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Epson運用機器視覺 完美打造輸送帶追蹤與飛拍方案

綜觀各個工廠環境,有部分相當惡劣,例如夾雜著高溫、噪音、粉塵排放等現象,倘若作業員長時間身處其中,難免對身體健康有所影響;即使生產環境並未如此不良,如果大量倚靠人工勞作,持續高重複性或高強度的工作,持平而論,整體的人工作業效率品質勢必有所影響。有鑑於此,許多工廠紛紛導入輸送帶系統,搭配機械手臂執行物料的取放,藉此減少人員在移置及卸貨時的負擔,進而大幅提高企業的生產效能。

儘管輸送帶系統及機械手臂的導入,已能為企業帶來立竿見影的效益,但不少企業主或管理者皆認為尚有精進空間,主要是因為,當物料隨著輸送帶移動至鄰近機械手臂之處,傳統上來說必須先讓物料停下,待其位置穩定,以利於機械手臂抓取,可想而知若是停頓的頻率過高,自然有折損生產效率之虞。

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台灣愛普生產業科技事業部機械手臂自動化營業部解決方案服務處經理陳子軒。

Epson完美打造輸送帶追蹤與飛拍解決方案。

考量及此,愈來愈多企業著手佈建輸送帶追蹤解決方案,一種做法是利用感測器偵測接近的品項,雖然建置成本較低,但由於缺乏角度與上下位置的偵測,故不太適用對於精度要求稍高的產品包裝檢測作業;另一種做法則以機器視覺為主軸,透過工業相機搭配適當的鏡頭配置,取代前述的感測器,藉以偵測移動中的物料或工件,且可一併辦識物品的角度與上下位置,經由這般模式,便可顯著提升機械手臂工作的準確度。

但不可諱言,諸如精密組裝、或高精度分料等作業,對於精度的要求極高,誤差值必須小於0.5毫米(mm)甚至更低,單憑以機器視覺進行輸送帶追蹤的模式,勢必無法滿足需求。著眼於許多企業在輸送帶應用上遭逢各種瓶頸,全球工業應用機器人與機械手臂領導廠商愛普生(Epson),特別發展出「輸送帶追蹤與即時飛拍模組」,確使Epson機械手臂能夠執行更精準的撿取作業。

利用輸送帶追蹤,促使包裝分料效能激增

台灣愛普生產業科技事業部機械手臂自動化營業部解決方案服務處經理陳子軒指出,若以輸送帶追蹤而論,綜觀Epson解決方案的內容,特色之一即是多了編碼器。他形容編碼器像是一個滾輪,會隨著輸送帶的移動而旋轉,因此當用戶做完系統校正,明確掌握編碼器轉動一圈的周長,則在作業過程中,便可透過編碼器實際轉動的圈數,幫助機械手臂控制器準確判斷來料的距離還有多遠。

除此之外,再搭配機器視覺辦識物品的形狀、顏色、角度、上下位置,在一般情況下,即可望讓Epson機械手臂展現正負1毫米的抓取精度,對於類似像產品包裝、前端物件分料等作業,這樣的精度水準已綽綽有餘。但若機械手臂的軸數較多、產品體積過大、相機的規格稍差、輸送帶速度過快、視野(FoV)設定不佳、相機拍攝受到光源影響(可能造成物件的邊緣過曝),甚至是一開始的對位校正就做得不好,種種因素都可能減低辨識的準確度,出現低於正負1.5毫米等狀態。

陳子軒歸納,總體來看,企業藉助輸送帶追蹤解決方案,要想達到兩支機械手臂跨不同輸送帶執行分料,根據物件的形狀歧異、置放於不同的位置,或是由機械手臂累積抓取多個物件後再一次放置,各種應用情境,理當都可輕鬆加以滿足。

搭配飛拍或定拍,實現小於0.1毫米優異精度

假使用戶一方面需要進行輸送帶追蹤,但另一方面又無法滿足於正負1毫米的抓取精度,Epson所提出的解決方案,便是建立另一組機器視覺、執行二次定位的輔助。

前面提及的第一組機器視覺屬於一般的上對下視覺系統,主要任務在於幫助機械手臂辨識前端的來源,偵測這些物件偏移的方向,或處在何種角度,而機械手臂控制器將依相關資訊,讓夾爪轉動至適當角度後,再進行抓取;反觀二次定位則完全相反,是下對上的視覺。

陳子軒解釋,針對物品取放之間的移動路徑,可考慮安裝另一組工業相機,而當物品輸送到指定位置時,先行停下接受相機執行下對上拍照,爾後即可經由計算,針對物件的實際位置及角度做第二次的補正,將抓取精度推升到趨近小於正負0.1毫米的完美境界,整段過程便是所謂的「定拍」。

但為了執行定拍,必須讓物品停下接受拍照,物品的停留時間大約1秒,加上拍照前隨輸送帶移動至指定位置的過程,難免會有降速效應,所以這部分可能耽擱1~2秒,雖然時間極短,但有些作業場景,並不容許這般停滯,為此Epson另外提出「飛拍」解決方案。

事實上,不論要做定拍或飛拍,都是透過同一套的相機在取放路徑之間來執行,差別在於背後的軟體程式有所不同。顧名思義,飛拍即是在物品移動間完成下對上拍照,其間並無停滯,所以飛拍模式下,必須額外搭配Trigger Cable與感測器,才能將物品位置告知機械手臂控制器,緊接著驅動相機進行瞬間拍照。

除此之外,定拍與飛拍最大差別,在於前者的拍攝與取像時間完全一致,後者則因在移動作業進行,導致拍攝瞬間與取道影像之間會有些微時間差,需藉由特定演算法功能執行補償計算,而Epson提供的飛拍程式即可用於執行此一關鍵任務,此程式係奠基於標準化的語法,便於用戶使用。

然而陳子軒提醒,定拍與飛拍的抉擇,乃是精度與速度的取捨,定拍雖有些許停滯時間,但正常情況下可望達到正負0.1毫米的優異精度,甚至有機會挑戰正負0.05毫米,至於飛拍,顯而易見的優勢便是消弭停滯時間、爭取更高的作業速度,但論及精度表現,會稍稍遜於定拍,因此兩者之間並無絕對的優劣關係,至於適當選擇哪一種方式,端看企業的實際作業需求而定。

他進一步說明,針對輸送帶追蹤與即時飛(定)拍應用環境的所需硬體元件,Epson可提供機械手臂、工業相機,Trigger Cable及脈衝產生套件(Pulse Generator kit),針對編碼器,乃至整個架構中可能需要用到的感測器、GigE影像擷取卡等等,則會提供建議的規格、型號。而在軟體部分,Epson的視覺 / 手臂編程統一開發平台無疑是最大亮點,使得用戶無需針對手臂與視覺分別學習不同的語言、採用不同的編程工具,此外也伴隨機械手臂提供視覺智能校正軟體,幫助用戶加速完成視覺校正、及視覺與手臂之間的對位校正。

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