對(duì)五臺(tái)裝配平臺(tái)之一進(jìn)行早期測(cè)試
Author(s):
G. Galeazzi - IMAGINGLAB
I. Piacentini - IMAGINGLAB
F. Romanò - IMAGINGLAB
I. Thieme - IMAGINGLAB
Industry:
Imaging Equipment
Products:
IMAQ Vision, LabVIEW, Compact Vision Systems
The Challenge:
單元塊裝配機(jī)器（brick assembly machine，BAM）最初的設(shè)計(jì)是基于無(wú)視覺(jué)機(jī)器人技術(shù)的，它由5個(gè)工作站組成，每個(gè)工作站有2臺(tái)人形機(jī)器人（ABB IRB 有效載荷140, 5 kg），每臺(tái)帶有第十一號(hào)機(jī)器人來(lái)卸載裝配單元塊（ABB IRB 4400, 最大有效載荷60 kg）?？偣?7層感光層及56層鉛板堆疊組成一個(gè)單元塊，但在早期的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，很難達(dá)到0.05 mm（50微米）的對(duì)準(zhǔn)精度。ImagingLab承擔(dān)了使用機(jī)器視覺(jué)改進(jìn)裝配線的任務(wù)，能夠在裝配時(shí)為機(jī)器人提供校準(zhǔn)反饋，同時(shí)記錄每層薄膜的殘余位置誤差。
The Solution:
應(yīng)用中單純圖像部分的功能相當(dāng)簡(jiǎn)單，真正的挑戰(zhàn)在于如何在已有的機(jī)器上實(shí)現(xiàn)該工程方案，如何安裝在壓板上（見(jiàn)圖）。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須非常緊湊，要求機(jī)械穩(wěn)定性高，前置攝像頭分辨率超過(guò)5微米。光源非常關(guān)鍵，基于通常原理在NIR光譜的脈沖模式下工作，已遠(yuǎn)超出最敏感的感光層的響應(yīng)曲線。整個(gè)裝配線需放置于很大的暗室中。
"合適的軟、硬件工具選擇，加上ImagingLab的專業(yè)知識(shí)技能，使得方案得以在小于3個(gè)月內(nèi)完成了工程實(shí)現(xiàn)。"
介紹
中微子、機(jī)器人學(xué)及機(jī)器視覺(jué)有哪些共同點(diǎn)？回答這個(gè)問(wèn)題，我們首先要簡(jiǎn)單介紹 （Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus）試驗(yàn)。OPERA是用于長(zhǎng)基線中微子振動(dòng)搜索的大塊鉛/感光乳劑目標(biāo)。瑞士的CERN將中微子射出約700公里至意大利中部Gran Sasso山的INFN實(shí)驗(yàn)室，那里有一個(gè)巨大的模塊探測(cè)器。
探測(cè)器由62堵墻組成，每堵墻由3,328個(gè)單元塊，總共206,336塊，總重達(dá)1,800噸。每個(gè)單元塊由鉛層和照相感光層交替疊成，由富士公司特別開(kāi)發(fā)。（更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)）
在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)將被用到兩次：在自動(dòng)裝配單元塊時(shí)，一年中要持續(xù)每天制造1000個(gè)單元塊；以及對(duì)感光層的精確掃描，用于記錄中微子的衰減。本文將只討論/介紹單元塊裝配中成像方面的問(wèn)題。這里用到兩臺(tái)高分辨率CCD攝像頭，背后的一臺(tái)攝像頭用來(lái)對(duì)整個(gè)單元塊成像，前置攝像頭僅對(duì)小范圍攝像，約5對(duì)鉛/感光層。
前置攝像頭在一條垂直軸上移動(dòng)，其位置由檢測(cè)最后一層感光層的上沿動(dòng)態(tài)控制，這對(duì)于補(bǔ)償鉛/感光層的高度變化非常重要，因?yàn)檫@關(guān)系到每層的厚度公差、層與層之間的空氣殘留、以及單元塊的重量（整塊單元塊的重量約10 kg）。
圖像分析軟件用來(lái)完成一系列測(cè)量，如薄膜邊緣位置、堆層的對(duì)準(zhǔn)及垂直度、總裝配誤差等。位置數(shù)據(jù)反饋給機(jī)器人控制器（每一層板處于真空）。殘余誤差被記錄下來(lái)用于自動(dòng)補(bǔ)償中微子活動(dòng)多層板曝光分析的掃描序列。圖像軟件還包括一套校準(zhǔn)工具。
（所提供的圖片要能夠?qū)σ陨虾?jiǎn)述有足夠說(shuō)明作用）
硬件與軟件
系統(tǒng)采用了五個(gè)NI緊湊型視覺(jué)系統(tǒng)（NI Compact Vision Systems 1454）及10臺(tái)Allied Vision Technologies公司的火線接口CCD（Marlin 145B2, 1392 x 1040像素）。NIR照明為定制的，采用脈沖LED。垂直移動(dòng)平臺(tái)及光學(xué)級(jí)可調(diào)攝像頭載體均由德國(guó)MICOS公司提供。鏡面、濾光鏡及其它光學(xué)器件直接采用Edmund Scientifics公司產(chǎn)品。
軟件開(kāi)發(fā)基于美國(guó)國(guó)家儀器公司的NI LabVIEW及NI IMAQ VISION庫(kù)。前期測(cè)試采用Vision Assistant及Vision Builder for Automated Inspection軟件來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)。
區(qū)別
中微子活動(dòng)是偶發(fā)事件。感光層未對(duì)準(zhǔn)的單元塊不能重建活動(dòng)的軌跡。（相比于整條裝配線的成本）較低成本的成像系統(tǒng)已為該問(wèn)題提供了合適的解決方案。早期版本的視覺(jué)系統(tǒng)已成功用于驗(yàn)證初期機(jī)器人裝配的測(cè)試。
作者/公司
Ignazio Piacentini，現(xiàn)年50出頭，曾擔(dān)任美國(guó)國(guó)家儀器成像及運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品的歐洲商業(yè)開(kāi)發(fā)經(jīng)理至2003年。2004年，他創(chuàng)建了ImagingLab Srl。他曾任Graftek咨詢公司咨詢師、意大利Graftek公司工程部主任。Ignazio Piacentini擁有核工程學(xué)士學(xué)位（意大利米蘭大學(xué)，1975）及數(shù)字系統(tǒng)及儀器專業(yè)碩士學(xué)位（英國(guó)中央倫敦理工大學(xué)，1987）。他多年從事熱核反應(yīng)研究中的控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
ImagingLab Srl以咨詢及建模為使命。公司擁有豐富的機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域高端技術(shù)，覆蓋各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，從半導(dǎo)體及微電子制造到汽車(chē)行業(yè)。ImagingLab重點(diǎn)研究機(jī)器人的機(jī)載視覺(jué)，該技術(shù)與機(jī)器視覺(jué)結(jié)合，提供可靠、靈活的自動(dòng)化制造及測(cè)試解決方案。公司位于意大利Lodi 的15th中央大樓（）。
鳴謝作者希望感謝CERN的Salvatore Buontempo，Tecno-Cut公司的同事（該公司設(shè)計(jì)、建造了裝配線）及ImagingLab的同事。
（轉(zhuǎn)載）
