Załącznikiem do pracy jest bogaty katalog zdjęć dokumentujących efekty działania opi-sanego algorytmu przetwarzania obrazu jak również pokazujący różnorodność sytuacji,
z którymi musi się zmierzyć system wizyjny. Część zdjęć pełni rolę demonstracyjną, zaś pozostałe wykorzystano do badań statystycznych, których wyniki prezentowane są w niniejszym rozdziale.
W katalogu ’Zdjęcia’ znajdują się dwa podkatalogi ’Przykłady rozpoznanych otwo-rów ’ oraz ’Różne’. W pierwszym podkatalogu znajdują się zdjęcia otwootwo-rów z naniesioną trajektorią palnika, wygenerowaną przez opisany w pracy system wizyjny. Zdjęcia po-dzielone są na pięć serii, odpowiadających pięciu różnym przypadkom. Ponadto, do pierwszych dwóch serii danych dodano zdjęcia (wraz z zaznaczonymi otworami) wy-konywane podczas wstępnego rozpoznawania sita (rozpoznanie globalne). Przykładowe zdjęcia przedstawione są na rysunku 7.5. Opis poszczególnych serii zdjęć znajduje się w pliku ’Przykłady rozpoznanych otworów\Opis serii zdjęć.pdf ’.
W podkatalogu ’Zdjęcia\Różne’ znajdują się oryginalne zdjęcia otrzymane z pracy systemu wizyjnego dla różnego rodzaju sit oraz warunków oświetleniowych. Umieszczo-ne w tym katalogu serie zdjęć są ilościowo zbyt skromUmieszczo-ne aby mogły być użyte do badań statystycznych. Doskonale nadają się jednak do zobrazowania różnorodnych wyzwań stawianych przed opisywanym w pracy systemem wizyjnym. Dane te pokazują również pewną trudność w dokonaniu jednoznacznej oceny metod przetwarzania obrazu oraz doboru właściwych wartości parametrów poszczególnych algorytmów (progowania ob-razu, segmentacji, wyznaczania położenia punktów krawędziowych, dopasowania wzorca otworu do znalezionych punktów krawędziowych). Dzieje się tak dlatego, że różne al-gorytmy znajdywania punktów krawędziowych radzą sobie najlepiej z różnymi seriami zdjęć. Dlatego też otrzymane wyniki statystyczne dla jednych serii danych nie muszą od-powiadać wynikom uzyskanym dla innej serii zdjęć. Pewne prawidłowości da się jednak ustalić, co zostanie uczynione w dalszej części niniejszego rozdziału.
Badania statystyczne algorytmów rozpoznawania otworu przeprowadzono na seriach zdjęć umieszczonych w katalogu ’Badania’. Znajduje się w nim ponad 20 tysięcy zdjęć.
Dla 4112 z nich ręcznie ustalono położenie referencyjnego wzorca otworu i to właśnie te zdjęcia zostały wykorzystane do badań statystycznych. Poniżej, w tabeli 7.2, znajduje się krótka charakterystyka serii danych uwzględnionych w badaniach statystycznych.
Poszczególne serie danych oznaczone zostały kolejnymi literami alfabetu. Przykładowe zdjęcia przedstawiono na rysunku 7.6.
W każdym katalogu, odpowiadającym danej serii zdjęć, znajdują się pliki zawiera-jące wyniki analizy statystycznej (o rozszerzeniu *.stat i *.zest ) oraz katalog o nazwie
’Zdjęcia’. W katalogu tym znajdują się pliki o rozszerzeniu *.jpg zawierające oryginalne zdjęcia otrzymane z kamery oraz pliki o rozszerzeniu *.xml i nazwie odpowiadającej danemu zdjęciu, zawierające informacje dotyczące referencyjnego wzorca otworu: jego położenie, orientacja kątowa, rozmiar oraz kształt. Przetwarzanie wybranej serii danych polega na wykonaniu algorytmu przetwarzania obrazu dla każdego zdjęcia i porównaniu otrzymanych danych z informacjami przechowywanymi w referencyjnym wzorcu otworu.
Powstałe oprogramowanie pozwala na wygenerowanie danych statystycznych w po-staci histogramów dla wielu serii danych, a następnie porównanie ich ze sobą. Wymie-nione wyżej histogramy, odpowiadające jednej serii danych, mogą zostać wygenerowane dla różnych zestawów zdjęć przy tych samych ustawieniach algorytmów przetwarzania obrazu bądź dla wybranego zestawu zdjęć lecz przy różnych ustawieniach tych algo-rytmów. Drugie podejście pozwala w łatwy sposób pokazać wpływ danego parametru przetwarzania obrazu na dokładność lub niezawodność otrzymywanych wyników. Dla przykładu, możemy wygenerować serię danych statystycznych (histogramów) dla dwóch, trzech lub większej liczby różnych wartości współczynników progowania obrazu a na-stępnie porównać ze sobą otrzymane histogramy. Porównanie histogramów polega na przedstawieniu ich na jednym, wspólnym wykresie. Możliwe jest grupowanie i wspólne wyświetlenie histogramów pochodzących z sześciu różnych serii danych.
a)
c) d)
e) f)
Rysunek 7.5: Przykładowe zdjęcia pokazujące wyniki rozpoznania otworu; a) seria 1, otwory podłużne, spawanie laserem, sita wklęsłe; b) seria 1, otwory podłużne spawanie laserem, sita wypukłe; c) seria 2, otwory okrągłe, spawanie TIG; d) seria 3, otwory podłużne, spawanie TIG, wykrywanie szczepów; e) seria 4, otwory podłużne, spawanie TIG; e) seria 5, otwory podłużne, gęsto upakowane, spawanie TIG.
Różnice w otrzymanych zdjęciach w przypadku spawania laserem
Spawanie laserowe wymaga większej precyzji pozycjonowania głowicy laserowej niż de-klarowana przez producentów dokładność ruchu narzędzia robota8. Konieczna jest
bar-8Oczekujemy od robota dokładności pozycjonowania narzędzia (kamera, czujnik odległości, palnik TIG lub głowica laserowa) z dokładnością nie mniejszą niż 0,1mm. Błąd pozycjonowania kamery pod-czas wykonania zdjęcia przenosi się bezpośrednio na położenie realizowanej trajektorii. Producenci robotów zazwyczaj nie podają dokładności pozycjonowania końcówki roboczej. Podawana jest za to powtarzalność otworzenia zadanej z trajektorii, która wynosi od 0,1 mm do 0,2 mm (dla robotów o odpowiednim zasięgu i udźwigu).
a) b)
c) d)
e) f)
Rysunek 7.6: Przykładowe zdjęcia otworów serii danych biorących udział w badaniach statystycznych. a) seria A, otwory podłużne spawane laserem; b) seroa B, gęsto upa-kowane otwory podłużne spawane metodą TIG; c) seria C, otwory podłużne spawane metodą TIG; d) seria D, otwory okrągłe spawane metodą TIG; e) seria E, otwory po-dłużne, sito wklęsłe; f) seria F, otwory popo-dłużne, sito wypukłe.
dzo precyzyjna kalibracja układu kamera - głowica laserowa. W celu uzyskania wyma-ganej dokładności wprowadza się drobną korektę położenia wygenerowanych punktów trajektorii. Wyznaczona doświadczalnie korekta jest prawidłowa dla danej konfiguracji ramienia robota w dość niewielkim obszarze roboczym. Obszar sita jest dość duży i dla całego sita nie udało się zapewnić wystarczającej dokładności działania systemu. Za-stosowanie obrotnika pozwala znacząco zmniejszyć obszar pracy robota, dzięki czemu wprowadzona lokalna korekta definicji narzędzia staje się wystarczająca do zapewnienia wymaganej precyzji spawania. Wykorzystanie obrotnika powoduje, że orientacja kątowa otworów jest w przybliżeniu stała. Rurki są rozpęczone, dzięki czemu szczelina pomiędzy
seria metoda seria A laser podłużne sito wypukłe
i wklęsłe
30,5 pix 1280× 960 686 seria B TIG podłużne sito płaskie 15 pix 659× 493 279 seria C TIG podłużne sito wypukłe
i wklęsłe
12 pix 659× 493 2213 seria D TIG okrągłe sito płaskie 7 pix 640× 480 234 seria E laser podłużne sito wklęsłe 31 pix 1280× 960 247 seria F laser podłużne sito wypukłe 30,5 pix 1280× 960 453 seria uwagi
seria A oświetlenie zewnętrzne, stacjonarne; duża liczba rurek, których górna po-wierzchnia jest jaśniejsza od powierzchni sita, przy jednocześnie niewidocz-nej krawędzi między rurką a sitem (rys. 6.21)
seria B oświetlenie zewnętrzne, stacjonarne; gęsto upakowane otwory o stałej orien-tacji, przez co spawy sąsiednich otworów zalewają krawędzie sita
seria C oświetlacz diodowy zamontowany na głowicy roboczej; w wielu miejscach szczelina ma rozmiar grubości rurki; występuje duży rozrzut jasności zdjęć;
występują odblaski pochodzące z wnętrza rurki utrudniające wstępną lo-kalizację otworu
seria D oświetlacz diodowy zamontowany na głowicy roboczej; w wielu przypad-kach bardzo duża część rurki analizowanego otworu jest stopiona; następuje wyraźna deformacja termiczna przez co otwory mogą przyjmować kształt owalny
seria E uwagi jak dla serii A seria F uwagi jak dla serii A
Tabela 7.2: Zestawienie informacji dotyczących różnych serii danych na podstawie któ-rych przeprowadzono badania statystyczne.
zewnętrzną krawędzią rurki a krawędzią sita jest wąska, w wielu przypadkach niewidocz-na. Często się również zdarza, że na obrazie jasność rurki jest dużo większa od jasności powierzchni sita. Podczas analizy przekroju obrazu nie występuje krawędź narastająca, odpowiadająca krawędzi sita. Odpowiada to sytuacji przedstawionej na rysunku 6.21.
Ze względu na różny charakter zdjęć wykonanych po stronie wypukłej i wklęsłej sita, zdjęcia odpowiadające spawaniu laserem zostały podzielone na dwie serie zdjęć:
E i F, odpowiednio dla sit wklęsłych i wypukłych. Różnicę między zdjęciami otworów dla sit wypukłych i wklęsłych widać na rysunkach 7.5a,b i 7.7. W przypadku sit wypu-kłych powierzchnia sita jest zazwyczaj jednorodna, natomiast w przypadku sit wklęsłych jest ona silnie porysowana. Wynika to z zastosowanego procesu technologicznego przy-gotowania sit do spawania. Widoczne na zdjęciach rysy przeszkadzają w prawidłowej ocenie położenia punktów krawędziowych. Z punktu widzenia niezawodności rozpozna-wania otworu najważniejszą różnicą jest jednak występująca w sitach wklęsłych ciemna obwódka wokół krawędzi sita. Jest ona pozostałością po wycinaniu otworów w sicie za pomocą lasera i powstaje po stronie przeciwnej w stosunku do położenia źródła światła.
Różnicę między krawędzią otworu dla sit wklęsłych i wypukłych pokazano na rysunku 7.7. Na przedstawionych zdjęciach, ciemna obwódka tworzy wyraźną linię na powierzch-ni sita. W wielu jednak przypadkach jest ona bardziej rozmyta i sięga aż do krawędzi sita, powodując, że na otrzymanym obrazie krawędź sita leży w innym miejscu niż w rzeczywistości (rys. 7.7d). Podobny efekt pojawia się również w wyniku obecności cienia pochodzącego od wystającej rurki lub na skutek zabrudzeń powierzchni sita.
a) b)
c) d)
Rysunek 7.7: Zdjęcia pokazujące dodatkową krawędź występującą na powierzchni sita w przypadku sit wklęsłych. a) zdjęcie otworu dla sita wypukłego; b,c) zdjęcia otworu dla sita wklęsłego. Strzałką zaznaczono dodatkową linię; d) zdjęcie dla sita wklęsłego.
Czerwona linia i strzałka pokazują rzeczywiste położenie krawędzi sita, biała linia i strzałka wskazują widoczną na obrazie krawędź sita.