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Vedere per muovere / muovere per vedereRobotica e visione industriale.
Padenghe (BS), 17 Giugno 20041
Vedere per muovere / muovere per vedereRobotica e Visione Industriale
Padenghe (BS), 17 Giugno 2004
Ignazio [email protected]
Gianmichele [email protected]
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Padenghe (BS), 17 Giugno 20042
AgendaMattina 9:00 – 9:30 Registrazione 9:30 - 9:35 Benvenuto / Introduzione Mitsubishi 9:35 – 9:40 Benvenuto / Introduzione NI 9:40 – 9:50 “Vedere per muovere”: applicazioni generiche di robotica e visione. La
visione asservita al robot. Breve panoramica dei prodotti Mitsubishi di robotica
9:50 – 10:00 “Muovere per vedere”: applicazioni specifiche di visione. Il robot asservito alla visione. Breve panoramica dei prodotti National Instrument per la visione.
10:00 – 11:00 Descrizione del set-up dimostrativo. Elementi principali del sistema. Dimostrazioni pratiche di tematiche inerenti al settore meccanico, automotive e elettronico.
11:00 – 11:30 Pausa caffè 11:30 – 12:00 Da un problema alla sua soluzione: ingegnerizzare un sistema. Tools
software, procedure e configurazioni. 12:00 – 12:30 Costi e complessità: due miti da sfatare. Flessibilità, riutilizzo e
standardizzazione su linee di produzione ‘just-in-time’. Commenti conclusivi.
12:30 – 13:00 Domande/risposte – Conclusione dei lavori Pomeriggio 14: 30 – 17:00 Discussione / tavola rotonda su problemi specifici sottosposti dai
partecipanti. E’ richiesta la prenotazione.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 20043
Mitsubishi: I Tre DiamantiCompany Profile
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Padenghe (BS), 17 Giugno 20044
MITSUBISHIELECTRIC
MITSUBISHIBANKS
MITSUBISHIMOTORS
MITSUBISHIHEAVY IND.
MITSUBISHIOIL
MITSUBISHIMETAL
NIKON
MITSUBISHICHEMICAL
Attività in più di 40 settori
Mitsubishi: Il Gruppo
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115,206115,206
Profilo Aziendale
Anno di fondazione19211921
Dipendenti
Filiali o controllate nel mondo120120
Laboratori di ricerca1414
Fabbriche4949
Mitsubishi Electric Corporation
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AutomazioneDrivesSistemi di MovimentazioneMacchinari Laser
Componenti ElettroniciComputer e AccessoriTecnologia delle ComunicazioniTecnologia Satellitare
Aria CondizionataElettrodomesticiTV- Audio
Totale 3.639 Miliardi Yen (03)
(30,3 Miliardi di USD – cambio 120)
Mitsubishi Electric CorporationRisultati e Giro D’Affari
TrasportiEnergiaVeicoli
23% „Heavy “ – Industria Pesante
15% Factory Automation37% Sistemi Informativi e Apparecchiature
25% Prodotti Consumer
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Corporate
Filiale
Organizzazione EuropeaMitsubishi Electric Europe
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Mitsubishi Electric EuropeRisultati e Giro D’Affari
Semiconduttori
Factory Automation
Electronic Visual Systems
Aria Condizionata
Audio e Video
~200 Milioni Euro
Monitors
Automotive
Telecomunicazioni
Heavy Machinery
3000 dipendenti - 1,6 Miliardi Euro (03)
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Mitsubishi Electric Europe Filiale ItalianaTotale Fatturato 2003
139 Milioni Euro100 dipendenti 3 Uffici (MI, TO, PD)
Filiale Italiana
Semiconduttori
Professional
Factory Automation
Climatizzazione
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Agenzie
Distributori
Uffici
Sede Filiale Italiana
Divisione Factory AutomationOrganizzazione di vendita e supporto
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Factory Automation
Portafoglio Prodotti
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200412
Corporate Motto
E’ il “Corporate Motto” inteso ad identificare
l’impegno costante della Società nei confronti dei
Clienti verso l’innovazione, la creatività, il
miglioramento delle tecnologie e dei servizi.
”Changes to the better”
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200413
Intro a NI
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Chi è National Instruments
Filiali dislocate in ben 40 paesiPiù di 1000 prodotti, 3000 dipendenti e 500 membri del programma allianceSede centrale ad Austin, Texas- US
Distributori
Uffici per la vendita diretta
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200415
Profilo di National Instruments
Leader nella misura e automazione basate su PCLunga storia di crescita e redditività$ 391 di entrate nell’anno fiscale 2002Da cinque anni inserita dalla rivista FORTUNE tra le 100 migliori aziende in cui lavorare negli Stati Uniti
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200416
• 100 più importanti clienti ≈ 35% del fatturato• Più di 25000 clienti in più di 90 paesi• 85% di Fortune 500
Varietà dei Clienti NI
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A Simple view of Virtual A Simple view of Virtual InstrumentationInstrumentation
The Software Is the The Software Is the InstrumentInstrument
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200418
Processore
Memoria RAM
Interfacciacomune
Monitor
Alimentazione
Hard Disk
Soluzioni di misura e automazione basate su PC scelte dall’utenteStrumenti tradizionali scelti dal produttore
Cosa si intende per strumentazione virtuale?
• Funzionalità scelta dal produttore
•Non facilmente estensibile•Non aggiornabile
•Funzionalità scelta dall’utente
•Processore e memoria aggiornabili
• Estensione attraverso l’aggiunta di moduli
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200419
La strumentazione virtuale sfrutta l’evoluzione della tecnologia PC
0.1
1
10
100
1000
10000
1980 1985 1990 1995 2000
MIPS
Monocromo
€ 3,200
5.25" FD, 160 kB
Memoria RAM di 64 KB
4.77 MHz
1981 Ethernet di 100 MB
17” CRT
DVD-ROM
€ 1,400
80 GB HD
Memoria RAM di 512 MB
2.8 GHz
2004
Aumento delle prestazioni fino a 10000 volte!
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200420
Range Range prodottiprodotti NINILabVIEWLabVIEWTestStandTestStandMeasurement StudioMeasurement Studio
Measurement and Measurement and Automation DevicesAutomation Devices
GPIBGPIB
SerialSerial
DAQDAQ
ProcessProcessoror
Unit Under TestUnit Under Test
VXIVXI
Image Image AcquisitionAcquisition
MotionMotionControlControl
PXIPXI
ni.com
Integrated Measurement & SystemsIntegrated Measurement & Systems
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200421
Intro a IL
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200422
Chi e ImagingLab?
La missione è nel nome.Offriamo soprattutto
know-how …
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200423
Robot MELFA
MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V.
AREA ROBOT
MITSUBISHI ELECTRIC EUROPE B.V.
AREA ROBOT
Mitsubishi: Area Robot
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200424
Mitsubishi Robot vuol dire….•Tecnologia all’avanguardia
•Estrema affidabilità dei prodotti
•Training
•Service
•Supporto sui prodotti
•Politica commerciale
FLESSIBILITA’
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200425
Titolo diagramma
MITSUBISHI ELECTRIC EUROPEFACTORY AUTOMATION
AGENZIE
OEM CLIENTI FINALI
SYSTEM INTEGRATOR CLIENTI FINALI OEM
Struttura e Tipologia clienti
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200426
RV - Robot antropomorfi 1..12 kg
RP - Robot SCARA di precisione 1..5 kg
RH - Robot SCARA 5..10 kg
Famiglie Robot
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200427
Apparecchiacustici
Telefonia
Incisione
Taglio laser
Circuiti stampati
Componenti elettronici
Tecnologia SMD
Micro assemblaggio
Assemblaggio
Montaggio
Asservimento
Biomedicale
(es. Pace-maker)
Palletising
Packaging
Test
Campi Applicativi
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200428
6 assi4 assi 5 assi
J1J1
J1
J2
J3
J2
J2
J4
J3
J3J4
J5J5
J6
J6
Assi
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200429
1 kg 2 kg 3 kg 4 kg 5 kg 6-12 kg
RP - - -
RH - - - -
RV
-
RP-1AH RP-3AH RP-5AH
RV-1A
RV-2A
RV-2AJRV-3AJ
RV-4A
RV-3AL
RV-5AJ
RH-5AH RH-10AH
RV-12SL
RV-6SL
RV-6S
Gamma Robot
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RV-2AJ RV-1A RV-3AJ RV-2A RV-5AJ RV-4A* RV-3AL
Assi 5 6 5 6 5 6 6Azionamenti AC Servo
Encoder Encoder di posizione assolutiVelocita' massima effettiva 2100 mm/s 2200 mm/s 3500 mm/s 3500 mm/s 5700 mm/s 5800 mm/s 6100 mm/s
Carico massimo 2 kg 1 kg 3 kg 2 kg 5 kg 4 kg 3 kgRipetibilita' ±0.02 mm ±0.02 mm ±0.04 mm ±0.04 mm ±0.03 mm ±0.03 mm ±0.04 mm
Temperatura ambiente 0 ~ 40 °CRaggio di lavoro 410 mm 418 mm 715 mm 706 mm 720 mm 724 mm 933 mm
Peso robot 17 kg 19 kg 33 kg 36 kg 46 kg 50 kg 58 kgGrado di protezione IP30 IP30 IP30 IP30 IP54 IP54 IP54
Versione Standard Standard Standard Standard Standard Standard Long-ArmA, B in mm A=410, B=285 A=418, B=308 A=530, B=457 A=521, B=459 A=530, B=472 A=534, B=476 A=743, B=662C, D in mm C=190, D=300 C=211, D=300 C=308, D=350 C=348, D=350 C=334, D=321 C=351, D=350 C=540, D=350
E in gradi E=150° E=150° E=160° E=160° E=160° E=160° E=160°R1, R2 in mm R1=220, R2=410 R1=207, R2=418 R1=322, R2=630 R1=273, R2=621 R1=300, R2=634 R1=283, R2=634 R1=303, R2=843
Cablaggio I/O (interno braccio) Elettrici: 4 in (6 fili), 4 out; Pneumatici: 4 tubi ∅4 Elettrici: 6 in, 6 out; Pneumatici: 2 x ∅6 ,6 x ∅4Installazione Orizzontale, soffitto Orizzontal (soffitto con kit) Orizzontale, soffitto, a parete(limite E=±45°)
Controller CR1 CR2A
* RV-4A disponibile in versione clean room classe 10 e 100 (RV-4AC-SA e RV-4AC-SB)
Serie RV-A
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RV-6S RV-6SL RV-12SL
Assi 6 6 6 Azionamenti AC Servo
Encoder Encoder di posizione assoluti Velocita' massima effettiva 9300 mm/s 8500mm/s 9500 mm/s
Carico massimo 6 kg 6 kg 12 kg Ripetibilita' ±0.02 mm ±0.02 mm ±0.05 mm
Temperatura ambiente 0 ~ 40 °C Raggio di lavoro 696 mm 902 mm 1385 mm
Peso robot 49 kg 54 kg 98 kg Grado di protezione IP54 IP54 IP54
Versione Standard Standard Standard Cablaggio I/O (interno braccio) Elettrici: 8 in (10 fili), 8 out;
Pneumatici: 2 tubi ∅6 4 tubi ∅8 Elettrici: 8 in (10 fili), 8 out;
Pneumatici: 2 tubi ∅6 6 tubi ∅8 Installazione Orizzontale, soffitto Orizzontale, soffitto Orizzontale, soffitto, a parete(limite
E=±45°) Controller CR2 CR3
* RV-4A disponibile in versione clean room classe 10 e 100 (RV-4AC-SA e RV-4AC-SB)
Serie RV-S
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Manipolazione CD Assemblaggio parti elettriche Applicazione adesivi e colle
Sistemi di formazione Dimostrazione Packaging alimentare
Controllo/prova tastiere Saldatura Ispezione/analisi medicale
Applicazioni RV-1A RV-2AJ
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Asservimento macchine Lavaggio bottiglie plastica PET Lavorazione parti
Lavorazione e combinazione parti Assemblaggio parti nell’automobilistico Manipolazione (medicale)
Applicazioni RV-4A RV-5AJ
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Palletising Conveyor tracking
Applicazioni RV-4A RV-5AJ (cont’d)
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RP-1AH RP-3AH RP-5AH
Tipologia robot SCARA a doppio braccio (Twin-Arm)Assi 4
Carico 0.5 kg/max. 1 kg 1 kg/max. 3 kg 2 kg/max. 5 kgRaggio di lavoro (AxB in mm) DIN A6 (105x150) DIN A5 (150x210) DIN A4 (210x300)
Ripetibilita' X, Y ±0.005 mm ±0.008 mm ±0.01 mmRipetibilita' Z ±0.01 mm ±0.01 mm ±0.01 mm
Ripetibilita' rotazione braccetto ±0.02° ±0.03° ±0.03°Ciclo (25 mm/100 mm/25 mm) 0,28 s 0,33 s 0,38 s
Velocita' rotazione braccetto J4 3,000°/sAzionamenti Motori AC servo con freno
Peso ca. 12 kg ca. 24 kg ca. 25 kgGrado di protezione IP30
Raggio di lavoro DIN A6 DIN A5 DIN A4A x B 105 x 150 mm 150 x 210mm 210 x 300 mm
C 234 mm 332 mm 451 mmD 95 mm 130 mm 170 mmE 30 mm 50 mm 50 mm
Cablaggio I/O (interno base) Elettrico: 8 in, 8 out; Pneumatico: -Controller CR1
Serie RP
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Montaggio parti ad alta precisione Incollaggio, sigillatura Predisposizione e regolazione
Controllo nell’industria alimentare Controllo parti Alimentazione parti
Serie RP - Applicazioni
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200437
RH-5AH55 RH-10AH85
Tipologia robot e numero assi SCARA a 4 assi Carico 5 kg 10 kg
Raggio di lavoro 550 mm 850 mm Ripetibilita' X, Y ±0.02 mm ±0.025 mm
Ripetibilita' Z ±0.01 mm ±0.01 mm Ripetibilita' rotazione braccetto ±0.03° ±0.03°
Ciclo (25 mm/300 mm/25 mm) 0,48 s 0,52 s Velocità massima 5360 mm/s 5650 mm/s
Velocita' rotazione braccetto J4 1870°/s 1274°/s Azionamenti Motori AC servo
Peso ca. 19 kg ca. 40 kg Grado di protezione IP30
A1 + A2, B in mm 225 + 325, R550 325 + 525, R850
C in mm R199 R278 D1, D2 in gradi 127°, 143° 140°, 153°
E1 in mm (area non accessibile) 160 - Corsa braccetto in mm (J3) 200 350
Controller CR2A
A1
BC
A2
D1
D2
D1
D2
E1
Serie RH
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200438
Assemblaggio elettrodomestici Trasporto di parti elettroniche Asservimento
Ispezione parti Assemblaggio parti autom. Micro asservimento
Serie RH - Applicazioni
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200439
CR1 CR2A CR3
Controller
CPU 64bit RISC/DSP Funzioni principali Interpolazione diretta, indiretta e 3-dimensionale; pallettizzazione; esecusione condizionata;
subroutines; multitasking; controllo di “compliance”; ottimizzazione velocità, traiettoria e override. Linguaggio di programmazione MELFA BASIC IV
Assi controllabili Totale 14 - Braccio: 4/5/6, Addizionali: 8 (2 interpolati con braccio) Metodo apprendimento Apprendimento diretto, indiretto o con metodo MDI
Numero di punti di posizione 2,500 (espandibile) Numero di linee programma 5,000 (espandibile)
Numero di programmi 88 I/O digitali 16/16 (max. 240/240) 32/32 (max. 256/256)
Interfaccia RS232C Per PC, sensore visione, ecc. Interfaccia RS422 Per connessione alla Teaching-box
Slot per interfacce
0 oppure 3 con unità di espansione slot esterna
3
I/O robot 1 canale per connessione unità di I/O parallela Temperatura ambiente 0 ~ 40 °C
Dimensioni (LxAxP) 212 x 166 x 290 (+170 per 400 x 200 x 400 (+250 per cavi) 400 x 200 x 400 (+250 per cavi) Alimentazione Monofase 220VAC (207-253VAC) Trifase 220VAC (207-253VAC)
Peso ca. 10 kg ca.35kg ca.60kg
Caratteristiche Controller
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200440
Unità di input/output parallela 2A-RZ371
Cavo di input/output parallelo
(Esterno)
Interfaccia mano pneumatica 2A-RZ375
2A-CBL05 (5m)2A-CBL15 (15m)
Estensione di memoria2A-HR432
Cavo PC
Interfaccia Ethernet2A-HR533E
Interfaccia CC-Link2A-HR575E
Interfaccia seriale2A-HR581E
Interfaccia SSCNet per assi aggiuntivi2A-RZ541E
Servo
PLC
Sistema di visione
Teaching boxR28TB PC
SoftwareCOSIROP - programmazioneCOSIMIR - simulazione
ControllerCR2A
Unità di input/output parallela 2A-RZ371
Cavo di input/output parallelo
(Esterno)
Interfaccia mano pneumatica 2A-RZ375
2A-CBL05 (5m)2A-CBL15 (15m)
Interfaccia Ethernet2A-HR533E
Interfaccia CC-Link2A-HR575EInterfaccia seriale2A-HR581EInterfaccia SSCNet per assi aggiuntivi2A-RZ541E
Servo
PLC
Sistema di visione
Teaching boxR28TB
PC
SoftwareCOSIROP - programmazioneCOSIMIR - simulazione
ControllerCR1
Interfaccia mano elettrica 2A-RZ364
Cavo PC
Box espansione CR1-EB3
Controller CR1-CR2A /3- Opzioni
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200441
Serie RH
Braccio Controller CR2A
Cavo (5m)
Serie RP
Bracciobox
conness.
Cavo (5m)
ControllerCR1
PackageSerie RV-A/S
Braccio Controller CR2A/3
Cavo (5/7m)
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200442
Muovere per vedere
La visione è già utilizzata in robotica asservita al posizionamento del robot (ad esempio in applicazioni di pick & place o per l’allineamento di pezzi mediante il riconoscimento di ‘fiducials’). Esistono molte altre applicazioni dove il rapporto si inverte e il robot viene asservito alla movimentazione e posizionamento della videocamera: controllo di qualità su linee di produzione, verifica di assemblaggi complessi, allineamenti e controlli dimensionali.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200443
Muovere per vedere /2
Esiste un settore emergente dove il robot può essere utilizzato per un sistema di ispezione “per sé “ dove la videocamera è montata all’estremità del braccio. Questo tipo di applicazioni riguarda soprattutto pezzi meccanici / assemblaggi di una certa complessità con le seguenti caratteristiche:acquisizione di un certo numero di immagini con posizioni e angoli di ripresa ben precisi
•linee di produzione per lotti limitati (produzione just-in-time) dove il costo di re-tooling va mantenuto al minimo•cadenza di produzione compatibile con i tempi di movimentazione del robot (tipicamente > 10 secondi)•flessibilità del sistema, facilità di uso e programmazione, riutilizzo su linee diverse sono rilevanti•massima utilizzazione di componenti ‘off-the-shelf’ e semplicità di manutenzione
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200444
Un esempio concretoConsideriamo un pezzo meccanico ricavato per fusione/forgiatura (es.: il supporto anteriore della ruota di un autoveicolo). La cadenza tipica di produzione è di 25-30 secondi dal pezzo grezzo al pezzo finito.I punti di ispezione variano da 10 a 20. Un sistema robotizzato è in
grado con una sola videocamera di effettuare numerosi controlli :
• verificare l’integrità di tutte le superfice lavorate per fresatura (identificazione di difetti di fusione incompleta, bolle, etc.• misure relative e interassi delle forature (entro le tolleranze di posizionamento del robot – nel caso illustrato +/- 0.04 mm)• presenza/assenza di filetti ed eventuale presenza di una punta di maschiatura in seguito a rottura dell’utensile
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200445
Il software applicativo
Scopo principale dell’applicativo è quello di semplificare sia l’interfaccia utente che le procedure di messa a punto / configurazione del sistema di ispezione: messa in servizio del sistema visione / robotica senza programmazione o con programmazione minima
Modalità di utilizzo / operazione:‘insegnare’ al robot una sequenza di posizioni della videocameradeterminare per ogni posizione le modalità di acquisizione (la videocamera e l’ottica possono essere controllate remotamente)configurare per ogni posizione le funzioni / procedure di machine visionstabilire per ogni posizione i criteri di pass/fail del singolo stepstabilire i criteri di pass/fail legati a più posizioni (ad esempio una procedura di misura di interasse basata sia sui risultati delle singole immagini che sullo spostamento relativo della videocamera)
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200446
Due miti da sfatare: complessità e costo
La complessità di utilizzo di un sistema integrato di visione e robotica è notevolmente diminuita grazie a tools software specifici di alto livelloIl costo di un sistema completo di visione e robotica già integrato può risolvere in modo competitivo una serie di problematiche di produzione / assemblaggio / manufacturing, offrendo flessibilità, riutilizzo e standardizzazione dei componenti principaliDa discutere dopo le demo …..
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200447
Una brevissimaintroduzione alla
visione dellemacchine
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200448
Rilevamento difettiGuida robotPresenza/AssenzaVerifica assemblaggioMisure dimensionaliOCR (riconoscimento caratteri)Verifica cromaticaAllineamentoControllo qualità di stampa.......
Imaging:Settori di Mercato/AreeApplicative
Elettronica e semiconduttoriComputer e perifericheBeni di largo consumoBiomedicaleSemiconduttoriFarmaceuticoStampaComponenti automobilisticiPackaging e imbottigliamentoSistemi di telecomunicazioniIndustria tessileIndustria plastica......
Due tabelle non esaustive...
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200449
Qualchedefinizione:
L’immagine è vista come una funzionedi variabili discrete in codominiodiscreto
• Immagine: z = F(x,y)0 ≤ x ≤ N-1, 0 ≤ y ≤ M-1, 0 ≤ z ≤ L-1N: numero di colonneM: numero di righeL: range di luminositàSono tutti valori discreti
• F prende il nome di Picture Function, L’elementoF(xi,yi) è detto Picture Element (Pixel)
Una definizione semplice di visione artificiale: “Estrarre informazioni utili da un’immagine”. Il processo potrebbe concludersi così se i dati fossero di per se significativi, oppure il risultato puo’ essere inserito in un sistema per il controllo di processo( es. un sistema guida robot )
12531554651554251521223165521245432135278978754513246577444412348977894534654867789894351445678978974432123123486977894148967975641321321794324123132456476543218789751311657879321187897564132168797984351324134457974231797464449878976544654485713976256863168945231563154812531554651554251521223165521245432135278978754513246577444412348977894534654867789894351412531554651554251521223165521245432135278978754513246577444412348977894534654867789894351
ACQUISIZIONE
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200450
Risoluzione, profondità, precisione, ....
Risoluzione geometricaEs. Sensore 1000x1000 pixel (10 x 10 micron)
Profonditàimmagine b&n a 8-bit: 256 livelli, nero=0, bianco=255Immagine a 12-bit: 4096 livelli (dinamica estesa)L’occhio umano discrimina approx 32 / 64 livelli
PrecisioneUn concetto piu’ complesso …..Stabilità della sorgente luminosa, sensore, h/w di acquisizioneSub-pixellingDistorsione ottica / risoluzione ottica / MTF / …..
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200451
Risoluzione, profondita’, precisione, ....(cont’d)
220 155 086
220 149 087
230 157 094
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200452
Pattern matching per localizzare i fori di montaggio di una flangia
Gli algoritmi di pattern matching sono caratterizzati da una certa complessita’, legata soprattutto alla loro ottimizzazione per dimuire i tempi di esecuzione. Il loro utilizzo e’ invece piuttosto semplice.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200453
Settore meccanica/automobilistico: Ispezione e montaggio di cuscinetti a sfere
Vengono usate funzioni di pattern matching e misure geometriche per eseguire numerosi controlli su una flangia con cuscinetto a sfere per automobili: viene verificata la completezza dell’assemblaggio e la posizione delle alette per la successiva operazione montaggio di robotizzato
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200454
Edge detectionIl dettaglio mostra l’utilizzo di una funzione di ricerca di un bordo circolare, utilizzata per migliorare la precisione di misura del centro del foro di montaggio: si noti la posizione del punto rosso rispetto al centro identificato dalla procedura di pattern matching.L’intera procedura, effettuata su una immagine di circa 700 x 500 pixel mediante un convenzionale PC Pentium III / 1,2 GHz, ha richiesto 74 millisecondi, pari a 13 immagini al secondo.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200455
Risolvere un problema di Imaging
Si possono individuare due fasi: Individuare il ‘percorso della soluzione’, cui seguiranno l’effettivo sviluppo, la codifica e l’integrazione. La prima fase non richiede alcuna programmazione, quanto piuttosto l’uso di strumenti interattivi che consentano al progettista di sperimentare, esplorare e valutare diverse strategie di soluzione: in breve, sviluppare il concetto.
Solo a questo punto si può passare alla seconda fase: lo sviluppo dell’applicazione.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200456
Una brevissimaintroduzione ai
prodotti NI per la visione delle
macchine
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200457
CVSCVS
PCI
PXI
Due architetture...
Stand-alone
PC Based•PC desktop•PC industriali (PXI)
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200458
Architettura del sistema di elaborazione
PC BasedMaggiore flessibilità e integrazioneEspandibilitàRapporto prezzo/prestazioni di calcolo
StandaloneCalcolo distribuitoSoluzione compattaRobusto ed affidabileOS Real Time
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200459
... Lo stesso software!
Programmazione / configurazione in ambienteWindows e download sul ‘CVS target’ in applicazioni stand-alone
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200460
SW Programmable vs. Configurable
Una diatriba di lunga data:In origine i sistemi ‘giapponesi’……
Flessibilita’ della programmazione vs. low-cost (e rigidita’) dei sistemi configurabiliNI propone entrambi con una migrazione da‘configurable’ a ‘full programmable’
Il software fa la differenza
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200461
Sviluppo s/w: come?LabVIEW e il linguaggio grafico vs. I linguaggi testuali (piu’ o meno assistiti)Evitare gli estremismi ‘religiosi’…..Supporto per VB / C++
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200462
Easy connect digital I/O1 isolated input2 TTL pulse outputs
IEEE 1394 ports3 PortsShared 400 Mbps
Additional digital I/OProduct select linesPulse generatorsWatchdog timer
Ethernet10/100 BaseT
Serial portRS-232
VGA video outReal-time outputOverlays supported
CVS: Compact Vision System
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200463
Compact Vision System
Compact LabVIEW Real-Time target for machine vision applicationsHigh performance processorIEEE 1394.a acquisition
Supports multiple DCAM compliant cameras400 Mbps of shared bandwidth
15 digital inputs; 14 digital outputsLabVIEW FPGA technology
Industrial ruggedness No fan or external vents; shock resistant0-55°C operating temperature range
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200464
Architettura PXI
CompactPCI eXtensions for Instrumentation
PCI + software, timing, triggeringIndustrial 3U size
Più di 100 supplier PXI Systems Alliancewww.pxisa.org
Systems Alliance
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200465
Risolvere un problema di Imaging: i tools software
• Acquisire: MAX• Capire: Vision Builder• Sviluppare: IMAQ library• Configurare: VB AI
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200466
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200467
Demo 1Demo 1: Settore meccanico / automotive. Controllo di qualità di un pezzo meccanico complesso in automotive (braccio anteriore di un autoveicolo). Verifica di tutte le zone lavorate da macchina utensile: fresature, forature (compreso la misura di diametri e interassi), filettature, etc.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200468
Demo 2Demo 2: Settore meccanico / automotive. Deposizione di una guarnizione in silicone (siringa / dosatore) lungo i contorni di un pezzo meccanico (ad esempio blocco cilindri di un motore) e verifica istantanea dello spessore della guarnizione.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200469
Demo 3Demo3: Settore produzione elettronica. Verifica presenza / assenza / posizione di componenti specifici quali connettori. Colore e posizione di LED. Regolazione automatica di trimmer (ad esempio regolazione dei parametri di un filtro: frequenza di cut-off, pendenza, ampiezza). Settaggio automatico di Dip Switch.
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200470
Descrizione del setup
RobotControllerTeaching boxPXICVSRotatore5 posizioni per demo intercambiabili
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200471
Descrizione del setup/2
VideocameraCCD ad altarisoluzioneOtticaIlluminatoreLaserRotatoreCacciavite / dosatore(simulato)
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200472
Run the demo!!
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200473
Sequence Builder
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200474
Sequence Runner
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200475
Sequence Builder / Sequence RunnerUn’architettura software per la visione roboticaInterfaccia molto semplice per la generazione automatica di sequenzedi posizione (i vantaggi di un antropomorfo e la semplicità di un cartesiano) Programmazione del robot ‘trasparente’ all’utenteOgni ‘posizione’ contiene tutti parametri scelti dall’utente (robot, videocamera, rotatore, ..)Ad ogni posizione corrispondende una procedura di analisi diimmagineGenerazione semi-automatica di procedura di analisi (configurazione)Possibilità di inserire procedure di analisi complesse (programmabiliGenerazione di risultati locali e pass/fail (una sola immagine)Generazione di risultati globali (basati su più immagini: ad esempiointerasse tra due fori distanti e visuaizzati su due immagini distinte)
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200476
Risultati locali / Risultati globali
Esempio: Misura di un interasse
Misura locale da Img1Misura locale da Img2Traslazione del robot nota(encoder assoluti)
Precisione: precisione del robot + calibrazione / risoluzione imagimg
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200477
Ottica fissa / ottica zoomabile
Ottica zoomabile controllata remotamenteRichiede encoder di posizioneDeve essere meccanicamente stabileCostosaEstremamente flessibile
Ottica fissaPresenta qualche limitazionePoco costosaIngombri minori
Ottica fissa telecentricaIdeale per misure accurate
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200478
Triangolazione Laser: aggiunge la 3a dimensioned
h
b
h’
Grandezze note:
h = distanza alla quale lo spot laser illumina il centro del FOV
d = interasse tra la videocamera e il laser alla quota h
Per la similitudine tra i due triangoli, si può calcolare il valore di h’:
h’ = h * (d-b)/d
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200479
Calibrazione / risoluzione / precisione
rapporto pixel / mmcalibrazione in funzione della distanza (Da un sistema bi-dimensionale a un sistematri-dimensionale - triangolazione laser)correzione della distorsione ottica (l’immagine è deformata spazialmente ai bordi rispetto al centro: effetto ‘botte’ o effetto ‘cuscino’)correzione della distorsione prospettica (la videocamera non è ortogonale all’oggetto)correzione per pixel rettangolari (calibrazione distinta per gli assi x e y dell’immagine)stabilità della sorgente luminosa e del sensore (specialmente se si intende usare la tecnica di sub-pixelling)scelta di ottiche e illuminatori telecentricistabilità meccanica dell’obiettivo (in molti obiettivi nati per applicazioni di più basso livello - come la video sorveglianza – il centro ottico della lente non è sufficientemente stabile rispetto al centro del sensore)
da approfondire in altra sede …
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200480
Vision Package
Hardware (costo ripetitivo)Videocamera, ottica, illuminatore, processore (CVS), cavi, accessori:7 k€
Software di sviluppo (costo una-tantum)LabVIEW, VBAI, IMAQ (librerie), RT engine, etc.7 kELicenza Run-Time non necessaria con CVS
Software applicativo ad-hoc: su richiestaSequence Builder / Sequence Runner:
prodotto per la demo e per uso interno di ImagingLabUn prodotto a breve? Versioni ad-hoc? ….
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200481
Complessità, costi, flessibilità, …Spunti per una riflessione / discussione
Complessità:Un robot è più facile da usare di quanto si pensiLa sintassi / comunicazione specifica con il robot può essere facilmentemascherata da s/w di alto livelloLe sequenze di image processing sono notevolmente semplificate da s/wconfigurabile, s/w come Vision Assistant, generazione semi-automatica dicodiceGenerare sequenze di posizioni permezzo dell’immagine è estremamenteintuitivo
CostiComaprare costi reali e costi nascostiUn roobot standard a basso payload (range 25 - 35 k€)Assemblare un sistema multiasse a paartire da componenti standard?Progettazione e disegniManutenzione e mercati lontaniDuplicazione di sistemi e gestione delle variazioni / customizzazioni
Flessibilità, riutilizzo, standardizzazione, time to market, …
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Padenghe (BS), 17 Giugno 200482
Domande e risposte …..