产品概述

1. 三维视觉高精度检测系统简介


三维视觉高精度检测系统能够实现对产品的自动三维高精度测量与缺陷检测,对不合要求的产品进行汇报和自动分拣,特别针对高精度测量,人工测量无法满足精度和稳定性要求。


该系统的基本硬件系统由计算机,传感器,传感器控制器和运动机构组成。图1以典型的传感器型号Riseye 3D LV064为例说明系统的硬件系统组成。


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图1 三维检测系统的基本组成


其中,计算机与传感器控制器通过以太网相连,运动平台的编码器信号输入控制器相应的输入端口用于控制传感2器的行触发,控制系统由PLC表示,控制系统通过电平控制传感器的帧触发开始和停止。控制器接直流电源,每个控制器可以最多连接两个传感器。智能视觉检测系统主要配置三维传感器,可以增加工业相机等,所有配置可按需求增减或定制。


表1 人工检测和系统自动检测对比


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2. 三款系统平台及其应用场景


随着工业领域技术的不断提高,激烈的竞争导致市场对于产品精度和质量的要求也愈发严格,检测环节则为其中最为重要的环节之一。好的检测设备和技术不仅对于产品质量有至关重要的作用,更能为企业提高生产力,节约成本。精锐视觉最新推出两款高精度三维视觉检测平台,分别为三维直线检测平台和三维旋转检测平台。同时,为了满足客户对多模式工作和柔性化生产的需求,三维测量与检测平台和搭载在六轴或四轴工业机器人上,进行柔性的三维测量和检测,称之为扫描式机械臂。


表 2 三款检测系统平台


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2.1 直线式平台


三维直线测量平台,工作原理基于三角激光测距,通过扫描工件外轮廓,获取外轮廓尺寸数据,可实现对零件的外轮廓尺寸测量以及表面缺陷检测的需求。同时测量精度达到微米级。该平台可以根据用户不同的检测精度、检测范围需求,能兼容市面上常见的多款三维传感器。


平台集成了由精锐视觉自主研发的三维测量软件,除了能精确实现传统的三维数据采集与输出,同时,软件还具备“三维点云处理”、“特征测量区域提取”、“三维模板制作”以及“三维缺陷检测”等丰富的测量数据处理功能。


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图2 直线式三维测量与检测平台


2.2 旋转式平台


相较于三维直线测量平台,此次精锐视觉推出的三维旋转测量平台,具有更加广泛的适用性。工件被放置在由伺服电机驱动的水平玻璃圆盘上,依靠两个可任意调节位置的三维传感器,分别实现水平方向与竖直方向的测量。


三维旋转测量平台可实现对较大尺寸,复杂外形工件的全尺寸测量,特别适用于各种卷材,圆盘形工件的三维测量和缺陷检测。同样,与三维直线测量平台一致,该平台可以根据用户的检测精度、检测范围需求,兼容市面上常见的多款三维传感器,以及集成了由精锐视觉自主研发的三维测量软件,在实现传统的三维数据采集与输出的基础上,软件还配置了“圆盘扫描图像畸变矫正算法”,同时具备“三维点云处理”、“特征测量区域提取”、“三维模板制作”以及“三维缺陷检测”等丰富的测量数据处理功能。该平台极大拓展了三维检测技术在工件测量与检测领域的应用范围,为传统测量技术无法完成的工作场景提供了良好的解决方案。


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图3 旋转式三维测量与检测平台


2.3 扫描式机械臂


针对大物件、异形结构、精度要求相对较低、被检测物形态变化多的应用,特别推出扫描式机械臂,该系统配置简单,特别能够适应被测物形态变化多的应用。但其检测精度受到机器人运动精度的影响,根据检测无尺寸,最高的检测精度不小于0.1mm。如下图所示,扫描机械臂即由机械臂搭载三维传感器进行扫描作业。


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图 4 扫描式机械臂


2.4 三维检测系统的软件平台


软件主要包括三个功能模块:三维数据获取、三维数据处理和三维测量。三个功能模块按顺序操作即可实现一次完整的三维测量流程。


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图5 三维测量与检测软件平台的架构


三维测量系统软件V1.0主要有以下功能:


1.实现传感器参数设定,传感器数据获取等与传感器交互的功能;


2.实现传感器实时采集数据的可视化功能;


3.实现传感器数据的三维计算,包括降采样,三角化,三维分割等功能;


4.实现三维模板制作和三维模板匹配测试功能;


5.实现任意点或区域的三维测量和数据保存功能。


3. 典型案例介绍


公司与中国某钢铁龙头企业合作,在其湛江工厂冷轧厂钢卷加工区建设了钢卷智能视觉检测示范应用工程。实现了钢卷端面缺陷的自动检测,解决了湛江厂区冷轧厂钢卷检测工作强度大、效率低,检测环境恶劣的重大需求。现场环境昏暗,夏季温度超过45摄氏度,遍布机械设备,人工检测存在极大的安全隐患。现场环境如下图所示:


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图6 湛江工厂钢卷现场环境


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图7 湛江工厂钢卷流水线情况


4.1 机械结构设计与安装


钢卷检测系统采用机器人装载图像传感器和三维传感器进行检测。机器人采用滑轨底座,增加机器人的活动范围。当安装环境不满足直接使用地轨时候,可进行吊装,需新建门型架等组件用于机器人的安装。


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图8 机械设计与安装图示


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图9 机器人安装位置图示


4.2 传感器等硬件配置情况


检测系统主要硬件由以下组成,如表4所示:


表4 检测系统硬件组成


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1.三维检测流程


1)机器人末端负载传感器沿箭头所指半径方向做圆周运动,传感器距离被检测物体距离350mm,扫描范围180mm;


2)机器人负载传感器需到达距离圆心500mm-1020mm的位置,距离被测物350mm;


3)对于最大尺寸工件,内径506mm ,外径2100mm,需要扫描的范围为(2100-506)/2 = 797mm,设计扫描范围为880mm,设计5mm重复区域 ,对于最大尺寸的工作需要扫描的圈数为5圈。


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图10 三维检测流程示意图


4.3 软件架构与算法


钢卷检测系统的整体软件架构如下图11所示,软件可实现钢卷条码与字符识别,钢卷端面的缺陷检测以及通讯接口的流通。


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图11 钢卷检测软件架构


视觉检测软件部分,集成了视觉检测算法与机器人(包括地轨)的控制,分别于现场总线通讯以及于中控制电脑通讯,自动完成检测流程。如图12所示:


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图12 视觉检测软件页面


中控室软件起到总控以及显示的作用,可以随时监控监测系统的工作状态以及检测的结果。如下图13所示:


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图13 中央控制室总控软件页面


4.4 安装调试进度


安装检测系统时需要产线输送设施配合,所以需要停产检修配合。不同需方情况不一样,具体方案将根据需方实际情况进行定制。


钢卷检测系统由专业工程师在现场进行安装与调试。钢卷检测系统调试期间,根据现场情况,若现场存在易燃易爆等风险或者现场环境恶劣,则需要安排停机配合,时间为5天到7天。


表5 安装调试进度安排


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5. 系统投资回报分析


上线一台三维视觉高精度检测系统的投资金额在30万到300万之间,根据待检测零件的精度要求,检测的内容,工件尺寸,检测速度的要求,传感器选型和配套的机械手配置不同而变化。


三维三维视觉高精度检测系统投资内容如下表所示:


表格5 投资预算


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系统上线后,原先的人工检测方式将完全由检测系统代替,原来进行检测的技术人员可以在中央控制室值班,对检测系统呈报的实时数据进行监测,大大减少了技术人员的工作强度,彻底解决了相关技术人员招工困难,岗位流动性大的重大需求。另外,该系统可以实现24小时不间断检测,对所有产品进行全部检测,大大减少了缺陷的漏判率,提升了生产线产品的品质。


以冷轧厂钢卷检测区域为例,原有人工检测方式,相关岗位招工困难,且流动性非常大,每年相关岗位的培训、招聘和人员福利的花费多达200万元,上线机器人系统后,相关岗位的培训,招聘和人员福利费用可以下降一半以上,之间减少资金投入100万元以上。同时,原有人工检测方式,缺陷产品有很大可能流入最终客户,每一个缺陷钢卷流入客户最终将造成人力物力方面的损失多达20万元,平均每年都会发生因为不良品流入市场造成的客户投诉10余起,直接经济损失200余万。机器人检测系统上线后,客户投诉时间频率将下降一半以上,减少直接经济损失100万元以上。以上线一套机器人检测系统的费用200万元计算,平均投资回收期在半年左右。


系统界面