Triantun sistema de visió per a un robot pick and placeno és només una qüestió de decidir si la tecnologia 3D és més avançada que la 2D. La pregunta més útil és:Quina incertesa posicional ha de resoldre el robot abans de poder fer una selecció fiable?
Si cada part arriba a la mateixa posició i orientació, és possible que el robot no necessiti visió en absolut. Si les peces es mouen de manera imprevisible per una superfície plana, la visió 2D pot ser suficient. Si el robot ha de fer front a canvis d'altura, objectes inclinats, productes apilats o contenidors aleatoris, la visió 3D esdevé molt més rellevant.
Una regla pràctica és: com més incertesa hi hagi en la posició i l'orientació del producte en tres-dimensionalitats, més capacitat de detecció és probable que requereixi l'aplicació.
Tanmateix, la visió no s'ha de seleccionar de manera aïllada. La presentació del producte, la presa, el temps de cicle, els requisits de precisió, la il·luminació, les propietats de la superfície i la complexitat d'integració poden determinar si un sistema de visió teòricament adequat funcionarà de manera fiable en producció. Aquesta guia explica quan s'ha d'utilitzar sense visió, visió 2D i visió 3D per a aplicacions de selecció i col·locació i proporciona un marc pràctic per triar entre elles.
Si teniu previst l'automatització de la selecció-i-de col·locar, exploraRBTIC tria-i-sèries de robotsper revisar configuracions i especificacions.
Un robot Pick and Place sempre necessita visió?
A escollir i col·locar el robotnomés necessita visió artificial quan ha d'identificar o compensar la variació del producte que no es pot controlar mecànicament o mitjançant altres mètodes de detecció.
Dues aplicacions diferents.
|
Escenari |
Condició de posició de la part |
Lògica de funcionament del robot |
Requisits del sistema de visió |
|
Escenari 1 |
Un component sempre es troba al mateix aparell dins d'una tolerància repetible. |
El robot pick and place pot moure's a una coordenada ensenyada cada cicle. |
Pot funcionar de manera fiable sense càmera |
|
Escenari 2 |
Les peces arriben aleatòriament a través d'una cinta transportadora en diferents posicions i orientacions. |
El robot ha de determinar on es troba cada part abans de poder agafar-la. |
Normalment requereix algun tipus de visió o sistema de detecció{0}}de posició |
Per tant, la finalitat de la visió robotitzada no és fer que el sistema d'automatització sigui més sofisticat. El seu propòsit és eliminar la incertesa que d'altra manera impediria una selecció fiable.
Factors clau que determinen la quantitat de visió del robot que necessiteu
Abans de comparar sense visió, visió 2D i visió 3D, avalueu l'aplicació en si.
Diverses variables són especialment importants.
|
Factor bàsic |
Descripció |
|
Variació de posició del producte |
Pregunteu quant es mou el producte d'un cicle a un altre. Una peça subjecta a un dispositiu de precisió pot tenir gairebé cap variació de posició. Un producte solt que viatja en una cinta transportadora pot desplaçar-se significativament en les direccions X i Y. Un component apilat aleatòriament pot variar en X, Y, Z, cabeceig, gir i guiñada. El nombre de variables no controlades és un dels indicadors més forts de la capacitat de detecció requerida. |
|
Variació d'alçada i profunditat |
Si cada producte es presenta aproximadament a la mateixa alçada, pot ser que no sigui necessari mesurar la profunditat. Tanmateix, una vegada que els productes poden aparèixer a altures significativament diferents, és possible que una imatge 2D ja no proporcioni prou informació per determinar una posició de selecció fiable. Això és especialment important per a productes apilats, contenidors aleatoris, superfícies irregulars i components que poden inclinar-se. |
|
Orientació al producte |
Un robot pot necessitar més que la posició central d'un producte. Depenent de l'aplicació, també pot ser necessari determinar: en -rotació pla; orientació tridimensional completa; quin costat del producte mira cap amunt; si es pot accedir a una funció de subjecció necessària. Com més llibertat d'orientació té un producte, més exigent serà el problema de detecció. |
|
Superposició i oclusió |
Els productes que romanen separats i totalment visibles són més fàcils de localitzar. Els productes apilats, superposats o parcialment enterrats creen un repte diferent. És possible que el sistema hagi de distingir objectes individuals, determinar quin és accessible i evitar col·lisions amb els productes circumdants. Aquesta és una de les raons per les quals la selecció aleatòria de contenidors requereix normalment una detecció i una planificació més sofisticades que la selecció de transportadors plans. |
|
Requisits de precisió |
La visió també s'ha de seleccionar segons la tolerància del procés. Una aplicació d'embalatge que col·loca productes en un cartró gran pot tolerar més errors de posició que una operació de muntatge que insereix un component petit en una característica estretament controlada. La resolució de la càmera, la qualitat del calibratge, l'estabilitat del muntatge, la distància de treball, la selecció de lents i la repetibilitat del robot poden influir en la precisió final del sistema. |
|
Temps de cicle |
Un sistema de visió tècnicament capaç no és automàticament la solució de producció adequada. L'adquisició d'imatges, la detecció d'objectes, el càlcul de poses, la comunicació del robot, la planificació del camí i l'agafament consumeixen tot el temps. Per a aplicacions d'-alta velocitat, s'hauria d'avaluar el cicle complet de detecció i robot en lloc de considerar només el rendiment de la càmera. |
Quan utilitzar un robot Pick and Place sense visió
A cap-sistema de selecció i col·locació de visiópot ser la solució més adequada quan el producte ja es presenta en una posició coneguda i repetible.
Les aplicacions típiques inclouen:
peces situades en accessoris fixos;
components presentats en safates posicionades amb precisió;
productes aturats en una posició indexada controlada;
transferència repetitiva entre màquines fixes;
aplicacions on les guies mecàniques determinen la posició del producte.
En aquestes situacions, el sistema mecànic ja ha eliminat la major part de la incertesa. El robot sovint es pot moure a coordenades de selecció predefinides o ensenyades sense calcular una nova posició per a cada cicle.
Aquest enfocament té diversos avantatges potencials. Pot reduir els requisits de maquinari, simplificar la programació i el calibratge, escurçar el temps de posada en marxa i eliminar passos de processament d'imatges-innecessaris. Més tecnologia no produeix automàticament una millor cèl·lula d'automatització. Si el posicionament mecànic ja és molt repetible, afegir un sistema de visió pot introduir complexitat sense resoldre un problema de producció significatiu.
Sense visió no vol dir no sentir
Una cèl·lula robot sense visió artificial encara pot requerir sensors.
Alguns exemples habituals inclouen sensors de presència fotoelèctrics, interruptors de proximitat, sensors de confirmació d'accessoris, interruptors de pressió de buit, sensors de part-present, sensors de seguretat.
Aquests dispositius responen a preguntes com ara si hi ha un producte disponible o si un accessori està col·locat correctament. La diferència clau és que normalment no calculen una nova postura de selecció a partir d'una imatge.
Una pregunta de decisió útil és:El robot necessita calcular una posició o una orientació del producte diferent per a cada cicle? Si la resposta és no, un enfocament de-coordenades fixes pot ser suficient.
Quan cap visió es torna arriscada
Un sistema sense-visió es fa menys adequat quan la presentació del producte comença a derivar.
Els problemes potencials inclouen la càrrega inconsistent dels accessoris, l'error acumulat de posicionament de la cinta transportadora, l'embalatge variable, el canvi d'orientació del producte, les parades mecàniques inestables, els canvis freqüents de format.
Si aquestes variacions superen la tolerància de recollida permesa, el procés pot necessitar un control mecànic millorat, detecció addicional o visió artificial.
Quan 2D Vision és l'opció correcta per triar i col·locar
La visió 2D s'utilitza habitualment quan els productes es mouen principalment a través d'un pla conegut mentre la seva alçada es manté relativament estable.
Alguns exemples típics inclouen:
productes individuals en una cinta transportadora plana;
components amb posicions X-Y variables;
productes que giren sobre una superfície plana;
parts distribuïdes en una-safata d'una sola capa;
aplicacions que requereixen identificació visual o detecció de característiques.
Normalment, una càmera 2D pot ajudar a determinar informació com ara la posició X, la posició Y, la rotació en el pla-, la forma visible o la informació de les característiques, la identitat del producte quan hi ha característiques visuals diferenciables disponibles.
Per exemple, els productes que viatgen en una cinta transportadora poden arribar amb espais irregulars i orientacions diferents. En lloc de confiar en una coordenada fixa de selecció, un sistema de visió 2D pot localitzar cada producte i proporcionar una posició actualitzada al robot. Si el transportador es mou contínuament, el sistema de control del robot també pot necessitar el seguiment del transportador i la sincronització del codificador perquè la posició de recollida calculada sigui vàlida mentre el producte es mou.
Per què la visió 2D és sovint un punt mitjà pràctic
Per a aplicacions essencialment planes, la visió 2D pot proporcionar la flexibilitat necessària sense introduir mesures de profunditat innecessàries.
En comparació amb aplicacions 3D més complexes, el problema de detecció sol contenir menys variables.
Això pot simplificar la configuració de la càmera, el processament d'imatges, el calibratge, la integració del robot i la resolució de problemes.
Tanmateix, aquests avantatges depenen que l'aplicació es mantingui prou plana.
Limitacions de la visió 2D
Una imatge 2D convencional no proporciona directament informació de profunditat completa.
Els problemes poden sorgir quan:
els productes apareixen a altures significativament diferents;
els objectes s'apilen;
la superfície de presa es pot inclinar;
l'alçada afecta la posició de selecció requerida;
els productes superposats s'han de separar espacialment;
el robot necessita una postura 3D completa.
La il·luminació és un altre factor important. Un contrast deficient, les ombres, l'enlluernament o la il·luminació inconsistent poden fer que la detecció 2D, d'altra manera, senzilla, no sigui fiable. Els productes reflectants i transparents poden requerir una il·luminació acurada i un disseny òptic.
Per tant, la decisió s'ha de basar en la geometria i la variabilitat de l'entorn de producció real més que en el supòsit que la visió 2D és sempre la resposta més senzilla.
Quan la visió 3D és la millor opció per triar i col·locar
La visió 3D esdevé útil quan la profunditat, l'alçada o l'orientació en tres-dimensionals són part del problema de selecció.
Les aplicacions habituals inclouen:
selecció aleatòria de contenidors;
components apilats;
productes a diferents altures;
superfícies irregulars;
objectes superposats;
components inclinats aleatòriament;
aplicacions que requereixen una postura d'objectes tridimensionals.
En lloc de localitzar un objecte només dins d'un pla d'imatge, la detecció 3D pot proporcionar informació sobre la profunditat i la geometria de la superfície. Segons la tecnologia i l'aplicació de detecció, aquesta informació pot ajudar el sistema a estimar la posició tridimensional d'un objecte i identificar possibles superfícies de selecció.
Selecció aleatòria de contenidors: per què importa la profunditat
Un contenidor aleatori demostra especialment bé la diferència entre la detecció plana i la detecció{0}}tridimensional.
Imagineu diversos components metàl·lics amuntegats. Saber que un component apareix a prop del centre d'una imatge 2D pot no ser suficient.
És possible que el robot també hagi de determinar si el component està a la part superior de la pila, a quina alçada està, si està inclinat, si un altre component el cobreix, si la superfície d'agafament prevista és accessible, si el robot pot apropar-se sense xocar amb les parts circumdants. Aquestes preguntes requereixen més que informació bàsica sobre la posició X-Y.
La visió 3D no resol tots els problemes de selecció
Un dels principis de disseny més importants en la selecció robòtica és que la detecció d'objectes amb èxit no és el mateix que la selecció d'objectes. Un sistema de visió 3D pot identificar correctament un component mentre el robot de recollida i col·locació encara no el pot agafar ni extreure.
Les possibles causes inclouen oclusió severa, geometria de subjecció deficient, piles de productes inestables, superfícies d'adherència inaccessibles, riscos de col·lisió, materials reflectants o transparents, espai lliure insuficient entre productes.
Per aquest motiu, la visió 3D s'ha d'avaluar juntament amb la pinça, l'abast del robot, l'estratègia de col·lisió, la geometria del producte i el mètode de planificació-de la ruta. No s'ha de tractar com una solució independent a tots els problemes de selecció difícils.
No Vision vs 2D Vision vs 3D Vision: comparació
La taula següent resumeix les principals diferències.
|
Factor |
Sense visió |
Visió 2D |
Visió 3D |
|
Posició típica del producte |
Fixa i repetible |
Variable principalment a X-Y |
Variable a X-Y-Z |
|
Variació d'alçada |
Mínim |
Baixa o previsible |
Moderat a alt |
|
Orientació |
Fixa o controlada mecànicament |
Principalment en -rotació pla |
Pot ser possible una orientació completa en 3D |
|
Productes superposats |
Normalment inadequat |
Capacitat limitada en funció de la visibilitat |
Més adequat per a escenes apilades o superposades |
|
Aplicacions típiques |
Fixtures, estacions indexades, transbordaments fixos |
Selecció de transportadors, classificació plana, recollida de safates |
Recollida de contenidors, peces apilades, recollida d'alçada variable- |
|
Complexitat del sistema |
El més baix |
Moderat |
Generalment més alt |
|
Requisits de calibració |
Mínim |
Cal calibració de la visió-a-robot |
Calibració i validació 3D més exigents |
|
Sensibilitat a la il·luminació |
Baixa des del punt de vista de la visió |
Sovint important |
Depèn molt de la tecnologia de detecció i les propietats de la superfície |
|
Esforç relatiu d'integració |
Baixa |
Mitjana |
Més alt |
|
El més adequat per |
Presentació determinista del producte |
Picking planar flexible |
Incertesa-tridimensional |
Aquesta taula s'ha de tractar com un punt de partida més que com una regla rígida.
Les aplicacions reals poden combinar tecnologies. Per exemple, un sistema pot utilitzar guies mecàniques per reduir la variació del producte, visió 2D per a la localització i sensors addicionals per a la confirmació del procés. L'objectiu no és seleccionar el sistema de detecció més avançat. Es tracta d'utilitzar l'arquitectura de detecció més senzilla que pugui resoldre constantment la incertesa que importa al procés.
Altres factors que afecten el rendiment de la visió del robot per a la selecció i el lloc
Escollir entre sense visió, visió 2D i visió 3D només és una part del disseny d'automatització. Diversos altres factors poden tenir un impacte igual de gran en la fiabilitat.
|
Altres factors que influeixen |
Descripció |
|
Condicions d'il·luminació |
La visió artificial depèn de les dades d'imatge utilitzables. Els canvis en la llum ambiental, les ombres, l'enlluernament, els reflexos i la il·luminació inconsistent poden reduir el rendiment de la detecció. Per tant, la il·luminació s'ha de tractar com a part del sistema de visió i no com una idea posterior. |
|
Productes reflectants i transparents |
Les superfícies molt reflectants, brillants, fosques o transparents poden ser un repte tant per a la detecció 2D com per a la detecció 3D. La gravetat depèn de la tecnologia de detecció, la disposició de la càmera, la il·luminació, la geometria del producte i la precisió requerida. Sovint, provar mostres de producció representatives és més útil que seleccionar tecnologia només a partir de les especificacions. |
|
Calibració de càmera i robot |
El robot ha d'entendre com es relacionen les coordenades mesurades pel sistema de visió amb el seu propi sistema de coordenades. Els errors de calibratge poden convertir la detecció visual precisa en un moviment del robot imprecís. Per tant, s'han de considerar conjuntament l'estabilitat del muntatge, els procediments de calibratge, la precisió del punt-centre-de l'eina i la repetibilitat del robot. |
|
Disseny de pinces |
La visió determina on es troba el producte. La pinça determina si realment es pot recollir el producte. Les ventoses, els dits mecànics, les pinces magnètiques i les eines d'extrem-de-braç personalitzades imposen requisits diferents sobre l'orientació del producte, l'estat de la superfície, l'àrea de contacte i la direcció d'aproximació. És per això que la selecció de la visió i el final{5}}de la mateixa estratègia{6} s'han de desenvolupar{6} en l'aplicació de l'eina. |
|
Presentació del producte |
La millora de la presentació del producte pot reduir de vegades la necessitat d'una visió més complexa. Els accessoris, les guies, els escapaments, els alimentadors, els mecanismes de sincronització i els transportadors controlats poden eliminar la incertesa abans que el robot vegi el producte. |
|
Fiabilitat de producció requerida |
Un sistema que funciona durant una demostració breu no està automàticament a punt per a la producció-. Les proves han d'incloure variacions realistes, com ara toleràncies acceptables del producte, lots diferents, canvis de superfície, canvis d'il·luminació, embalatges parcialment danyats, posicions extremes, velocitats realistes del transportador, contaminació normal o condicions de pols, si escau. |
La qüestió rellevant no és si el sistema pot fer una selecció exitosa, sinó si pot mantenir el rendiment requerit en el rang esperat de condicions de producció.
Escolliu i col·loqueu la llista de verificació de selecció de visió
Abans de seleccionar una arquitectura de visió, responeu a les preguntes següents.
|
Categoria |
Consulteu Preguntes |
|
Presentació del producte |
La posició del producte és fixa o variable? Es controla l'orientació? Els productes es poden solapar? Es poden apilar els productes? Canvia l'alçada del producte? |
|
Requisits de selecció |
Quina precisió posicional es requereix? El robot només necessita una posició X-Y o una posició 3D completa? El punt de presa continua sent accessible? Pot la pinça tolerar alguna variació de posició? |
|
Condicions de producció |
El producte està parat o en moviment? Quin temps de cicle es requereix? Les condicions d'il·luminació són estables? Els productes són reflectants, transparents, foscos o visualment incoherents? Diversos formats de producte utilitzaran la mateixa cel·la? |
|
Disseny del sistema |
Les guies o accessoris mecànics poden eliminar certa incertesa? És pràctica la calibració de la càmera-a-robot? El robot necessita un seguiment de la cinta transportadora? El sistema de visió es pot comunicar prou ràpid per al cicle requerit? S'ha provat l'aplicació amb mostres de producció representatives? |
Una seqüència pràctica de selecció és:
No utilitzeu cap visió quan la presentació del producte ja ofereix un posicionament repetible.
Utilitzeu la visió 2D quan la incertesa principal es produeix en un pla previsible.
Utilitzeu la visió 3D quan s'hagi de resoldre l'alçada, la profunditat, la inclinació, l'apilament o l'orientació tridimensional significativa.
A continuació, valideu aquesta elecció en funció de l'adherència, la precisió, el temps de cicle, l'entorn i la fiabilitat de la producció.
Preguntes freqüents sobre Pick and Place Robot Vision
Menjar final
L'elecció entre sense visió, visió 2D i visió 3D hauria de començar amb la incertesa en la tasca de selecció, no amb la sofisticació de la càmera.
Si el producte està restringit mecànicament a una posició estable, les coordenades del robot predefinides poden ser suficients. Si la posició varia principalment en un pla pla, la visió 2D pot proporcionar la flexibilitat necessària per localitzar i orientar el producte. Si el robot ha d'entendre la profunditat, l'alçada, la inclinació, l'apilament o l'orientació tridimensional significativa, la visió 3D es converteix en un candidat més fort.
Però la visió és només una part d'un sistema de selecció i lloc fiable. La presentació del producte, el disseny de la pinça, el calibratge, la il·luminació, el temps de cicle, la precisió i la variabilitat real de la producció afecten el resultat final. Per tant, la solució més eficaç no és necessàriament la que tingui la tecnologia de visió més avançada. És el que elimina prou incertesa per fer que cada selecció de robot necessària sigui repetible, pràctica i fiable.
Preparat per implementar la selecció i el lloc robòtics?
Tant si esteu actualitzant l'automatització de final de línia com si busqueu un proveïdor de robots de selecció-i-confiable, poseu-vos en contacte amb RBTIC per obtenir solucions personalitzades de selecció-i-de col·locació i dissenys de disseny, o per reservar una visita a la fàbrica.
