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视觉方案设计

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在实际部署之前,需要先设计视觉方案,结合项目的实际需求确定相机型号、工控机型号、相机的安装方式以及机器人通信方式等。良好的设计有助于快速完成3D视觉引导应用的部署。

在3D视觉引导应用设计阶段,需要完成:

相机及配件选型

Mech-Eye工业级3D相机是梅卡曼德自研的高性能工业级3D相机,精度高、速度快、抗环境光、成像质量高,可对各类材质物体生成高质量3D点云数据。梅卡曼德提供丰富相机型号,满足远/中/近不同距离下对于抗环境光、高精度、大视野、高速度、小体积的需求。

  1. 在实际项目中,请根据相机的工作距离、视野和精度要求选择合适型号的相机。

    要进行相机选型,你可以:

    1. 使用3D相机选型工具根据目标物体的大小筛选合适的型号。

    2. 若有多个型号满足要求,请根据相机特点与使用场景以及精度要求筛选最合适的型号。如需帮助,请联系梅卡曼德售前工程师或销售人员。

  2. 除了选择相机型号外,还需要根据实际项目需求选择可选配件,例如电源模块、相机网线和标定板。详细信息,请参考相机配件选型

选择相机安装方式

你可以根据相机与机器人的相对位置以及整体节拍的需要,确定相机安装方式。下表介绍了两种常见的相机安装方式。

安装方式

Eye to hand(ETH)

Eye in hand(EIH)

说明

相机安装于独立的相机支架上。

相机安装于机器人末端,随机器人一同运动。

示意图

eth

eih

特点

  • 此种安装方式拍照位置和角度固定,可以实现更大的视野范围。

  • 机器人在执行任务时不需要等待相机拍照,可以提高生产效率和节拍速度。

  • 此种安装方式相机拍照位置和角度更灵活。相机安装在机器人手臂上随机器人手臂精确移动和定位,使相机适应多个垛位的拍照;机器人可以通过抬高相机拍照位置来适应不同垛高的来料。

  • 机器人在执行任务时需要等待相机拍照,因此会占用整体循环节拍。

此外,为了扩大相机视野、提高重叠视野的点云质量,项目也可能安装多个相机,称为Eye to eye(ETE)安装方式。

ete

无论是采用何种相机安装方式,都需要通过相机安装支架来完成安装。关于相机安装支架的设计说明,请参考相机安装支架设计

工控机选型

梅卡曼德工控机提供了梅卡曼德软件所需的标准运行环境,可以将软件的功能和性能最优化。

请根据工控机的应用场景、技术参数和性能技术指标,选择工控机型号。各型号工控机的性能技术指标如下表所示。

技术指标 应用场景 Mech-Mind IPC STD Mech-Mind IPC ADV Mech-Mind IPC PRO

支持同时运行的Mech-Vision工程数量

标准接口/Adapter通信场景(无路径规划步骤)

≤5

≤5

≤5

标准接口/Adapter通信场景(带路径规划步骤)

≤5

≤5

≤5

主控通信场景(使用Mech-Viz软件)

≤5

≤5

≤5

3D视觉方案使用3D匹配技术

≤5

≤5

≤5

3D视觉方案使用3D匹配和2D深度学习技术

≤2

≤2

≤4

单个方案支持连接的相机数量

≤2

≤2

≤2

单个方案支持加载的深度学习模型数量

≤5(CPU)

≤5(GPU)

<8(GPU)

单个方案支持连接的机器人数量(主控通信)

1

1

1

单个方案支持开启的通信方式数量

1

1

1

单个方案支持同时连入的客户端数量(标准接口/Adapter通信)

≤4

≤4

≤4

如果你使用自有设备(笔记本或PC)作为工控机(以下简称“自有工控机”),请参考自有工控机设置确保自有工控机满足系统配置要求,并完成相应设置。

机器人及机器人法兰选型

机器人选型时,应考虑机器人负载、机器人可达性、通信方式等因素。详细请参考机器人选型

机器人法兰是指安装在机器人手臂末端的一个标准接口,用于连接各种工具或设备。在3D视觉引导应用中,为了方便将标定板安装在机器人末端,梅卡曼德提供如下规格型号的机器人法兰。请根据实际需求选择合适的法兰。

图片 型号 尺寸(mm)
robot flange small

机器人法兰小号(RF-S)

106 x 64 x 5

robot flange medium

机器人法兰中号(RF-M)

174 x 120 x 8

robot flange large

机器人法兰大号(RF-L)

296 x 240 x 8

选择机器人通信方式

接口通信通常适用于产线上的实际应用,提供更灵活的功能以及更快的抓取节拍。主控通信通常适用于项目的测试阶段,用于快速验证抓取效果。

如果选择使用接口通信方式,且需要使用Mech-Viz获取规划路径,需要获取Mech-Viz软件授权。

关于如何选择通信方式,请参见通信方式选择。更多关于通信方式的介绍,请参见通信概述

确定是否使用深度学习

请参考选择深度学习方案章节确定该视觉方案是否需要使用深度学习。

如果视觉方案需要使用深度学辅助识别,需要获取Mech-DLK软件授权。

当视觉识别过程中,3D匹配方法无法很好解决以下问题时,需考虑使用深度学习:

序号 传统方法劣势场景 图示

1

工件表面高度反光,点云质量较差。

problems with traditional method 1

2

工件点云上的几何特征较少,特征点云点数较少。

problems with traditional method 2

3

工件之间有序摆放,且紧密贴合时,不易识别出单个工件的点云,或者错误识别单个工件的点云。

problems with traditional method 3

4

工件特征仅存在于彩色图上,工件点云特征丢失。

problems with traditional method 4

5

项目对视觉节拍的要求较高。例如工件数量多时,点云模板匹配时间较长。通过深度学习先筛选一批工件,然后再进行匹配,可以缩短匹配所需时间。

problems with traditional method 5

确认项目精度要求

在设计视觉方案时,需要先确认项目的精度要求(例如±3mm),确定应用的精度预期和目标。通常情况下,抓取精度±3~5mm可以满足常见项目要求。

对于高精度(例如±1mm)场景,推荐部署视觉系统漂移自校正方案,不仅能减少相机温漂导致的精度误差,还能保证3D视觉系统的可靠性和运行稳定性。

+ 如果要部署视觉系统漂移自校正方案,需要购买梅卡曼德提供的标定球产品,并获取“视觉系统漂移自校正”功能授权。

确认软件许可形式以及所需产品和功能授权

梅卡曼德使用Sentinel LDK作为软件的许可系统。该许可系统支持软件授权装置、软件授权码两种加密形式。请联系梅卡曼德确认需要使用的授权形式。

为了确保视觉方案能够正常运行,获取的软件授权装置或软件授权码应包含相应的产品或功能授权。

产品/功能授权 说明

Mech-Vision 2.0+

必选产品授权。运行Mech-Vision 2.0+软件时,需获取该授权。

Mech-Viz 2.0+

可选产品授权。如果选择使用接口通信方式,且需要使用Mech-Viz获取规划路径,则需获取该授权。

Mech-DLK Standard/Pro-Train 2.6+

可选产品授权,支持两个版本。如果仅需要通过Mech-Vision软件进行深度学习推理,则需获取Mech-DLK Standard 2.6+授权;如果需要通过Mech-DLK软件训练深度学习模型,并通过Mech-Vision软件进行深度学习推理,则需获取Mech-DLK Pro-Train 2.6+授权。

+

视觉系统漂移自校正工具

可选功能授权。在高精度(例如±1mm)场景,且需要部署系统漂移自校正方案时,需获取该授权。

确定工作环境要求

在设计视觉方案时,确保各组件在适宜的环境条件下工作至关重要。这不仅影响系统的性能,还直接关系到硬件的使用寿命和可靠性。

在安装和使用视觉系统前,全面确认各视觉系统硬件对环境条件的具体要求,包括但不限于以下几个方面:

  • 环境温度

    确认硬件设备(主要是相机和工控机)的工作温度范围,确保其在环境温度范围内正常运行。必要时,可采用空调、加热器或隔热材料调节环境温度。

    关于相机的工作温度范围,请参考相机技术参数。关于工控机的工作温度范围,请参考工控机技术参数

  • 环境湿度

    确认硬件设备(主要是相机和工控机)的工作湿度范围。防止设备因高湿度引发结露、腐蚀或短路。

    关于相机的工作湿度范围,请参考相机技术参数。关于工控机的工作湿度范围,请参考工控机技术参数

  • 抗振

    根据《GB/T 39005-2020 工业机器人视觉集成系统通用技术要求》标准,视觉系统应能够在频率为5 ~55 Hz、振幅0.15 mm的振动条件下正常运行。

    梅卡曼德3D相机的振动耐性及冲击耐性符合该标准要求。有关相机振动耐性及冲击耐性的具体信息,请参考相机技术参数

    请确保视觉系统的工作环境振动强度不超过上述标准要求。如相机持续承受超出该范围的振动,可能导致其性能下降。严重超出该范围的振动可能导致相机损坏或生产线停工。对此类情况,梅卡曼德不承担任何责任。

  • 灰尘和污染物防护

    梅卡曼德相机具备较高的防护等级,能有效防止灰尘或颗粒物进入设备。

    为了保证成像质量,需要定期清洁相机机身和镜头

  • 电磁干扰

    确保设备安装位置远离强电磁干扰源(如大型电机、无线通信设备等),以避免丢帧、深度图缺失等数据采集异常问题。

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