機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺技術(shù)及系統(tǒng)逐步發(fā)展成為工業(yè)智能化的新興技術(shù)，并與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合成為工業(yè)智能化發(fā)展的重要發(fā)展方向，對機(jī)器人的應(yīng)用起著助推作用。哈工大蕪湖機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院在充分吸收國內(nèi)外機(jī)器視覺技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)，自主開發(fā)，逐步掌握機(jī)器人視覺系統(tǒng)的多項(xiàng)核心技術(shù)，取得較好成果。

一、開發(fā)并掌握視覺系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)

1、機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光學(xué)系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)與分析/執(zhí)行系統(tǒng)三部分。

圖1 機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

    2、我院已完成機(jī)器視覺硬件平臺的搭建，實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人控制系統(tǒng)的通信。目前著重開發(fā)以下關(guān)鍵技術(shù)：

   （1）光源系統(tǒng)開發(fā)與優(yōu)化。光源選取與設(shè)置的好壞決定取像的質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)和高對比度的圖像，通過對不同形式照明及光源的研究，在照明方向/角度、光譜、極性、強(qiáng)度和距離等進(jìn)行設(shè)置，開發(fā)光源自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，改善因環(huán)境光線的變化和對象材質(zhì)等不同條件下系統(tǒng)的分辨率，簡化圖像信息的數(shù)據(jù)處理。

   （2）雙目立體視覺系統(tǒng)。在二維視覺處理的基礎(chǔ)上采用雙目攝像和標(biāo)定工具得到被測量對象的深度信息，構(gòu)建精度可控條件下的物體三維圖像數(shù)據(jù)。

    （3）實(shí)現(xiàn)高速通信的機(jī)器人控制系統(tǒng)與視覺系統(tǒng)的集成技術(shù)。

   （4）開發(fā)基于ARM嵌入式架構(gòu)圖像處理模塊。基于ARM核心硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把嵌入式技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)相結(jié)合，利用OpenCV等進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，有利于在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用。

   （5）視覺算法及處理技術(shù)。主要開發(fā)攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)和算法，精確分析雙目立體視覺的結(jié)構(gòu)參數(shù)與測量精度的關(guān)系。在立體視覺圖像的特征點(diǎn)提取和立體匹配算法方面進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)三維重建。

    3、我院開發(fā)的機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

   （1）蓄電池生產(chǎn)工藝中的板柵澆鑄質(zhì)量檢測

蓄電池生產(chǎn)中的板柵質(zhì)量的好壞對蓄電池極板的質(zhì)量影響很大，如下圖2、3。生產(chǎn)過程中操作者的技術(shù)水平和熟練程度對板柵的質(zhì)量指標(biāo)起到?jīng)Q定性的作用。實(shí)踐證明，對于同一個(gè)板柵模具，不同技術(shù)水平的人所澆鑄的板柵多個(gè)數(shù)據(jù)的離散性很大，例如：板柵的塑性（硬度）不同；板柵的強(qiáng)度不同，很容易折斷；重量差異大；鉛鈣合金板柵出現(xiàn)的沙眼；鉛銻鎘合金和鉛銻合金板柵燒片、縮筋問題。板柵的這些問題，給極板生產(chǎn)中的重量控制增加了很大的難度。表1是板柵生產(chǎn)工藝中易出現(xiàn)的問題和檢測方式。

圖2 蓄電池生產(chǎn)-板柵澆鑄工藝

圖3 板柵樣件

表1 某規(guī)格板柵工藝指標(biāo)及檢測方式

    在板柵生產(chǎn)中，由于節(jié)拍快，目前人工檢測方式不僅速度慢且不可控，難以滿足生產(chǎn)計(jì)劃要求，是目前蓄電池生產(chǎn)的工藝難點(diǎn)。通過運(yùn)用視覺系統(tǒng)檢測技術(shù)，可以較快的對板柵表面的極耳厚度、筋條變形等進(jìn)行在線控制，如圖4。

圖4 運(yùn)用機(jī)器視覺技術(shù)對板柵表面質(zhì)量進(jìn)行檢測

    在后續(xù)處理中，采用圖像處理軟件Halcon對采集的圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，不僅可以按照工藝指標(biāo)進(jìn)行檢測，而且可以達(dá)到對連續(xù)批次的板柵件的質(zhì)量一致性進(jìn)行分析，通過系統(tǒng)反饋，提升該工藝澆鑄模具的更換、清理的有效性。

   （1）自主開發(fā)的自動(dòng)揀選示范線進(jìn)入試驗(yàn)階段

我院將自主開發(fā)的機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)用透明輸液袋自動(dòng)揀選線，目前該項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)階段，如圖5。通過連續(xù)批次輸液袋的測試，目前速度達(dá)到100次/min，漏檢率低于1%，與自主開發(fā)的取放機(jī)械手結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高速下的物件自動(dòng)識別、自動(dòng)定位和取放。

    該項(xiàng)目成果可成功應(yīng)用于食品、藥品等軟包裝及建材行業(yè)的自動(dòng)輸送線。

圖5 正在調(diào)試的醫(yī)用液袋自動(dòng)揀選線系統(tǒng)

    二、應(yīng)用領(lǐng)域及我院優(yōu)勢

1、應(yīng)用領(lǐng)域：

機(jī)器視覺技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、電子、食品和醫(yī)藥、蓄電池等規(guī)模工業(yè)的多個(gè)領(lǐng)域和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，用于替代人工檢測，并與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)高速揀選、在線智能裝配。 

2、我院優(yōu)勢與服務(wù)項(xiàng)目：

我院掌握機(jī)器視覺的關(guān)鍵技術(shù)、專業(yè)人才和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，可根據(jù)用戶的在線檢測的需求特點(diǎn)進(jìn)行針對性開發(fā)；結(jié)合我院掌握的機(jī)器視覺高速處理及與機(jī)器人控制器集成技術(shù)，可以幫助客戶提升生產(chǎn)線的智能化水平。

我院具有哈工大機(jī)器人研究所的技術(shù)優(yōu)勢，既可以通過合作開發(fā)、委托開發(fā)及技術(shù)轉(zhuǎn)讓等多種形式，為用戶提供價(jià)值。