DB32∕T 4047-2021 工业机器人用视觉模块通用技术条件.pdf
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1、 ICS 25.040.30 CCS J 28 DB32 江苏省地方标准 DB 32/T 40472021 工业机器人用视觉模块通用技术条件 General specification of the vision model in the industrial robot 2021 - 06 - 03 发布 2021 - 07 - 03 实施 江苏省市场监督管理局 发 布 DB 32/T 4047-2021 I 前 言 本标准按照GB/T1.1一2020给出的规则起草。 本标准由江苏省机器人与机器人装备标准化技术委员会提出并归口。 本标准主要起草单位:常州威航信息科技有限公司、常州检验检测标准
2、认证研究院、苏州视晓智能科技有限公司、柯泰光芯(常州)测试技术有限公司、常州工程职业技术学院、江苏集萃智能制造技术研究所有限公司。 本标准主要起草人:蒋威、赵长金、葛斌、刘文、黄浩艳、祝骅、周骏、卢钰、张华东、王直荣、王振。 DB 32/T 4047-2021 1 工业机器人用视觉模块通用技术条件 1 范围 本标准规定了工业机器人用视觉模块的术语、分类、组成、主要性能参数、技术要求、试验方法和检验规则、标志及包装、存储及运输等。 本标准适用于工业机器人端,用于从事视觉检测、测量等应用的工业机器人用视觉模块。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件, 仅
3、注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB 19517-2009 国家电气设备安全技术规范 GB 50169-2006 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 GB/T 20438.2-2017 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全 GB 11291.1-2011 工业环境用机器人 安全要求 GB 7000.1-2007 灯具一般要求与试验 GB 7000.7-2005 投光灯具安全要求 GB 2894-2008 安全标志及其使用导则 GB 2893-2008 安全色 GB/T 20867-2007 工业机器人-安全实施规范 G
4、B/T 15706-2012 机械安全 设计通则 风险评估与风险减小 JB/T 72331994 包装机械安全要求 GB 4208-2008 外壳防护等级 GB/T 4768-2008 防霉包装标准 ISO 12233-2000 Photography-Electronic still-picture cameras resolution measurements 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 工业机器人用视觉模块 在工业机器人系统中使用的视觉模块,其作用主要是采用工业相机、工业镜头、光源及相关软件算法实现机器视觉控制功能,以配合工业机器人实现某种视觉功能的模块。 3.
5、2 视觉传感器 视觉传感器是视觉模块的最主要单元, 它利用光学元器件进行视觉信号的捕捉和处理, 并输出数据的传感器,按照其微电子结构的不同,通常可以分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器。 3.3 CCD 图像传感器 CCD 是指电荷耦合器件,是一种用电荷量表示信号大小,用耦合方式传输信号的探测元件,具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点,并可做成集成度非常高的组合件。 DB 32/T 4047-2021 2 3.4 CMOS 图像传感器 CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器。CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器
6、、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。 3.5 视觉测量 从机器视觉概念和方法出发,将机器视觉应用于空间几何尺寸的精确测量和定位的一种方式。 3.6 视觉检测 视觉检测就是用机器视觉代替人眼来做测量和判断。 视觉检测是指通过视觉传感器将被摄取目标转换成图像信号, 传送给专用的图像处理系统, 根据像素分布和亮度、 颜色等信息, 转变成数字图像信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的机器人的动作。 4 视觉模块分类 4.1 1
7、D 线扫成像视觉模块 线扫成像视觉模块具有极高的线像素分辨率优势, 通常搭配扫描运动, 由软件算法处理融合成高分辨率二维图像。通常用于高精度或大视野的视觉检测领域。 4.2 2D 面阵成像视觉模块 面阵成像视觉模块是最常用的视觉成像模块,其可被分为彩色和灰度两种,输出二维图像信息,测量图像直观,通常用在面积、形状、尺寸、位置领域。 4.3 3D 多目成像视觉模块 多目成像视觉模块是多个面阵相机成特定距离或者特定角度, 分别拍摄图像, 再经软件算法融合而成的3D图像信息。通常用于获取被测物体的三维信息。 4.4 3D 深度成像视觉模块 深度成像视觉模块是通过近红外激光器, 将具有一定结构特征的光
8、线投射到被拍摄物体上, 再由专用红外摄像头进行采集,来获得物体的三维信息。 4.5 高光谱成像视觉模块 高光谱成像视觉模块是基于非常多窄波段的影像数据技术, 它将成像技术与光谱技术相结合, 探测目标的二维几何空间及一维光谱信息,获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。 5 系统组成 5.1 本标准定义的工业机器人用视觉模块基本组成如下(见图 1): a) 视觉单位; b) 控制单元; c) 人机接口模块; d) 机构单元。 DB 32/T 4047-2021 3 图1 工业机器人用视觉模块架构 视觉单元主要包括视觉传感器、光源系统、图像传输接口、图像处理算法、人机交互软件、设备通信接口和视觉
9、标定系统等。(见图 2) 图2 视觉模块组成单元 5.2 视觉组成单元 DB 32/T 4047-2021 4 5.2.1 视觉传感单元 视觉相机类别如上述4.1章节,除了上述相机类型,彩色和灰度相机的选择也是比较关键,其输出的图片分别是彩色和黑白。选型主要包括以下参数: a) 分辨率要求。 在工业机器人的应用中,根据所使用的环境和功能不同,对分辨率进行选用,工业面阵相机分辨率可选用 130 万、200 万、500 万、1200 万等;对于线阵相机而言,分辨率就是传感器水平方向上的像素数,可选用 1K、2K、6K 等。通常情况下,分辨率选择要求宜高于理论分辨率要求 10%。 a) 传感器尺寸要
10、求。传感器尺寸是以有效面积(宽 x 高)或以对角线大小(英寸)来表示,常用工业视觉传感单元尺寸有 1/3”,2/3”,1”等; b) 像元尺寸要求。像元尺寸表示每个像素的面积。同等应用条件下,宜选用较小像元尺寸相机,单位面积内的像素数量多,利于对细小缺陷的检测和增大检测视场; c) 像素深度要求。像素深度是指每个像素用多少比特位表示,同等价格条件下,宜选用像素深度大的相机, 表达图像细节的能力强, 这个像素的颜色值更加丰富、 分的更细, 颜色深度就更深。常用像素深度可选用 8 位、10 位、12 位和 16 位; d) 动态范围要求。动态范围是用来描述每个像素能够分辨出的灰度等级。它是饱和电压
11、(最大的输出电平)相机输出的噪声之比; e) 最大帧率要求。 最大帧率表示的是面阵工业相机每秒能够采集并输出的最大帧数, 宜选用大帧率相机,可捕捉快速移动物体; f) 曝光方式要求。工业相机可选用帧曝光(global shutter)和行曝光(rolling shutter)。 g) 采集模式要求。根据使用方式,采集模式可选用连续采集、外触发采集和软触发采集三种; h) 光谱响应特性要求。可根据被测物体的光谱特性选择对应光谱响应的相机。 5.2.2 工业镜头单元 镜头的选用主要包括以下参数: a) 焦距(Focal Length),记为 f。根据光学成像工作距离及视场要求大小,选用合适焦距的镜
12、头; b) 光圈系数(Iris),F=f/D。根据进光量度需求选用合适的光圈大小镜头; c) 接口,根据相机镜头接口连接方式选用镜头接口形式,一般推荐选用有 C/CS/F 等; d) 分辨率(Resolution),宜匹配像素分辨率使用,光学分辨率宜等于或略高于像素分辨率; e) 工作距离(Working distance,WD),根据镜头外延到被测物体的距离,根据机器人结构特性选用; f) 视野范围(Field of View, FOV),拍摄有效区域,与焦距、传感器尺寸配合计算; g) 后背焦(Flange distance),根据相机接口平面到芯片的距离选用。在线扫描镜头或者大面阵相机的
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