在實際生產(chǎn)過程中，根據(jù)車間溫度的不同，機(jī)器人、機(jī)器人作業(yè)對象等物體的物理尺寸會發(fā)生變化，因為金屬會膨脹（或者收縮），電氣效率也會發(fā)生變化。

這些機(jī)械和電氣方面的變化（或誤差）一點(diǎn)一點(diǎn)地積累，最終影響整個機(jī)器人的精度。機(jī)器人精度就是按照程序到達(dá)空間中某一點(diǎn)的能力。用戶無法使用機(jī)器人實現(xiàn)0.1mm的重復(fù)性，即無法以0.1mm的精度將零件精確地定位，因為他們高估了機(jī)器人的真實精度——按照需要回到空間中某一點(diǎn)的能力。

視覺引導(dǎo)機(jī)器人（VGR）上配有工業(yè)攝像頭，攝像頭與計算機(jī)連接，后者運(yùn)行圖像處理軟件來判斷機(jī)器人控制的偏移量，通過比較機(jī)器人的位置以及在3D空間內(nèi)的位置和預(yù)期位置之間的偏差，提供一種主動的方法來抵消這種偏移。但是機(jī)器視覺也會由于很多因素產(chǎn)生累積誤差，從光線變化以及傳感器響應(yīng)的內(nèi)部因素到表面光潔度和由夾持系統(tǒng)導(dǎo)致的物料擺放方式不同之類的外在差異。

不幸的是，大多數(shù)最終用戶并不理解精度和重復(fù)性的根源，也不理解在創(chuàng)建VGR解決方案的過程中如何計算機(jī)器人和視覺系統(tǒng)的累積誤差。根據(jù)機(jī)器人的實際累積誤差來選擇合適的機(jī)器視覺系統(tǒng)要求在機(jī)器視覺和機(jī)器人編程方面具有豐富的經(jīng)驗，之后才能明確全部的項目規(guī)格。

求同存異

每一個VGR應(yīng)用都有所不同，因為每一個機(jī)器人、環(huán)境、生產(chǎn)的零件和工藝都有所不同。因此，有很多解決問題的方法，但是最終的目標(biāo)仍舊是令系統(tǒng)能夠以特定的速率、預(yù)期的參數(shù)和最低的成本完成特定的任務(wù)。

所有這一切基于對應(yīng)用需求的全面且透徹的理解。零件是什么樣子？在實際的生產(chǎn)中，對于機(jī)器人來說零件的尺寸、質(zhì)地和朝向分別是什么，而不僅僅是在CAD文件中描述。從溫度的變化到光線的變化，車間的環(huán)境條件怎樣？機(jī)器人需要對零件進(jìn)行什么操作，以及這種類型的操作如何影響機(jī)器人的選擇，包括速度、力度以及零件質(zhì)量及其對機(jī)器人定位的影響？ 

如圖所示，在機(jī)器人將門框之類的產(chǎn)品放置到貨架上的例子中，盡管已經(jīng)有精心設(shè)計的襯墊和機(jī)械固定裝置，部件的位置還是經(jīng)常會發(fā)生變化。機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠核算位置偏差，確保機(jī)器人完成在貨架上放置或者拾取任務(wù)。

有了這些信息，大多數(shù)用戶就能夠?qū)Π惭b在車間中的特定機(jī)器人OEM廠商的產(chǎn)品有一個大致了解。根據(jù)零件的不同和對零件位置的需求，有經(jīng)驗的設(shè)計人員能夠為項目應(yīng)用選擇合適的機(jī)器人型號。機(jī)器人基本就是一種動力學(xué)模型，包括獨(dú)一無二的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣（或者液壓）控制。大多數(shù)機(jī)器人OEM廠商提供絕對精度服務(wù)，用來確定每臺機(jī)器人的絕對精度，當(dāng)機(jī)器人和視覺累積誤差與項目的物料夾持精度和重復(fù)性需求非常接近的情況下，這一信息將會非常有用。

在明確項目需求并選擇了合適的機(jī)器人之后，設(shè)計人員就必須對機(jī)器人進(jìn)行編程以使其能夠完成預(yù)期任務(wù)。機(jī)器人需要能夠找出被送入工作區(qū)間的零件，可以使用固定裝置連續(xù)地為機(jī)器人提供零件的3D方位，也可以使用視覺系統(tǒng)找出與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人運(yùn)動軌跡之間的偏差進(jìn)而確定零件方位上的偏差。

今天，更多的生產(chǎn)廠商正在使用視覺系統(tǒng)而不是固定裝置，因為固定裝置需要定制，不具有在同一條流水線上應(yīng)對多種零部件的靈活性，除非進(jìn)行額外的投入，也無法在工廠的其他位置復(fù)用機(jī)器人單元。機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠重新編程，而且如果機(jī)器人的組件和系統(tǒng)能夠滿足新應(yīng)用的特殊需求，那么它還可以像其他設(shè)備一樣在工廠中重復(fù)使用。 

在VGR中加入視覺

當(dāng)應(yīng)用明確定義之后，下一步就是確定機(jī)器人需要視覺系統(tǒng)提供何種信息來達(dá)到預(yù)期要求。如果平面?zhèn)魉蛶线\(yùn)送的是相對較平的零件，那么2D視覺系統(tǒng)是否足夠？項目應(yīng)用是否需要朝向和相對高度信息作為X軸和Y軸信息的輔助——因此，是否需要2.5D視覺解決方案？或者對于孔洞檢查應(yīng)用，是否需要絕對3D信息以提供對于零件上夾持耳和夾持點(diǎn)的描述？

2D和2.5D解決方案相對來說較為簡單，如果視野中的每個像素都能夠達(dá)到最小的空間解析度，那么用一個攝像頭就能夠解決問題。而對于3D視覺，設(shè)計人員就有多種選擇了，包括單攝像頭3D、配有結(jié)構(gòu)光線三角測量功能的單或者多攝像頭3D和多攝像頭立體視覺。每一種方法都具有一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，例如，單攝像頭3D解決方案在相對狹窄的視野中精度非常之高，但是需要多幅圖像才能構(gòu)建3D點(diǎn)坐標(biāo)。立體視覺對于大型視野精度非常高，在使用了結(jié)構(gòu)光源之后精度還能夠進(jìn)一步提高，例如光柵投影設(shè)備、LED或者激光發(fā)生器，但是需要更多的硬件。所有這些系統(tǒng)都依賴于頻繁地校準(zhǔn)，以確保泵、熱膨脹和其他因素不會給3D數(shù)據(jù)帶來誤差。

人們對光線對于機(jī)器視覺系統(tǒng)的影響知之甚少。光線，或者更準(zhǔn)確地說光線地變化，會極大地影響機(jī)器視覺系統(tǒng)，不管視覺解決方案的精度如何。在視覺系統(tǒng)中光線往往是最后被考慮的因素，實際上在設(shè)計的早期就應(yīng)該對其進(jìn)行考量，因為攝像頭對于光線和零部件的交互作用的感知是成功的機(jī)器視覺解決方案的根本。

例如，如果你的車間有窗戶，那么紅外光就不是首選，因為太陽光在可見光光譜中的紅光和紅外部分分布最強(qiáng)。為了選擇最合適的光色（白光、藍(lán)光、黃光、紅光等等），必須對于光物理和光學(xué)有所了解。VGR車間是否需要檢測零件上非常相近的顏色，例如，是否需要彩色攝像頭和彩色光？亦或者顏色的差異是否足夠大，以至于可以使用配有帶通濾波片和互補(bǔ)光的灰度攝像頭，因為這種解決方案所需處理的數(shù)據(jù)量更小，成本也更低。

關(guān)于匹配彩色光照明的知識很難一言以蔽之，但是一個基本的規(guī)則是：不要使用與房間中環(huán)境光類似的光源，也不要使用與零件顏色相反的光色，因為零件會吸收這種顏色的光（除非你考慮使用背景光或者暗場照明）。