CN111844036A - 一种多车型多品种汽车玻璃总成排序方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，通过具有3D机器视觉功能的排序系统识别玻璃的摆放位置，对料架上玻璃类型进行判断，并对所识别类型的玻璃进行拍照，获取所需的基本元素，其依据是利用激光三角测量法基本原理，获取3D位置数据后，根据补偿用坐标系的位移量作为补偿量的原则，得到现有零件与其理论位姿所存在的偏差，转化为机器人坐标系的偏移值，实现引导效果，完成抓取作业并进行搬运。

Description

一种多车型多品种汽车玻璃总成排序方法

技术领域

本发明涉及一种汽车玻璃总成的排序方法，具体涉及到一种适用于多车型多品种的汽车玻璃总成的排序方法，属于汽车数字化技术领域。

背景技术

通常，汽车玻璃总成都以某零件号形式定量（包装数量18-30片不等）存放在料箱中（卡槽间距相等），料箱上显目位置贴有零件二维码；由库位上线时，一般通过人工方法上料或由机器人操作。机器人抓取时，扫码器获取二维码信息，并由超声波传感器测量玻璃处于箱内位置（抓取径向距离）进行操作，其抓取过程在不考虑精度时，定位性较差，还存在各类报警。而目前的个性化定制面向SV61、SV71、SK81、SV91等各类车型，玻璃总成（零件）物料品种繁多，无疑将占用大量的物料箱与生产线边场地空间。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，应用3D视觉引导技术，解决多车型、多品种型号玻璃的识别，完成物料箱中玻璃总成的精确抓取，实现定位放置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，通过具有3D机器视觉功能的排序系统识别玻璃的摆放位置，对料架上玻璃类型进行判断，并对所识别类型的玻璃进行拍照，获取所需的基本元素，其依据是利用激光三角测量法基本原理，获取3D位置数据后，根据补偿用坐标系的位移量作为补偿量的原则，得到现有零件与其理论位姿所存在的偏差，转化为机器人坐标系的偏移值，实现引导效果，完成抓取作业并进行搬运；所述排序系统由机器人及其控制系统、电气控制系统、3DL视觉系统及放置料架的库位组成，包括如下步骤：

步骤1、工作前，系统置于自动状态，机器人处在HOME位，通过固定式读码器检测并确认料架在位后，在HMI屏幕上输入相应动作工艺，系统运行启动后，PLC向机器人发送抓取件的库位号和玻璃位置号；

步骤2、通过3DL视觉系统对置放玻璃总成的料架进行拍照定位，并计算偏移量a；

步骤3、跟据HMI上显示输入的抓取件号和置放件号，机器人借助安装在机器人抓手上的超声波传感器对置放件位置进行检测；若置放件位为空，则程序继续执行，若当前位置有零件或检测过程中有阻碍，则机器人进行报警处理；

步骤4、当步骤3中的超声波检测出置放件的位置为空时，即表示检测成功，机器人移动至第一安全位置，并请求PLC发出抓件的玻璃位置号；

步骤5、通过3DL视觉系统对抓件位的料架进行拍照定位，并计算偏移量b；

步骤6、对抓件工位上抓件位的玻璃号识别判断，在建立工艺示教程序之前，对各玻璃总成件进行分析，主要是利用玻璃总成件的带弧度棱角、微垫块、密封带、雷达线路、支架、产品标识等，进行区分，并确保所选择特征点在位置空间上也无重复情形。），拍照三次。只要有一种成功拍照，则玻璃类型或玻璃号确定；所述玻璃类型和玻璃号有对应关系，前挡为1号，后挡为2号，侧窗为3号；

步骤7、根据玻璃类型或玻璃号对玻璃进行拍照定位，拍照时取样两个或三个特征点，取样原则是：两个特征点能够解决识别的，就不需要设置三个特征点；机器人则根据3DL视觉系统给出的偏移量自动调整抓手位置，继而抓取玻璃；

步骤8、玻璃抓取完成后，机器人移动到第二安全位置，并请求PLC发出放件玻璃位置号；

步骤9、机器人根据放件位料架拍照的偏移量b调整姿态，对玻璃进行正确定位放置；

步骤10、完成放件后，机器人返回HOME位。

进一步的，所述3DL视觉系统由3DL视觉传感器激光介质为半导体激光，其波长为650nm； 所述iRVision 3DL系统由3DL视觉传感器、相机电缆、辅助照明以及机器人控制器等组成；iRVision 3DL利用安装在机器人抓手上的3DL相机，通过固定坐标系偏移方式，实现玻璃的位姿补偿；所述3DL相机的分辨率640*480；镜头焦距为12mm。

进一步的，所述电气及控制系统由PLC、HMI、电磁阀岛及总线模块CTEU-EP、现场I/O模块、3DL视觉传感器、关节型机器人等各类智能装备所组成，其系统核心为安全PLC；采用基于EtherNet/IP以太网的Rockwell PLC控制系统架构，通过PLC控制系统完成数据的传递处理及实现整个系统控制；HMI控制箱有急停、安全光栅、安全门等安全信号接入，通过HMI屏和箱体上的按钮控制机器人等系统的运行，全过程指示系统运行状态。

进一步的，所述料架与玻璃特征点选取，选择具有代表性的特征，所述特征至少包括料架与玻璃的棱、边界、字符，作为视觉识别的基本元素。特征点处在3D相机的视野范围和测量范围内。通过固定于机器人抓手上的相机移动，分别检测料架、玻璃总成的所设定的相应特征部位。

进一步的，通过示教器或人机界面上位机进入iRVision(R)系统的示教界面，在人机交互环境，利用工具包或功能性指令进行采集、测试与设置进行点阵板坐标系设定、3DL相机标定、补偿用用户坐标系的确立、创建和示教视觉程序，建立和示教机器人TP程序。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，利用iRVision功能，3DL视觉传感器对料架上玻璃类型进行判断，并对所识别类型的玻璃进行拍照，获取所需的基本元素后，根据算法得到现有零件与其理论位姿所存在的偏差，转化为机器人坐标系的偏移值，实现引导效果，完成抓取作业。本发明能够最大满足小批量、多品种要求，考虑使用各类车身玻璃总成“共箱”摆放，使得在取料时，尤其在定位精度方面，用于对箱玻璃识别、抓取与放置（至指定位置或输送线），并实现排序作业的柔性化。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明专利的目的是针对现有多品种车玻璃排序，提出来了一种现场判别、定位测量、精确摆放的方法，实现排序的柔性化的作业，以下为排序工作站集成发明方案：

1、机器人及控制系统

选用FANUCR-2000iC/210F机器人，最大运动半径2655mm，最大负载210kg，重复定位精度±0.2mm；控制装置为R-30iB；机器人末端执行器为自行设计的柔性化抓手（框架选用铝合金型材），负载>25 kg。

2、电气控制系统

控制系统采用基于EtherNet/IP以太网的Rockwell PLC控制系统。PLC控制系统完成数据的传递处理、整个系统控制。HMI控制箱有急停、安全光栅、安全门等安全信号接入，通过HMI屏和箱体上的按钮控制机器人等系统的运行，全过程指示系统运行状态。

3、iRVision 3DL 视觉系统

3DL视觉传感器激光介质为半导体激光，波长650nm；相机分辨率640*480；镜头焦距为12mm。iRVision 3DL系统由3DL视觉传感器、相机电缆、辅助照明以及机器人控制器等组成。iRVision 3DL利用安装在机器人抓手上的3DL相机，通过固定坐标系偏移方式，实现玻璃的位姿补偿。

4、库位

工作站设有两个放置料架的库位，库位支撑为铁质焊接而成。

5、安全栅栏

安全栅栏高2200mm，配置安全光栅、安全锁等，符合各类安全标准。

排序系统带有3D机器视觉功能，能识别玻璃存摆放位置，并将玻璃从一个库位搬运到另一个库位；库位、抓手（配置机器人管线包）及控制系统架构符合生产线上使用规范。系统采用人工玻璃上料至料箱（架）中，3DL相机安装在抓手上，操作机器人按照预先设定的轨迹带动相机对特征点进行扫描，识别料架（箱）中上各槽位置是否有玻璃，并判别玻璃的类型，完成过程抓取与放置，实现视觉引导功能。

以SV61右舵无移门商杰版推拉窗、SK81前风挡玻璃总成、SK81后风挡玻璃总成作为抓取零件（共箱，编号分别为1#、2#、3#），进行了动作过程设计，PLC与机器人程序流程如下：

1、工作前，系统置于自动状态，机器人处在HOME位，通过固定式读码器检测并确认料箱（架）在位后，从HMI屏幕上输入相应动作工艺。系统运行启动，PLC给机器人发送抓取件的STYLE号和DecCode号；

2、相机对置放玻璃总成的DOLLY进行拍照定位，计算偏移量；

3、根据HMI上显示输入的抓取件号和置放件号（PLC先发出置放件的DecCode），机器人借助超声波传感器对置放件位置进行检测。如果置放件位为空，则程序继续执行；如果当前位置有零件或检测过程中有阻碍，则机器人会立即报警；

4、当超声波检测成功，机器人会移动到安全位置1（由程序初始设定，类似于HOME位置），并请求PLC发出抓件的DecCode号；

5、相机对抓件位的DOLLY进行拍照定位，计算偏移量；

6、相机对抓件工位上抓件位的玻璃号识别判断（各取三个玻璃差异较大的特征点），拍照三次。只要有一种成功拍照，则玻璃类型（号）确定；

7、根据玻璃类型（号），相机对玻璃进行拍照定位（两个或三个特征点），机器人则根据3D相机给出的偏移量自动调整抓手位置，继而抓取玻璃；

8、玻璃抓取完成，机器人移动到安全位置2（程序初始设定），并请求PLC发出放件DecCode号；

9、机器人根据放件位DOLLY拍照的偏移量（第2项）调整姿态，对玻璃进行正确定位放置；

10、完成放件后，机器人回HOME。

本发明通过iRVision 3DL视觉，实现了视觉引导下的机器人柔性化玻璃排序作业，满足SV71/SK81/SV91多车型混线上线节拍。这种以以太网的形式组成的排序系统，具有如下创新点：

1、同一料箱存放N种玻璃总成，通过视觉识别进行抓取，国内未见有介绍。

2、由于采用了自动调整曝光时间与曝光次数，实现了多场景下的多品种型号、不同尺寸玻璃的抓取、存放与排序；玻璃可随意摆放，表面颜色、反光均不影响识别；3DL传感器检测区域可以随机器人工作范围变化，扫描点选择余地增大，也使得检测判断精度显著提升。

3、作业点及轨迹规划合理，确保了机器人柔性化抓放，避免了任何干涉。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，其特征在于：通过具有3D机器视觉功能的排序系统识别玻璃的摆放位置，对料架上玻璃类型进行判断，并对所识别类型的玻璃进行拍照，获取所需的基本元素，其依据是利用激光三角测量法基本原理，获取3D位置数据后，根据补偿用坐标系的位移量作为补偿量的原则，得到现有零件与其理论位姿所存在的偏差，转化为机器人坐标系的偏移值，实现引导效果，完成抓取作业并进行搬运；所述排序系统由机器人及其控制系统、电气控制系统、3DL视觉系统及放置料架的库位组成，包括如下步骤：

步骤1、工作前，系统置于自动状态，机器人处在HOME位，通过固定式读码器检测并确认料架在位后，在HMI屏幕上输入相应动作工艺，系统运行启动后，PLC向机器人发送抓取件的库位号和玻璃位置号；

步骤2、通过3DL视觉系统对置放玻璃总成的料架进行拍照定位，并计算偏移量a；

步骤3、跟据HMI屏幕上显示输入的抓取件号和置放件号，机器人借助安装在机器人抓手上的超声波传感器对置放件位置进行检测；若置放件位为空，则程序继续执行，若当前位置有零件或检测过程中有阻碍，则机器人进行报警处理；

步骤4、当步骤3中的超声波检测出置放件的位置为空时，即表示检测成功，机器人移动至第一安全位置，并请求PLC发出抓件的玻璃位置号；

步骤5、通过3DL视觉系统对抓件位的料架进行拍照定位，并计算偏移量b；

步骤6、对抓件工位上抓件位的玻璃号识别判断，在建立工艺示教程序之前，对各玻璃总成件进行分析，利用玻璃总成件的带弧度棱角、微垫块、密封带、雷达线路、支架、产品标识进行区分，并确保所选择特征点在位置空间上也无重复情形，进行三次拍照；若有一次成功拍照，则玻璃类型或玻璃号确定；所述玻璃类型和玻璃号有对应关系，前挡为1号，后挡为2号，侧窗为3号；

步骤7、根据玻璃类型或玻璃号对玻璃进行拍照定位，拍照时取样两个或三个特征点，取样原则是：若两个特征点能够解决识别的，则不需要设置三个特征点；机器人则根据3DL视觉系统给出的偏移量自动调整抓手位置，继而抓取玻璃；

步骤8、玻璃抓取完成后，机器人移动到第二安全位置，并请求PLC发出放件玻璃位置号；

步骤9、机器人根据放件位料架拍照的偏移量b调整姿态，对玻璃进行正确定位放置；

步骤10、完成放件后，机器人返回HOME位。

2.根据权利要求1所述的多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，其特征在于：所述3DL视觉系统由3DL视觉传感器激光介质为半导体激光，其波长为650nm；所述iRVision 3DL系统由3DL视觉传感器、相机电缆、辅助照明以及机器人控制器组成；iRVision 3DL利用安装在机器人抓手上的3DL相机，通过固定坐标系偏移方式，实现玻璃的位姿补偿；所述3DL相机的分辨率640*480；镜头焦距为12mm。

3.根据权利要求1所述的多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，其特征在于：所述电气及控制系统由PLC、HMI、电磁阀岛及总线模块CTEU-EP、现场 I/O模块、3DL视觉传感器、关节型机器人各类智能装备所组成，其系统核心为PLC；采用基于EtherNet/IP以太网的Rockwell PLC控制系统架构，通过PLC控制系统完成数据的传递处理及实现整个系统控制；HMI控制箱有急停、安全光栅、安全门等安全信号接入，通过HMI屏幕和箱体上的按钮控制机器人系统的运行，全过程指示系统运行状态。

4.根据权利要求1所述的多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，其特征在于：所述料架与玻璃特征点选取，选择具有代表性的特征，所述特征至少包括料架与玻璃的棱、边界、字符，作为视觉识别的基本元素，特征点处在3D相机的视野范围和测量范围内；通过固定于机器人抓手上的相机移动，分别检测料架、玻璃总成的所设定的相应特征部位。

5.根据权利要求1所述的多车型多品种汽车玻璃总成排序方法，其特征在于：通过示教器或人机界面上位机进入iRVision系统的示教界面，在人机交互环境，利用工具包或功能性指令进行采集、测试与设置进行点阵板坐标系设定、3DL相机标定、补偿用用户坐标系的确立、创建和示教视觉程序，建立和示教机器人TP程序。

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