基于 3D 视觉的轨道车辆玻璃安装与涂胶自动识别系统
1 河北京车轨道交通车辆装备有限公司
2长春艾希技术有限公司
摘 要：介绍了一种基于3D视觉对玻璃安装和涂胶定位识别系统，该系统主要包含机器人系统、3D视觉定位系统，采用智能机器视觉技术，确保机器人正确识别玻璃和涂胶位置，完成精准的抓取和涂胶轨迹。通过实验系统进行实验过程研究，验证了自动化识别系统的有效性，大大提升企业的自动化、智能化水平。
关键词：机器人，3D视觉，自动化安装，轨道车窗
轨道车辆玻璃安装是车辆组装较为特殊关键工序，定位及涂胶过程至关重要。目前主要由人工进行安装定位和涂胶，存在效率低、劳动强度大和粘接质量不易控制等问题。随着中国制造2025，轨道交通行业作为其中一个重点发展领域，开展智能自动打胶机器人研究，实现机器人在车体上智能化自动安装车窗玻璃系统具有重要的现实意义.
为了实现动车组车窗玻璃自动安装及涂胶过程,需要对玻璃和车窗进行定位。本文介绍了一种针对轨道车辆车窗自动化玻璃安装和涂胶系统，该系统可实现机器人自动抓取玻璃、自动打胶、自动安装玻璃，通过智能化机器视觉系统，进行实时在线测量，实时计算补偿，确保玻璃在车体上的精确安装，并通过打胶机器人对胶形断面的连续在线检测，保证打胶的均匀性、一致性，提高对粘接的特殊工序整个过程的精确控制，消除手工作业人为因素产生的质量波动性，提高一次合格率。
1视觉系统测量原理
机器人视觉测量系统包括机器人、扫描仪及被扫描物体,此系统有几个重要的坐标系，如图所示.
--3D∶6个自由度均需要确定
--2.5D∶需要确定4/5 个自由度
--2D∶仅需要确定3个自由度
--其它∶更少的自由度需要确定
图1 视觉系统测量原理图 图2 基于激光的三角测量視覚系统简图
机器人基坐标系，是整个系统的固定不变的参考坐标系.
1.1测量过程
在进行一次完整的测量过程中，将完成以下步骤∶
- 通过PLC把类型信息传送到视觉系统
2.一旦车壳定位于工作间后，立即唤醒计算测量
3.所有摄像头进行图像采集
4.特征点识别
5．利用在图像中找到的标记点位置和摄像头的定标结果，以及车壳标
记点到绝对位置的车壳的坐标计算当前车壳的位置
6.计算当前车壳方位和初始方位（零位置）的差值，这就是矫正矢量
- 把矫正矢量传送给机器人
1.2测量时间
A1∶车身过档时间，其间控制系统将向视觉系统发送即将到位的车壳类型
A2∶机器人的等待时间，也就是视觉系统的工作时间，一般为1~3秒
A3∶机器人的工作时间，依赖于具体的应用，一般为3~5分钟
B1∶视觉系统等待车壳类型，选择相应的检测计划，开启灯光
B2∶自定义延迟，等待车体稳定，一般为100毫秒
B3∶图像采集时间，40毫秒图像（模拟相机120X4毫秒图像）
B4∶特征标记点的识别，目标对象的方位计算，一般为0.2~1.2秒
B5∶和机器人或PLC通讯，送出计算结果B6∶事件记录和统计结果，记录存档
视觉系统占用的有效时间∶A2 = B2 + B3 + B4 + B5 =0＋40+600+200 = 840 毫秒
3实验过程
3.1实验系统
实验系统组成如图四所示.机器人采用库卡kr210r2700型机器人，集成了风挡玻璃吸盘抓手，3D视觉系统。
3.2实验过程介绍
图为机器人抓玻璃初始位置
（1）通过示教模拟机器人自动抓取玻璃并安装到车身上.
（2）通过AGV移动改变模拟车身支架位置，此时如果还按机器 人原来程序执行，机器人抓玻璃的位置会发生变化.由于玻璃位置发生了变化，如果直接抓取玻璃，后面就不能正确将玻璃安装到车窗上去.
（3）玻璃扫描、定位:经过机器人三维激光扫描仪，对玻璃进行扫描后，自动找到玻璃移动后的位置, 玻璃扫描过程、扫描结果及定位过程如图五所示.
模拟车身安装位置
风挡玻璃
机器人抓手
图四 图五
（4）更新机器人程序，重新执行机器人程序，机器人抓取玻璃的位置即可通过视觉系统给的偏移量做出修正，正常安装玻璃。
通过实验过程和结果可知，当玻璃位置发生一定变 化时,通过三维视觉系统可以对其进行重新定位，为实现自动化玻璃安装及涂胶过程提供了有力的技术保障;采用3D视觉系统可以对工件的空间定位误差进行测量，相比传统2D视觉系统更具有通用性.
4结束语
3D视觉测量不仅拥有着更为丰富、更为强大的功能，还有着更加便捷的操作。在耐用性和维护管理方面也表现更为出色。基于三维扫描视觉系统开发了具有定位功能的动车组车窗安装玻璃及涂胶机器人系统，详细介绍了系统的组成、玻璃及车窗定位方案及实验过程，为车组车窗安装玻璃及涂胶过程提出了一套自动化应用方案.此系统的开发成功，可以大大提高生产效率、降低人工劳动强度及保证生产质量.
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