Z laserem w roli głównej

Z LASEREM W ROLI GŁÓWNEJ

Kamerom współpracującym z robotami często towarzyszą inne urządzenia. Na przykład w zadaniach, które wymagają dużej precyzji wykorzystywane są kamery ze skanerami laserowymi. Pozwalają one określić wysokość, objętość czy kształt detalu na podstawie złożenia profili, czyli kolejnych obrazów linii lasera, w trójwymiarowy obraz obiektu. Innym przykładem wykorzystania laserów jest użycie czujników składających się z diody laserowej emitującej impulsy świetlne w kierunku obserwowanego obiektu i elementu światłoczułego, który wykrywa światło odbite od powierzchni detalu.

Na podstawie czasu propagacji impulsu świetlnego między czujnikiem i obiektem wyznaczana jest dzieląca je odległość. Jako rozwiązanie znacznie tańsze czujniki tego typu zastępują czasem systemy kontroli wizyjnej. Przykładem ich wykorzystania jest linia składania tekturowych pudełek. Czujnik laserowy umieszczony w manipulatorze robota skanuje powierzchnię tektury z określoną rozdzielczością, dopóki nie zostanie zmierzona różnica wysokości większa niż ustalona wcześniej wartość. Po wykryciu takiego punktu oznaczającego krawędź pudełka robot przemieszcza się w to miejsce i chwytając tekturę, rozpoczyna składanie. Takie rozwiązanie jest prostsze i nie wymaga wdrożenia systemu wizyjnego wykorzystującego algorytm wykrywania krawędzi.

Case study: produkcja okularów wojskowych

Okulary ochronne wykorzystywane w wojsku powinny charakteryzować się wysoką jakością wykonania. Niedopuszczalne są w tym wypadku defekty, takie jak rysy, wgłębienia lub pęcherzyki o rozmiarach, które w przypadku okularów powszechnego użytku byłyby do przyjęcia. Dodatkowo w trakcie produkcji szkła są pokrywane specjalną powłoką zapobiegającą zarysowaniom w czasie użytkowania. Proces ten jednak często jest przyczyną uszkodzeń takich jak zastygnięte krople i zacieki. W związku z tym po zakończeniu obróbki soczewek należy przeprowadzić ostateczną kontrolę jakości ich powierzchni. Zazwyczaj jest ona wykonywana ręcznie, jednak ze względu na przeznaczenie produktu i normy jakościowe, jakie musi on spełniać, jeden z amerykańskich producentów soczewek dla armii zdecydował się w tym celu wykorzystać automatyczny system inspekcji defektów.

Stanowisko inspekcji wizyjnej soczewek

Gotowe szkła są umieszczane na wieszaku, który może pomieścić od 6 do 24 sztuk, w zależności od typu okularów. Następnie wieszak jest transportowany do stanowiska inspekcji, składającego się z robota i systemu wizyjnego. W celu identyfikacji typu soczewek, ich liczby oraz rozmieszczenia poszczególne wieszaki są odpowiednio znakowane, a następnie na stanowisku skanowane czytnikiem kodów kreskowych firmy Sick. Po zidentyfikowaniu zawartości wieszaka informacja ta jest przesyłana do sterownika robota, który przenosi kolejno każde szkło i umieszcza je w specjalnym chwytaku, tak by znalazło się w polu widzenia systemu inspekcji wizyjnej. Obraz 2D soczewki jest rejestrowany w kamerze linijkowej firmy Dalsa i następnie transmitowany do komputera.

Ze względu na to, że wykorzystywana jest kamera linijkowa oraz w związku z naturą defektów, które mają być wykryte, niezbędne było też użycie specjalnie zaprojektowanego oświetlacza do podświetlenia poszczególnych detali. W związku z różnorodnością możliwych uszkodzeń powierzchni szkieł oraz tym, że mogą one występować w różnych miejscach na wstępie w oprogramowaniu przetwarzającym zarejestrowany obraz należało zdefiniować obszary okularów, które powinny być rozróżniane oraz liczbę niedoskonałości, które są dopuszczalne w poszczególnych częściach szkieł. Chodziło o określenie kryteriów, według których np. rysa o danym rozmiarze zlokalizowana na obrzeżach soczewki nie będzie dyskwalifikowała całego produktu, natomiast taka sama rysa odkryta w centrum szkła zdecyduje o uznaniu soczewki za wadliwą.

Detekcję defektów oraz algorytm ich segregacji kontroluje operator, który defi- niuje rodzaje zarysowań oraz wartości progowe decydujące o klasyfikacji stopnia uszkodzeń. Po zakończeniu inspekcji wizyjnej, jeżeli soczewka spełnia kryteria jakościowe, chwytak układa ją na przenośniku. W przeciwnym wypadku chwytak obraca się i upuszcza soczewkę do specjalnego kosza. W tym samym czasie robot umieszcza kolejną soczewkę w drugim chwytaku, znajdującym się naprzeciwko pierwszego. Kontrola pojedynczej soczewki zajmuje średnio kilka sekund.

SIŁA POD KONTROLĄ

Sterowanie robotami przemysłowymi jedynie na podstawie informacji z systemu wizyjnego nieraz nie wystarczy. Kamera pozwala zlokalizować dany obiekt i ocenić go pod kątem np. kształtu, rozmiaru i ułożenia, jednak w momencie, gdy na podstawie tych informacji zostaje podjęta decyzja o akcji, np. podniesieniu obiektu, ważne, by w jej realizacji uczestniczyły też inne „zmysły”. Przez analogię do człowieka łatwo sobie wyobrazić, że gdy zamykamy dopływ wody w kranie, najpierw wykorzystujemy zmysł wzroku, a później zmysł dotyku, by nie zakręcić kurka zbyt mocno.

Podobnie w przypadku robotów ważna jest możliwość oceny sił, jakie manipulator i obiekt nawzajem na siebie wywierają. Jest to klucz do realizacji powtarzalnych oraz bezpiecznych operacji nie tylko w zakresie manipulowania detalami, ale również w ramach zrobotyzowanych stanowisk, np. szlifowania, polerowania, gratowania, itp. Dlatego roboty wyposaża się w umożliwiające kontrolę nacisku czujniki sił i momentów (force/torque, F/T), powstających w momencie interakcji robota z obiektem. Tego typu sterowanie robotami przemysłowymi będzie tematem drugiej części artykułu. Zostaną w nim opisane przykłady wykorzystania czujników F/T w obróbce metali oraz innych sensorów instalowanych np. w robotach spawających.

Monika Jaworowska