3D视觉系统在汽车行业中的应用

机器人移动相机扫描图像
视觉技术的快速发展以及越来越广泛的应用，开阔了用户的视野、扩展了用户的思路，为用户提供了更多、更有效的解决方案。相比于2D视觉技术，3D视觉的主要优势包括：可以提供z轴方向的信息；避免了2D视觉基于景深原理性的应用瓶颈；采用激光光源，屏蔽了周围环境光的影响。
机器视觉技术
机器视觉产生至今已有30余年历史，随着电子科技与芯片技术、图像处理和人工智能等技术的发展，机器视觉具有非接触、处理时间快、精度高、安全高效以及节省人力成本等特点，同时，机器视觉产品越来越丰富，产品功能越来越强大，得到了越来越广泛的应用，也被越来越多用户所接受。
除了成品检测外，机器视觉在产品质量管控以及自动化生产的各个环节，建立起越来越多成功的应用。在食品饮料安全生产中，机器视觉用来记录生产过程的序列号缺损程度、外观完好性等信息，帮助我们建立起可以追溯的质量管理体系；在医药的生产过程中，机器视觉用来检查泡罩中药片的完整性和完好性，也同时被应用在需要对药剂的液位高度进行管控的环节；在物流分拣系统中，机器视觉能够轻松地识别出外包装是否存在缺陷，对标签的位置和轮廓进行识别以帮助区分不同类型的物品等。
在自动化生产和质量监控的过程中，机器视觉可以把人从高度重复性的工作中解脱出来，快速可靠地执行检查与监控的任务，提升产品合格率。如今机器视觉正逐步替代一些传统的检测方式，不断为广大用户提供新的解决方式。
视觉技术从原理上可划分为2D和3D两种，目前在国内2D技术应用较为普通，尤其在华东、华南和京津等工厂自动化程度相对较高的地区。相对而言，3D视觉的起步、应用发展相对缓慢。本文将重点介绍德国SICK公司的3D视觉系统在国内汽车行业的应用。
SICK IVC-3D应用
如今，国内汽车厂发动机装配、生产线上，缸盖的上料主要依赖人工上料。采用3D视觉定位、机器人抓取缸盖实现自动上料的方式，越来越受到生产厂家的青睐，其优势主要体现在：生产线自动化程度高、提高了生产效率；安全可靠，有效避免人工伤害；降低生产成本。

SICK IVC-3D 200相机安装在机械手上，机器人移动相机扫描生成图像。SICK IVC-3D 200相机是德国SICK公司推出的一款特别适用于生产现场的机器视觉产品，其结构紧凑，集激光光源、相机、图像处理和以太网、RS485、I/O输出等于一体，能满足在产品有高低抖动、旋转的情况下实时地对目标进行定位、检查，专用于检查和测量物体的三维尺寸。利用IVC Studio软件平台，IVC-3D智能相机可以轻松解决测量高度、体积和剖面线等3D应用，为生产线提供了一种全新的、可靠的工业视觉解决方案。
SICK IVC-3D 200相机工作流程如下：
1.整体扫描
机械手抓取单件缸盖前先进行整体扫描（扫描范围覆盖4×2共8个缸盖），相机完成扫描获取图像后计算处理，将8个缸盖的位置坐标（粗定位）信息通过工业以太网发送给机器人。
2.单件扫描
机器人收到每个缸盖的坐标数据后，在设定好的控制程序下移动相机到指定位置进行单件产品的扫描（图2中绿色框表示相机扫描覆盖区域），相机将计算出的缸盖3维位置坐标（x、y、z轴坐标及缸盖分别与坐标系x、y、z轴的夹角α、β、γ）发送给机器人，机器人再根据该坐标数据调整机械手的抓取姿态位置，准确把缸盖抓取并送到生产线上。
SICK IVC-3D 200在运行模式下，每次完成图像扫描后，会把生产的3D图像更新显示出来，并可以把测量的数据显示在图像上，如图3所示。
SICK IVC-3D 200相机生产的图像中包含了x、y和z轴方向的信息，图像中灰度值越大的地方z轴方向值越大（图4左侧图像示），图4右侧所示图像为3D效果图。
SICK IVC-3D产品还可应用于刹车片的3D测量，有无凹坑、类型区分和高度测量等；应用于汽车零部件型号检测和定位（见图6），根据产品外形特征区分不同类型的产品，并输出产品的坐标信息给机器人用于定位、抓取等。
结语
视觉技术的快速发展以及越来越广泛的应用，开阔了用户的视野、扩展了用户的思路，为用户提供了更多、更有效的解决方案。相比于2D视觉技术，3D视觉的主要优势包括：可以提供z轴方向的信息；避免了2D视觉基于景深原理性的应用瓶颈；采用激光光源，屏蔽了周围环境光的影响。
SICK 3D技术的诸多成功应用案例，为我们提供了积极、有效的参考，对于3D视觉技术在国内汽车行业的应用推广无疑是个好的开始。