3D视觉系统的应用和未来发展 - 基于3D视觉技术的机器人系统

　　3D视觉系统的应用

　　3D视觉系统可以应用于很多领域，其中在容器中拣取零件、机床上的工件装卸以及包装和焊接领域中的应用已经取得了理想的成效。

　　1.应用于容器中的零件拣取

　　至今为止，机器人视觉系统主要应用于拣取容器中任意堆放的零件。达到这一目的需要满足三个基本要素：视觉系统、容器防碰撞以及防碰撞监测系统。需要视觉系统，这是毋庸置疑的事情，因为首先需要找到零件究竟在什么地方。然而，只依靠容器壁进行检测具有一定的局限性，因为机器人的手爪还将进一步深入到容器的底部，因此零件的拣取将会越来越困难。在容器中拣取零件所使用的造型方式完全能够理解零件的拣取工具、传感器和机械手臂本身的局限性。在这样的工作条件下，一旦当零件的位置被确定以后，机器人就开始进行自动运算，确定其是否真的能够从容器中拣取这一零件。第三个要素就是防碰撞检测。最终，机械手必然会触及到容器壁，因此它需要区分究竟是属于软接触还是硬接触，如果是硬接触可能会损坏机器人系统。

　　Fanuc公司的Roney先生说：“我们应用机器人在容器中结构性和任意性拣取零件方面已获得了巨大成功。” 所谓结构性拣取零件是指容器中的每一个零件都是正面朝上的，而任意性拣取零件是指零件在容器中是任意堆放的。Roney先生认为，后一种零件拣取方式更具有挑战性，但如果具备上述三大要素（视觉系统、容器防碰撞和防碰撞检测系统），那么一切皆可能实现。

　　2.应用于机床上的工件装卸

　　Ellison Technologies公司的Burg先生说：“在许多应用领域中，在拣取零件以后，直接将其安装到机床上进行加工。在大部分情况下，该机床的夹具系统不允许机器人的零件安装位置出现任何差错。”因此，零件的精确就位对零件的夹紧系统来说是非常关键的。

　　机器人能够确定图像拍摄的位置，因此能够识别物体所处的位置，然后对该物体的大小、类型和质量作出相应的判断。

　　如果没有上述这些功能，那么机床将可能发生损失惨重的故障。因此，采用视觉技术有利于零件的正确定位。

　　3.应用于包装领域

　　视觉技术对包装应用领域也是十分关键的。例如食品往往需要通过输送机或滑块装置输送到食品拣取区域，因此不存在重复定位的问题。但事实上，由于食品处在不同的位上，因此需要有一个重新调整方向和拣取的过程，然后将其放入到包装箱中。而视觉系统能够帮助机器人找到相应的食品，并根据要求完成包装任务。

　　4.应用于焊接领域

　　在进行焊接的时候，机器人可以利用视觉系统，以适应两个焊接元件之间的微妙变化。即使在点焊应用领域，也可利用视觉技术校正误差。

　　系统在实际中的应用

　　Ellison Technologies Automation公司安装了一套带有3D视觉技术的机器人系统，用于处理板材。该板材由最初的板条切而成，然后落入到一个桶里，再输送到一个装有机器人的工作室内，利用焊接技术，在板材上敷焊一层硬质材料，使其具有较长的使用寿命。

　　Burg先生解释说：“焊接工艺可能会污染夹钳。如果夹钳碰到新的零件，那么这个零件就会受到污染。”在采用视觉技术前，不得不采用手工的方式进行必要的调节。现在，每一个零件上的各个位置都可以进行验证。“该技术允许机器人通过3D摄像系统来显示整个零件的状况，”Burg先生继续说，“它允许在没有人工干预的情况下操作运行。”

　　在采用视觉技术之前的10年时间里，该公司拥有4套Fanuc机器人系统，至少有一套机器人系统经常需要人工进行调节。现在，该公司只需要3套机器人系统，就能完成同样的工作量，而且很少需要进行人工干预。

　　3D视觉系统的未来

　　在生产成本进一步降低和采用更强大系统的情况下 ，未来的机器人3D视觉系统将会发生什么样的变化呢？

　　Fanuc公司的Roney先生回答说：“可能将会进入到更令人感兴趣的所谓视觉伺服系统。到目前为止，我们所考虑应用的视觉系统只通过某一个点来及时寻找一个物体。”然而，零件往往处于运动状态，此时，采用单点准时快速摄像可能效果不佳；而采用视觉伺服系统可以继续获得有关物体位置的多种信息。这一系统允许机器人进行导向工作，时刻了解该物体所处的位置。

　　Roney先生建议说：“这一系统迟早会在组装生产线上得到应用，因为在组装生产线上，组装件总是悬挂在一条不断运转的传动链上或是其他的材料输送装置上。”即使没有得到进一步的发展，但很显然，这种视觉伺服系统的处理能力必将不断提高，而生产成本也必将逐步下降。在今后几年内，采用这种组合方式可以使3D视觉技术得到更广泛的应用。