2D结合3D： 工業相机与3D机器视觉联合打造智能(néng)自动化工厂环境

2D结合3D：

工業相机与3D机器视觉联合打造智能(néng)自动化工厂环境 

运用(yòng)2D图像采集结合3D深度测量，赋能(néng)机器人為(wèi)终端客户创造更流畅的工厂生产線(xiàn)。

文(wén)/The Imaging Source

机器人在工厂自动化过程中不可(kě)或缺，如今，那些容易造成人工疲劳、单调重复的任務(wù)都交由机器人执行，这样不仅能(néng)大幅降低失误率，也能(néng)加倍提升工作效率。然而，大多(duō)数机器人应用(yòng)范围有(yǒu)限，只能(néng)按照既定的编程路線(xiàn)行动，如果中间遇到突发状况，便无法适用(yòng)预设轨迹，使得任務(wù)不得不中断。

机器视觉能(néng)帮助机器人突破限制，增加智能(néng)感知能(néng)力。一家智能(néng)机器人公司与The Imaging Source 映美精相机合作，在协助机器人中运用(yòng)2D结合3D视觉技术，帮助客户实现了很(hěn)多(duō)复杂应用(yòng)的自动化升级。

2D图像采集结合3D深度测量，创造更流畅的工厂生产線(xiàn)

对于日趋严格和高精度的自动化发展，2D面阵工业相机虽能(néng)捕捉到待测品的图像细节并进行瑕疵检测，但是对于涉及到深度、定位以及一些高精度测量的场合，2D相机仍然无法完全满足要求。

例如，当机器人手臂移动时，必须与邻近环境物(wù)件比对，定位本身位置，接着设定轨迹。2D图像无法正确感知机器人手臂与其他(tā)物(wù)件之间的空间关系，也就无法做出正确的移动决策。

相比之下，3D测量则能(néng)解决这个问题，排除定位障碍，取得物(wù)品的确切位置，进而建构出真实的环境图。而且，结合自主深度學(xué)习系统，还能(néng)训练机器人更精确地执行下一步动作。

根据需求，许多(duō)终端客户使用(yòng)激光線(xiàn)扫方式，通过激光的往返时间计算出物(wù)件的表面成像进行深度测量定位，呈现出線(xiàn)性数据；如果还需要更全面的瑕疵检测，则再另外使用(yòng)2D相机来进行多(duō)方检测。

不同的是，使用(yòng)面阵工业相机结合结构光形成的3D视觉系统，可(kě)以同时做到工业检测、定位以及精度测量。对于有(yǒu)多(duō)重需求的终端客户而言，2D+3D技术不失為(wèi)一种兼顾方案，能(néng)避免相机模式切换所带来的延迟。

2D相机与3D系统相结合

根据需求，机器人厂商(shāng)以The Imaging Source映美精相机DMK 33UX250為(wèi)载體(tǐ)，搭配镜头与结构光技术，利用(yòng)C++语言，开发出了一套3D视觉系统。其采用(yòng)GPU并行运算处理(lǐ)，进行高速且大量图像采集，再通过自主开发的智能(néng)系统，引导后端机器人手臂进行智能(néng)抓取及各项复杂任務(wù)。

图1：The Imaging Source USB 3.0相机与智能(néng)机器人公司合作，结合2D及3D视觉系统，创造更流畅的工厂生产線(xiàn)。（相机型号DMK 33UX250）

这款USB 3.0接口相机搭载Sony CMOS Pregius全局快门传感器，提供优越影像品质、高速性，即使在不理(lǐ)想的光源环境下，仍能(néng)提供出色的影像质量；其高效能(néng)的USB 3.0接口可(kě)实现高帧率，能(néng)轻松应对高速检测需求。在此次合作方案中，也因易于整合，方便进行二次开发，进而确保与3D视觉系统相结合，提供平稳且卓越的检测质量。

以下几个案例，展示了2D+3D视觉系统在工厂自动化检测领域的应用(yòng)。

案例1：制鞋涂胶项目

在制鞋涂胶应用(yòng)中，传统的制鞋过程，因鞋样多(duō)变，尺寸大小(xiǎo)差距大，难以实现全自动化，涂胶自动制程也易遇到瓶颈。

通过对鞋底拍照，快速获得三维点云数据，经过高效视觉算法处理(lǐ)，得到鞋底纹理(lǐ)、高度误差、曲度、弯度等精准数据，建构鞋底轮廓的三维图。图像借助自主研发的智能(néng)系统描绘出行进方向轨迹，进而引导机器人进行涂胶任務(wù)。

图2：将相机安装于鞋底生产線(xiàn)上方，获取鞋底图像信息并建构3D轮廓图，然后，引导产線(xiàn)后端机器人依据轨迹执行涂胶任務(wù)。

图3：鞋底检测图。

案例2：打磨技术

传统打磨过程倚赖庞大且复杂的编程解决轨迹设计问题。然而，程式化的编程难以如预期完成打磨任務(wù)，因為(wèi)每个工件一致性并没有(yǒu)那么好，而且工作站的标定也无法100%准确，这使得打磨过程仍然需要很(hěn)多(duō)调试，难度较高。

运用(yòng)3D相机可(kě)以针对打磨工件如家具、筆(bǐ)记本電(diàn)脑面板、风扇叶片等，计算出工件的坐(zuò)标并描绘出形貌，进行快速扫描建模，帮助系统在视觉重构的模型上生成路径，通过智能(néng)轨迹设计，实现自动按照设计路径进行打磨。

图4：将3D相机安装在智能(néng)机器人上方，通过结构光及相机直接捕捉工件图像，进行点云采集，并通过计算方式得出曲度及工件高低差，建模重构，并进行定位。（图片来源：Shutterstock）

案例3：汽車(chē)保险杠上下料

汽車(chē)保险杠装嵌于汽車(chē)头部与尾部，在車(chē)辆碰撞时可(kě)以起到吸能(néng)减损的功效。

汽車(chē)保险杠上下料自动化，能(néng)避免人為(wèi)因素产生的负面影响，提高生产效率。使用(yòng)2D+3D视觉技术，获得2D图像及3D点云图，进行缺陷检测，同时能(néng)定位，确保机器人能(néng)顺利抓取目标物(wù)，并上料至正确位置。

结语

2D面阵工业相机可(kě)塑性高，软件集成易，集成為(wèi)3D立體(tǐ)相机，性价比高，应用(yòng)更加广泛，能(néng)在工厂自动化中提高准确率和生产效率。2D+3D视觉系统正在加快产业的自动化普及，扩充市场应用(yòng)环境和模式，让机器发挥更多(duō)作用(yòng)。