激光视觉识别及其应用

    1 引言

    零件在自动化装配、运送或包装等过程中往往需要分类、检测或识别。目前工业界有许多分类、检测、识别系统，最有代表性的是用摄像机进行的机器人图象识别系统，但由于昂贵、笨重和数据处理复杂，不少厂家不敢问津，而且迄今已经实用化的这类视觉系统其大部分仅局限于二维形状的测量与识别。在许多实际应用中，需要分类、检测、识别的零件形状往往是三维的，识别对象也经常变化，而一些工厂往往需要几个、几十个甚至上百个这样的识别分类系统。因此研制一个简单、价廉和灵巧通用的零件三维视觉识别系统已成为工业界的实际需要。

    针对以上需要，我们在哈尔滨工业大学机械加工自动化实验室进行了利用激光对零件视觉识别的研究，先后研制了光点法视觉识别系统和片光法视觉识别系统。由于以激光作为视觉信息的载体，具有高灵敏度性、高精度性和高强度性，所以系统具有很好的抗干扰性和可靠性，而且结构简单、成本低、数据处理量少、速度快。光点法视觉识别系统已经通过鉴定，片状法视觉识别的实验性系统已经研究完成。

    本文将讨论利用片状激光实现零件视觉识别的原理，阐述各主体部件的设计与分析，给出识别系统的应用范围。对光点法系统只作一些对比性的分析。

    2  片状激光视觉识别系统的原理

    系统的工作原理如图1所示，首先由滑道的底板和侧壁对零件实现相当于五点定位的定向，限定零件滑动的姿态，然后利用片状激光照射被识别零件的上表面，通过成象的原理，获取表面上的三维形状信息。定位片状激光和定位信号接收元件是为了实现动态瞬时定位和采集零件某些相应位置的形状信息而设置的。具体过程为:当滑道上没有零件通过时，定位信号接收元件全部被照亮，这时系统处于等待状态，当有零件滑下时，第一个定位信号接收元件被遮暗，在这一瞬时，系统采样，得到上表面对应于第一个接收元件位置的三维形状信息，然后等待;当第二个定位信号被遮暗的瞬时再次采样。如此不断重复直到最后一个定位元件被遮暗，才完成整个信息采集过程。从上表面不同位置所提取的三维形状特征的信息作为识别零件的依据。定位信号接收元件的位置可以根据具体情况加以调节，以满足提取不同位置的表面形状特征的需要。

    如果零件在滑道上下滑速度比较稳定，或者本系统是对在匀速运动的运输带上的零件进行识别，那么也可以使检测用片状匆七本身兼作定位信号。从零件最先与片状激光相交的那一瞬间开始，利用计算机控制对零件的表面进行连续的扫描采样，采集整个表面的三维形状信息，用以作为识别的依据，(如图2)。这种采集信息的方法，适合于高分辨率的表面缺陷检测识别。如果只是对几种零件进行分类，那么第一种采样方法使得识别更为简单可靠。