픽 앤 플레이스 로봇 비전 가이드: 비전 없음 vs 2D 비전 vs 3D 비전

A 픽 앤 플레이스 로봇기계적으로나 다른 감지 방법을 통해 제어할 수 없는 제품 변형을 식별하거나 보상해야 하는 경우에만 머신 비전이 필요합니다.

두 가지 다른 응용 프로그램.

따라서 로봇 비전의 목적은 자동화 시스템을 더욱 정교하게 만드는 것이 아닙니다. 그 목적은 신뢰할 수 있는 선택을 방해하는 불확실성을 제거하는 것입니다.

비전 없음, 2D 비전 및 3D 비전을 비교하기 전에 애플리케이션 자체를 평가하십시오.

여러 변수가 특히 중요합니다.

A 비전이 없는-선택 및 배치 시스템제품이 이미 알려져 있고 반복 가능한 위치에 있을 때 가장 적합한 솔루션이 될 수 있습니다.

일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

고정된 고정물에 위치한 부품;

정확하게 배치된 트레이에 구성 요소가 표시됩니다.

통제된 인덱싱 위치에 정지된 제품;

고정된 기계 사이의 반복적인 전송;

기계적 가이드가 제품 위치를 결정하는 애플리케이션.

이러한 상황에서 기계 시스템은 이미 대부분의 불확실성을 제거했습니다. 로봇은 매 사이클마다 새로운 자세를 계산하지 않고도 사전 정의되거나 학습된 선택 좌표로 이동할 수 있는 경우가 많습니다.

이 접근 방식에는 몇 가지 잠재적인 이점이 있습니다. 하드웨어 요구 사항을 줄이고, 프로그래밍 및 보정을 단순화하고, 시운전 시간을 단축하고, 불필요한 이미지-처리 단계를 제거할 수 있습니다. 더 많은 기술이 더 나은 자동화 셀을 자동으로 생성하지는 않습니다. 기계적 위치 지정이 이미 반복성이 높은 경우 비전 시스템을 추가하면 의미 있는 생산 문제를 해결하지 못한 채 복잡성이 발생할 수 있습니다.

​​​​​​​비전이 없다고 해서 감각이 없다는 의미는 아닙니다.

머신 비전이 없는 로봇 셀에는 여전히 센서가 필요할 수 있습니다.

일반적인 예로는 광전 감지 센서, 근접 스위치, 고정 장치 확인 센서, 진공 압력 스위치, 부품 존재 센서, 안전 센서 등이 있습니다.

이러한 장치는 제품이 사용 가능한지 또는 고정 장치가 올바르게 배치되었는지와 같은 질문에 답합니다. 주요 차이점은 일반적으로 이미지에서 새로운 선택 포즈를 계산하지 않는다는 것입니다.

유용한 결정 질문은 다음과 같습니다.로봇은 각 사이클마다 다른 제품 위치나 방향을 계산해야 합니까? 대답이 '아니오'라면 고정된-좌표 접근 방식으로 충분할 수 있습니다.

비전이 위험해지지 않을 때

노-시각 시스템은 제품 표시가 흔들리기 시작하면 적합하지 않게 됩니다.

잠재적인 문제로는 일관되지 않은 고정 장치 로딩, 누적된 컨베이어 위치 오류, 다양한 포장, 제품 방향 변경, 불안정한 기계적 정지, 빈번한 형식 변경 등이 있습니다.

이러한 변화가 허용되는 피킹 공차를 초과하는 경우 프로세스에 향상된 기계적 제어, 추가 감지 또는 머신 비전이 필요할 수 있습니다.

2D 비전은 제품의 높이가 상대적으로 안정적으로 유지되는 동안 제품이 주로 알려진 평면을 가로질러 이동할 때 일반적으로 사용됩니다.

일반적인 예는 다음과 같습니다.

평평한 컨베이어 위의 개별 제품;

다양한 X-Y 위치를 가진 구성요소

평평한 표면에서 회전하는 제품;

단일-레이어 트레이에 부품이 분산되어 있습니다.

시각적 식별 또는 특징 감지가 필요한 애플리케이션.

2D 카메라는 일반적으로 구별 가능한 시각적 특징이 있는 경우 X 위치, Y 위치, 평면 내 회전, 눈에 보이는 모양 또는 특징 정보, 제품 ID와 같은 정보를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

예를 들어, 컨베이어를 타고 이동하는 제품은 불규칙한 간격과 다른 방향으로 도착할 수 있습니다. 하나의 고정된 선택 좌표에 의존하는 대신 2D 비전 시스템은 각 제품의 위치를 ​​찾아 업데이트된 위치를 로봇에 제공할 수 있습니다. 컨베이어가 계속 움직이는 경우 로봇 제어 시스템에는 제품이 이동하는 동안 계산된 픽업 위치가 유효하게 유지되도록 컨베이어 추적 및 인코더 동기화가 필요할 수도 있습니다.

2D 비전이 종종 실용적인 중간 지점인 이유

본질적으로 평면형 애플리케이션의 경우 2D 비전은 불필요한 깊이 측정을 도입하지 않고도 필요한 유연성을 제공할 수 있습니다.

더 복잡한 3D 애플리케이션과 비교할 때 감지 문제에는 일반적으로 더 적은 변수가 포함됩니다.

이를 통해 카메라 설정, 이미지 처리, 교정, 로봇 통합, 문제 해결을 단순화할 수 있습니다.

그러나 이러한 장점은 충분히 평면을 유지하는 애플리케이션에 따라 달라집니다.

2D 비전의 한계

기존의 2D 이미지는 전체 깊이 정보를 직접 제공하지 않습니다.

다음과 같은 경우 문제가 발생할 수 있습니다.

제품의 높이가 상당히 다릅니다.

물체가 쌓여 있습니다.

그립 표면이 기울어질 수 있습니다.

높이는 필요한 선택 위치에 영향을 미칩니다.

겹치는 제품은 공간적으로 분리되어야 합니다.

로봇에는 완전한 3D 포즈가 필요합니다.

조명은 또 다른 중요한 요소입니다. 낮은 대비, 그림자, 눈부심 또는 일관되지 않은 조명으로 인해 간단한 2D 감지가 불안정해질 수 있습니다. 반사 및 투명 제품에는 세심한 조명과 광학 설계가 필요할 수 있습니다.

따라서 결정은 2D 비전이 항상 더 간단한 답이라는 가정보다는 실제 생산 환경의 형상과 가변성을 기반으로 이루어져야 합니다.

3D 비전은 깊이, 높이 또는 3차원 방향이 선택 문제의 일부일 때 유용합니다.

일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

무작위 빈 따기;

적층된 구성요소;

다양한 높이의 제품;

불규칙한 표면;

겹치는 객체;

무작위로 기울어진 구성요소;

3차원 객체 자세가 필요한-애플리케이션.

3D 감지는 이미지 평면 내에서만 물체를 찾는 대신 깊이와 표면 형상에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 감지 기술 및 애플리케이션에 따라 이 정보는 시스템이 물체의 3차원 자세를 추정하고 잠재적인 집기 표면을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.{2}}

무작위 빈 선택: 깊이가 중요한 이유

무작위 빈은 평면 감지와 3차원 감지의 차이를-특히 잘 보여줍니다.

여러 개의 금속 부품이 함께 쌓여 있다고 상상해 보십시오. 하나의 구성 요소가 2D 이미지 중앙 근처에 나타나는지 아는 것만으로는 충분하지 않을 수 있습니다.

또한 로봇은 구성 요소가 파일 위에 있는지, 높이가 어느 정도인지, 기울어져 있는지, 다른 구성 요소가 이를 덮고 있는지, 의도한 그립 표면에 접근할 수 있는지, 로봇이 주변 부품과 충돌하지 않고 접근할 수 있는지 여부를 판단해야 할 수도 있습니다. 이러한 질문에는 기본적인 X-Y 위치 정보 이상이 필요합니다.

3D Vision이 모든 선택 문제를 해결하지는 않습니다.

로봇 선택의 가장 중요한 설계 원칙 중 하나는 성공적인 물체 감지가 성공적인 물체 선택과 동일하지 않다는 것입니다. 3D 비전 시스템은 픽 앤 플레이스 로봇이 여전히 부품을 잡거나 추출할 수 없는 동안 구성 요소를 올바르게 식별할 수 있습니다.

가능한 원인으로는 심각한 폐색, 불량한 그립 형상, 불안정한 제품 더미, 접근할 수 없는 그립 표면, 충돌 위험, 반사 또는 투명 재료, 제품 간 간격 부족 등이 있습니다.

이러한 이유로 3D 비전은 그리퍼, 로봇 도달 범위, 충돌 전략, 제품 기하학 및 경로{1}}계획 방법과 함께 평가되어야 합니다. 모든 어려운 피킹 문제에 대한 독립적인 솔루션으로 취급되어서는 안 됩니다.

다음 표에는 주요 차이점이 요약되어 있습니다.

이 표는 엄격한 규칙이 아니라 출발점으로 취급되어야 합니다.

실제 응용 프로그램은 기술을 결합할 수 있습니다. 예를 들어, 시스템은 기계적 가이드를 사용하여 제품 변형을 줄이고, 위치 파악을 위한 2D 비전을 사용하고, 프로세스 확인을 위한 추가 센서를 사용할 수 있습니다. 목표는 가장 진보된 감지 시스템을 선택하는 것이 아닙니다. 프로세스에 중요한 불확실성을 일관되게 해결할 수 있는 가장 간단한 감지 아키텍처를 사용하는 것입니다.

비전 없음, 2D 비전, 3D 비전 중에서 선택하는 것은 자동화 설계의 일부일 뿐입니다. 다른 여러 요인도 안정성에 똑같이 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

관련된 질문은 시스템이 하나의 성공적인 선택을 할 수 있는지 여부가 아니라 예상되는 생산 조건 범위에서 필요한 성능을 유지할 수 있는지 여부입니다.

비전 아키텍처를 선택하기 전에 다음 질문에 답하십시오.

실제 선택 순서는 다음과 같습니다.

제품 프레젠테이션이 이미 반복 가능한 포지셔닝을 제공하는 경우 비전을 사용하지 마십시오.

예측 가능한 평면 전체에서 주요 불확실성이 발생할 때 2D 비전을 사용하십시오.

의미 있는 높이, 깊이, 기울기, 스택 또는 3차원-방향을 해결해야 하는 경우 3D 비전을 사용하세요.

그런 다음 파지력, 정확성, 주기 시간, 환경 및 생산 신뢰성을 기준으로 해당 선택을 검증합니다.

비전 없음, 2D 비전, 3D 비전 사이의 선택은 카메라의 정교함에서가 아니라 피킹 작업의 불확실성에서 시작되어야 합니다.

제품이 기계적으로 안정된 위치로 제한되어 있는 경우 사전 정의된 로봇 좌표만으로 충분할 수 있습니다. 평면에서 위치가 주로 변하는 경우 2D 비전은 제품을 찾고 방향을 지정하는 데 필요한 유연성을 제공할 수 있습니다. 로봇이 의미 있는 깊이, 높이, 기울기, 스태킹 또는 3차원-방향을 이해해야 한다면 3D 비전이 더 강력한 후보가 됩니다.

그러나 비전은 신뢰할 수 있는 픽 앤 플레이스 시스템의 한 부분일 뿐입니다. 제품 프레젠테이션, 그리퍼 설계, 보정, 조명, 사이클 시간, 정확성 및 실제 생산 변동성 모두 최종 결과에 영향을 미칩니다. 따라서 가장 효과적인 솔루션은 반드시 가장 발전된 비전 기술을 갖춘 솔루션이 아닙니다. 이는 필요한 모든 로봇이 반복 가능하고 실용적이며 신뢰할 수 있는 선택을 할 수 있도록 충분한 불확실성을 제거하는 것입니다.