图1 机器人移动相机扫描图像

机器视觉简介

机器视觉产生至今已有30余年历史，随着电子科技与芯片技术、图像处理和人工智能等技术的发展，机器视觉以其非接触、处理时间快、精度高、安全高效、节省人力成本等特点，得到了越来越广泛的应用。同时，机器视觉产品越来越丰富，产品功能越来越强大，也为越来越多用户所接受。

除了成品检测外，机器视觉在产品质量管控以及自动化生产的各个环节，建立起越来越多成功的应用。在食品饮料安全生产中，机器视觉用来记录生产过程的序列号缺损程度、外观完好性等信息，帮助我们建立起可以追溯的质量管理体系；在医药的生产过程中，机器视觉用来检查泡罩中药片的完整性和完好性，也同时被应用在需要对药剂的液位高度进行管控的环节；在物流分拣系统中，机器视觉能够轻松的识别出外包装是否存在缺陷，对标签的位置和轮廓进行识别以帮助区分不同类型的物品等等。

图2 整体扫描图像效果

机器视觉在自动化生产和质量监控的过程中，把人从高度重复性的工作中解脱出来，快速可靠地执行检查与监控的任务，提升产品合格率，正逐步替代一些传统的检测方式，为广大用户提供新的解决方式而被受关注。

SICK公司3D视觉

德国SICK公司诞生于上个世纪40年代，一直致力于推动自动化领域的发展，熟知工业生产各环节，积累了大量、宝贵的现场经验，于2005年正式推出了世界第一套3D智能相机。一款特别适用于生产现场的机器视觉新产品：IVC-3D智能相机。IVC-3D结构紧凑，集激光光源、相机、图像处理、以太网以及RS485/ I/O输出等于一体，能满足在产品有高低抖动、旋转的情况下实时的对目标进行定位、检查，专用于检查和测量物体的3D尺寸。利用IVC Studio软件平台，IVC-3D智能相机可以轻松解决测量高度、体积和剖面线等3D应用。为生产线提供了一种全新的、可靠的工业视觉解决方案。

视觉技术从原理上可划分为2D和3D两种，目前在国内2D技术应用较为普通，尤其在华东、华南、京津等工厂自动化程度相对较高的地区。相对而言，3D视觉的起步、应用发展相对缓慢。值得庆幸的是，来自德国SICK公司的3D视觉系统实现了在国内汽车行业的首次成功应用。

图3 单件扫描3D图像效果

国内汽车行业应用介绍

当前国内汽车厂发动机装配、生产线上，缸盖的上料主要依赖人工上料，采用3D视觉定位、机器人抓取缸盖实现自动上料的方式，越来越受到生产厂家的青睐。采用3D视觉定位系统较于人工上料方式的主要优势有：

生产线自动化程度高、提高了生产效率；

安全可靠，有效避免人工伤害；

减少生产成本。

SICK IVC-3D 200相机安装在机械手上，机器人移动相机扫描生成图像。

相机工作流程简介：

整体扫描：机械手抓取单件缸盖前先进行整体扫描（扫描范围覆盖4×2共8个缸盖），相机完成扫描获取图像后计算处理，将8个缸盖的位置坐标（粗定位）信息通过工业以太网发送给机器人。

图4 机器人抓取缸盖后放置到流水线上

单件扫描：机器人收到每个缸盖的坐标数据后，在设定好的控制程序下移动相机到指定位置进行单件产品的扫描，相机将计算出的缸盖3D位置坐标（X、Y、Z轴坐标及缸盖分别与坐标系X、Y、Z轴的夹角α、β、γ）发送给机器人，机器人再根据该坐标数据调整机械手的抓取姿态位置，准确把缸盖抓取并送到生产线上。

IVC-3D在运行模式下，每次完成图像扫描后，会把生产的3D图像更新显示出来，并可以把测量的数据显示在图像上。

IVC-3D相机生产的图像中包含了X、Y、Z轴方向的信息，图像中灰度值越大的地方Z轴方向值越大。

图5 3D效果图

视觉技术的快速发展以及越来越广泛的应用，开阔了用户的视野、扩展用户的思路，为用户提供了更多的、有效的解决方案。相对2D视觉技术，3D视觉的主要优势有：

可以提供Z轴方向的信息；

避免了2D视觉基于景深原理性的应用瓶颈；

采用激光光源，屏蔽了周围环境光的影响。

SICK 3D技术在国外的诸多成功应用案例，为我们提供了积极、有效的参考。这次3D视觉系统在国内汽车行业的首次成功应用，对于3D视觉技术在国内相关行业的应用推广无疑是个好的开始。