D图像处理软件由Codex Corp.制造,确保机器人精确定位,从托盘上拾取和将部件从托盘上移动到输送机上或进入机器中。

相机位于双臂机器人的每个臂或头部,以及单臂机器人的末端执行器的每一侧。摄像机是连接到视觉处理单元的千兆以太网,该视觉处理单元通过以太网连接到机器人控制器。

Motoman Robotics软件和控制技术负责人格雷格·加曼(Greg Garmann)说:“使用来自每个摄像头的几张图像,软件为每个部件校准实时的三维位置信息。”“然后,这些信息将引导机器人手臂始终如一地执行精确的部件检索和放置。”

昨天和今天

ATS自动化系统公司的图像总监Phil Arsenault说:“多摄像头视觉系统自20世纪70年代末以来就已经被制造商所使用,但是多摄像头系统的概念实际上可以追溯到好莱坞电影制作人和航空摄影师。”

早期的Multicamera Vision Systems采用了今天使用的相同组件:照明,镜头,固定,哑光摄像机,控制器和图像处理软件。然而,早期系统具有模拟摄像头,这是缓慢和产生的图像。结果,每个相机连接到单独的控制器,这是较大且昂贵的。

到了20世纪80年代,数码相机开始使用,为制造商提供更好的图像。最终用户还开始向其系统添加多路复用器和帧抓取器。

多路复用器选择一个或多个低速数字输入信号并将它们转发成单行。帧抓取器捕获个体,仍然来自数字视频流的帧,并将数据传送到控制器。

智能相机也出现在20世纪80年代,但不推荐用于多摄像头系统。这些相机是独立的,有一个内部处理器,比普通相机贵得多。由于这些原因,智能相机更适合于单相机系统;多个摄像头必须独立或异步操作的应用程序;或者在生产线或组装机器内的多个检查点需要视觉检查时。

“在20世纪80年代,多个摄像机可以连接到一个控制器,”Teledyne Dalsa战略和开发总监Ben Dawson说。“但需要多帧缓冲区来同步摄像机的图像采集。现代摄像机包括帧缓冲区,因此同步不是问题。“

在20世纪90年代初期,介绍了数字接口,消除了同步问题。同时,数码相机的价格下降,因为CCD(电荷耦合器件)传感器用CMOS(互补金属氧化物半导体)和DMOS(双扩散金属氧化物半导体)传感器代替,其较便宜地生产。

另一种用于数码相机的技术是帧缓冲存储器,它改善了视觉系统。这项技术允许用户在比捕获时间更晚的时间检索图像。

随着MultiCamera Vision Systems的技术发生了变化,所以使用它们的行业。在20世纪70年代和20世纪80年代,电子产品和医疗器械制造商是这些系统的第一个用户之一。

自20世纪90年代以来,随着更多制造商已经自动化其装配过程,多轨体系的普及显着增加。这对于汽车,航空航天和白品工业行业的人来说尤其如此。

阿森诺说:“旧的系统对于缓慢的装配过程或检查来说很好,但对装配过程的验证是现在的重点。”“制造商不再需要依赖生产线末端检查,这无法防止或改善一个糟糕的组装。如今的系统提高了检测的一致性,比以往更小、更快、更便宜、更好。”

他们在控制之中

一些供应商为多个千兆以太网(GigE)相机提供控制器。Teledyne Dalsa使GEVA,一个带有检查或夏洛克图像处理软件的双核处理器。

道森说,GEVA配备了两个专门的GigE摄像头接口,每个接口都有足够的带宽,可以支持多达8个640 × 480像素的单声道摄像头同时进行检测。该端口兼容单声道或彩色,区域和行扫描GigE摄像机的不同分辨率。(区域扫描相机的特点是像素传感器矩阵,而行扫描相机的特点是单行。)

GEVA还有几个用于系统集成的外部接口。其中包括用于工厂协议的单独以太网端口,用于设置和运行时控制的USB端口,广泛的数字输入和输出,以及用于检测定时的专用触发器输入。

一家汽车制造商使用GEVA控制一个三摄像头系统,以验证燃油喷油器主轴的尺寸;引导机器人进入位置,以拾取并插入主轴;并确保主轴在装配的喷油器内的正确位置。

每个主轴由传送带送入工作单元。在组装开始之前,摄像机会拍摄主轴,GEVA会验证主轴的长度为2.5英寸。

如果主轴太长或太短,它将被扔进废料仓,并更换另一主轴。如果主轴是合适的长度,GEVA触发安装在机器人上的第二个摄像头。这个摄像头引导机器人到正确的区域,这样它就可以组装喷射器。

组装完成后,喷油器被移动到一个检查区域,在那里第三个摄像头验证主轴的存在和方向。循环时间小于一分钟。这三个摄像头都又小又哑。

“GEVA不仅帮助汽车制造商通过该过程跟踪主轴,”道森说。“它还告诉他们为什么主轴被拒绝。”

去年秋天,美国Keyence公司推出了XG-8000系列控制器,该控制器可以同时处理8个区域扫描摄像头或4个行扫描摄像头。该控制器必须与14个分辨率为31万、200万或500万像素的Keyence相机中的任何一个一起使用。

由于其三核处理能力,XG-8000可以快速地将行扫描相机获得的每一行图像数据编译成分辨率极高的6700万像素图像。Keyence的机器视觉支持工程师Bob Ochiai表示,这些汇编的图像使制造商能够更好地检查缺乏足够照明的零部件或组件。

XG-8000还可以自动创建高动态范围(HDR)图像。HDR涉及以不同的曝光量拍摄多张图像,并将它们组合在一起,创造出具有多种颜色的图像,这样它就能更接近地反映人眼所看到的东西。

Ochiai说,HDR可以让用户设置参数,如照明水平增量,图像色调值和他们希望在每个部分捕捉的图像数量。当每个部分被查看时,照度和色调水平自动变化为指定的图像捕获的数量。

XG-8000的前任XG-7000是一个单核处理器,自2010年9月以来一直被制造商使用。一台自动制造商使用XG-7000来控制检查发动机气缸盖的多色系统。使用最多四个相机,并且每个相机拍摄特定汽缸盖的图像以防止短射击(注入模具中的不足)和毛刺(不需要的凸起边缘)。

另一家汽车制造商使用xg -7000控制系统,以确保每辆汽车都有合适的引擎盖和车门。独立的摄像头拍摄了引擎盖和车门的识别码。然后,Keyence的视觉软件使用光学字符识别将图像转换为机器编码的文本,并验证引擎盖和车门是否匹配。

系统集成商ATS Automation已经向外部客户提供ATS皮质视觉系统大约一年了。客户可以订购带有或不带有ATS SmartVision图像处理软件的ATS Cortex。

ATS Cortex是一个集成了硬件和软件的视觉系统,与PLC接口,可以触发多达8个摄像头和12个灯。离散的I/O端口是可编程的,可以用来触发任何组合的相机设备。

ATS SmartVision软件具有多个分析工具,每个工具都可以用于控制多摄像头系统中的一个摄像头。每个摄像头都可以通过编程来执行独立的动作序列,如零件验证或装配检查。

一家医疗设备制造商使用两个ATS皮质单元来操作九相镜头系统。一个皮质操作五个相机,确保塑料部件的质量;另一个皮质操作四个摄像机,每个摄像机验证两个部分或子组件的组装。

振动碗以每分钟数百个速度将五个不同的塑料部件送入单独的装配线中。每行开始时的摄像机检查每个部分,以便它没有标记或其他缺陷。不良部件吹掉了压缩空气的线条。

当来自线路1的部件被放入保持装置后,来自线路2的部件被传送到该装置。这两个部件组装好后,一个摄像头检查第一个组件。在这一阶段和未来的所有阶段,糟糕的组件将被吹出生产线。

然后将第一个子组件移动到第三部分被输送并连接的位置,形成第二子组件。相机两次检查第二个子组件。

在一条单独的生产线上,第4和第5部分被组装成第三个组件,并由第三个摄像头进行检查。接下来,第二和第三个组件用uv固化粘合剂粘接。摄像头4对粘合线进行360度检查,以验证组装是否正确。然后成品被转移到运输区。