应用In-Sight 8405智能相机实现3D空间的定位抓取

宁波海天集团股份有限公司(以下简称海天集团)是中国目前最大的注塑机生产基地。海天集团年产注塑机3万余台，其中很多零部件都是公司内部加工，加工的自动化、高柔性成为海天集团实现工业4.0的重要一环。

海天集团十一分厂主要完成连杆的机加工工作，“塑机种类繁多，本项目中的两台机床加工的连杆规格有五十余种，寻找一个全部通用的上料机构非常困难，绝无可能。”海天集团的生产工程师指出，“为了实现快速换型加工，机器人如何自动上料是个难点，在这个问题上公司花费了大量的人力、物力和财力，但是结果却事倍功半。”

2012年，康耐视在苏州举行了一次产品推介会，海天集团的生产工程师正好参会，了解到康耐视是全球视觉行业的领先者。

“后来正好有这个项目需求，自然就想到了康耐视，他们向我们推荐了一直以来有合作的金测公司。”海天集团的生产工程师介绍说，“金测公司专门为该项目做了大量的测试和调研，最终确定使用康耐视强大的高精度定位算法PatMax视觉工具帮我们解决棘手难题。”

“因为连杆规格很多，康耐视直接带来相机对不同款的产品，进行了很多实际测试，直接将结果体现出来，最后发现效果很好。”海天集团的生产工程师指出，“我们同时也找了其他机器视觉公司进行测试比较，他们也采用了几何图案匹配的概念。但是诠释概念的方式各有不同，所以最终的性能特点差别很大，不能很好的适应海天集团的工况。”

最终，在综合考量相机的处理量、准确度、速度和图案对准等各方面的指标，海天集团选用了康耐视In-Sight 8405系列智能相机，其特有的PatMax成为这个自动化项目中的关键利器。

使用图案匹配技术是决定机器视觉产品应用成功与否的关键。在线检测时，需要在相机的视野范围内搜索模板图案即图案匹配。图案匹配有时会非常困难，因为有许多的因素会影响物体在视觉系统中的显示方式。

传统的图案匹配技术通常以正规化相关性的像素网格分析流程为基础。这种方法寻找某物体的灰度级别(或基准图像)与图像各部分之间的统计学相似性，然后确定物体的X/Y位置。这种方法尽管在某些情况下非常有效，但当生产线的外界环境经常有明暗、产品角度、尺寸和外形发生变化时，寻找物体的稳定性和准确性会受到限制。

为克服这些限制，康耐视推出了基于几何特征的图案匹配技术专利算法——PatMax。PatMax不受图案灰度变化的影响，根据像素网格的边界曲线获取物体的几何形状，然后在图像中寻找相似的形状，允许产品特征有角度和缩放的自由度。这样，不管物体角度、大小和形状如何变化都能准确地定位到产品特征。

PatMax®作为业界工件和特征定位的黄金标准，可在最棘手的条件下提供准确和可重复的检测。PatMax技术作为机器视觉中首项高准确度、高速度、高处理量的物体定位技术于 1997 年首次获得专利认证，是诸如PatMax SA、PatMax XLC、Synthetic PatMax、PatInspect®、PatFlex®、OCVMax™和 IDMax®等辅助工具的基础，涵盖业界使用范围最为广泛的图案匹配和检测。

康耐视 In-Sight 视觉系统具有卓越的工件检验、识别和引导功能。这种工业级独立的视觉系统包含有高级视觉工具库，具有高速图像采集和处理功能。

在海天集团的生产现场，In-Sight视觉系统结合机器人自动定位抓取实现自动上料，完美解决了生产难题，如下：1)大大小小50余种连杆的识别;2)2个托盘不同产品的识别和自动切换程序;3)相机将图像特征自动转换成机器人对应的坐标点;4)相机将定位的坐标传输给机器人，机器人进行自动定位抓取;5)最终实现50余款塑机连杆的自动定位识别抓取上料，实现了机床的高柔性，快速换型的需求。

在该项目中，机床连杆自动上下料总共分为个6个步骤：1)视觉识别引导机器人定位抓取进行拆垛;2)液压工装自动夹持;3)连杆孔位加工后自动在线检测;4)机器人下料进行激光打码;5)机器人进行下料码垛;6)左右两台机床加工不同的零件，机器人自动更换夹爪后，康耐视智能视觉系统自动切换模板进行另一型号连杆上下料。这样，机器人根据相机拍摄的产品特征(孔径大小)自动识别层数，自动进行逐层的定位识别抓取，大大降低了成本。

“我们采用了PatMax利用高级几何图案匹配技术定位工件，既可靠又准确。即使在最为极端的条件下，比如工件上有铁屑、油污、铁锈等，康耐视也能准确稳定的找出工件，”海天集团的生产工程师评价说，“这个工具也能大大减少或消除固定要求和成本，原本如此多规格的产品定位机构是无法实现的，或者需要很多套复杂的机械结构来实现。对于定位零件或特征来说，PatMax是视觉系统中视觉检测处理量最大和最为可靠的工具。”

“整个系统实现了视觉引导机器人自动抓取上下料，注塑机零件实现智能智造，大大减轻了工人的劳动强度，增加了机床效率，以后所有机加工要大规模推广应用此项技术。”海天集团的生产负责人最后强调，“很多客户来海天集团参观考察后，对海天集团的实力有了进一步的深刻了解，相信我们凭借‘注塑机+整厂规划+信息化集成+周边辅助集成+自动化集成’的强大利器，就能全方位实现从‘只能’注塑到‘智能’注塑的转变。”

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现场总布局图

双工位上下料区(两堆料不一样，托盘前半部分毛坯区，后半部分成品区)

视觉安装位