木梁的自动3D识别和打印

外观一模一样

木梁的自动3D识别和打印

从体积和质量来看,木材是全球最重要的原材料。这种天然材料也是最古老的建筑材料之一,并且已变得越来越流行:木材比其他任何建筑材料都更加环保、有益健康和更具舒适感。例如,在过去十年中,木制房屋的市场份额已翻了一番,占德国所有房屋总量的15%。生产重点从建筑工地移至木工车间。自动化在车间中发挥着日益重要的作用,以尽可能节省成本和时间并适应未来发展。当前示例:位于德国的“Zentrum für Telematik e.V.”为德国Georg Schumann GmbH & Co. KG公司开发出一种自动标记木梁的机器人解决方案。

應用

Schumann公司通过锯木厂和相关的木材贸易提供全自动细木工服务。在那里,木梁被制成各种不同的形状,在过去全部都是以手工标记。这种情况下的标记包括根据客户(通常是木匠)的需求,对其木材清单中的木材进行数字标记。此外,该系统还可用于标记相关认证(如可持续性、原产地)或(根据质量、淀粉、干燥度和预期用途)分级等。为实现标记流程的自动化,该公司开发出一套系统,集成了工业机器人、3D相机和紧凑型喷墨打印系统。这一解决方案可自动确定可能打印的区域、选择打印位置以及字体的最佳对齐方式和大小。

为使木梁标记在成堆货盘中清晰可见,必须尽可能从木梁的正面进行打印。相机必须识别木梁的不同形状和位置:例如,在打印区域中每根木条具有不同的斜面、销钉或凹陷。此外,由于上游生产系统中的方差或公差,机器人前方的木梁位置永远都不会完全相同。这就需要用到图像处理系统。机器人可以借助该系统快速、稳妥和精确地检测每根木梁的相应位置和3D表面。

Ensenso N35相机用于捕获木梁的位置和几何形状。当木材位于打印位置时,机器人会自动放置装有转接环的相机,以便检测木梁的表面。如有必要,机器人会将相机置于木梁侧面的多个角度,以捕捉木梁不同侧面的图像。

软件会根据3D原始数据确定可能打印的区域(绿色) 并确定打印位置(蓝绿色)。
软件会根据3D原始数据确定可能打印的区域(绿色) 并确定打印位置(蓝绿色)。

相机会从不同的斜透视中以中等距离(~40-90 cm)捕捉木梁的顶部图像。该相机配备两个黑白CMOS传感器(全局快门,1280 x 1024像素)、GigE接口、用于触发和闪光的旋入式GPIO接口和一台投影仪。N35相机型号集成的Flex View投影技术特别适合对静态物体进行3D检测,工作距离长达3,000 mm。投影仪掩模在光束中的位置可以非常小的步进进行线性移动。

因此,场景对象表面上的投影纹理也会移动并形成附加信息来帮助构建图像。获取同一对象场景中具有不同纹理的多个图像会产生更多的图像点,从而提高分辨率。 除提高分辨率外,由于移动的图案结构将应用额外信息,数据在复杂表面上的稳健性也有所提升。因此,Ensenso N35相机可以满足客户的需求:高度精准地检测木材表面,且噪点极低。

ZfT开发的系统可转换已获取的原始数据,确定点云在机器人坐标系中的位置,并选取木材上可能适合打印的平面。此数据用于计算打印位置以及给定文本的最佳打印大小和对齐方式。然后,机器人将移动到相机系统确定的打印位置,并使用喷墨打印机精确执行实际打印。

ZfT研究助理弗洛里安·劳特(Florian Leutert)表示:“我们决定选择该相机,是因为它在采集体积方面拥有高测量精度和测量速度。”  “另外还考虑到N35小巧紧凑的体积和防尘/防潮的特点。” 防护等级对于锯木厂环境中的木材加工起着重要作用。Ensenso N35 3D相机的铝制外壳紧凑坚固,非常适合用于该项作业。这款相机防护等级达IP65 / 67,因此可防污、防尘、防溅水,在该项作业中还能防溅墨水。

软件会根据3D原始数据确定可能打印的区域(绿色) 并确定打印位置(蓝绿色)。
软件会根据3D原始数据确定可能打印的区域(绿色) 并确定打印位置(蓝绿色)。

展望

“目前在机器人技术领域,不仅越来越需要精准的自动化解决方案,还需要能够灵活应对不同工件和环境的自动化处理系统。”Florian Leutert对未来的需求提出了这一见解。这就要求具备高质量的相机,因为机器人系统要求工作区域的3D图像采集必须非常精准。如有可能,精度需达到亚毫米级别。IDS的Ensenso 3D立体相机完全可以满足这一需求。在3D视觉应用方面,这款相机不仅坚固耐用、易于操作,而且运行快速、测量精确。Ensenso 3D立体相机的零部件稳妥可靠、前景广阔,可顺利完成不同区域的自动3D图像采集。针对各种不同形状,均可打印出外观一模一样的木梁,并且不仅只适用于木工行业。

借助斜切面扫描由生产系统放置在机器人前的木梁。
借助斜切面扫描由生产系统放置在机器人前的木梁。

Ensenso N35 - 3D视觉相机,快速精准

  • 带GigE接口 - 功能丰富,灵活性高
  • 小巧坚固的铝制外壳
  • IP65/67
  • 全局快门式CMOS传感器和图案投影仪,可选蓝色或红外LED
  • 最大帧率(3D):10 (2x像素融合:30) 和64个视差等级
  • 最大帧率(离线处理):30 (2x像素融合:70)和64个视差等级
  • 设计工作距离最长3000毫米(N35)和可变图像场
  • 输出单个3D点云,数据来自多相机模式下使用的所有相机
  • 从多个视角实时构造3D点云
  • 集成的FlexView技术可提高点云的精度,并且在复杂的表面上也能确保3D数据的稳健性
  • 使用“投影纹理立体视觉”技术捕捉无纹理物体表面的图像
  • 捕捉静止和运动对象的图像