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GB／T 39005-2020 工业机器人视觉集成系统通用技术要求.pdf

工业机器人视觉集成系统按安装方式分为： a）外置式系统（见图1)； b）固定式系统（见图2）； c）运动式系统（见图3）。 注：外置式系统通常也称为手眼式系统

图1外置式系统示意图

图2固定式系统示意图

图3运动式系统示意图

工业机器人视觉集成系统由主控单元、工业机器人和视觉单元组成，主控单元、工业机器人和视觉 单元可集成为一个软硬件平台。主控单元进行流程总控，工业机器人负责运动控制，视觉单元负责视觉 言息处理，主控单元根据应用的实际情况和复杂程度可有如图4所示儿种形式 a）主控单元、工业机器人和视觉单元相对独立，工业机器人和视觉单元分别与主控单元进行交 互，如图4中的（1）所示： b）工业机器人同时作为主控单元TB 10761-2013 高速铁路工程动态验收技术规范，如图4中的（2)所示

图4工业机器人视觉集成系统组成

主控单元应提供与视觉单元、工业机器人以及外部系统之间进行信息传递的通信接口，以及用户进 行操控的人机接口。

工业机器人应提供与主控单元和视觉单元之间进行信息传递的通信接口，以及用户进行操控的人 机接口。

视觉单元应提供与主控单元和工业机器人之间进行信息传递的通信接口，以及用户进行流程定制、 参数修改、二次开发等功能的可编程接口。

工业机器人应具备接收和执行主控单元或者视觉单元指令、向主控单元或者视觉单元发送数据 求等功能。根据不同的应用场景，工业机器人视觉集成系统宜具有以下特定的应用功能： a）对于运动物体的识别以及拾取，系统应具备同步跟踪功能；

b）在连续轨迹加工应用中，系统应具备实时轨迹跟踪功能

6.2.1图像数据获取功能

6.2.2数据处理功能

6.2.3状态输出功能

视觉单元应可通过通信接口（I/O），TCP/IP，Modbus，RS232/RS485等输出如下状态信息： a）系统是否就绪； b）拍照输出信号：视觉单元在完成图像获取时输出状态变化； c）出错指示：当视觉单元出现影响正常运行的异常时输出告警状态指示

6.2.4数据输出功能

视觉单元应提供数据输出功能。输出的数据包含如下信息： 直线信息，包括直线上两个点的坐标； b) 圆信息，包括圆心坐标、半径； c 圆弧信息，包括圆环圆心坐标、半径、圆弧上起点坐标、圆弧终点坐标； d) 斑点信息，包括斑点质心坐标、斑点面积、斑点方向、斑点周长； e) 模式识别信息，包括模式坐标、模式角度： f) OCR识别信息，包括识别字符串、识别字符串的中心位置、外接矩形； ID识别信息，包括识别字符串、识别字符串的中心位置、ID的外接矩形； h) 物体3D位姿，包括位置（X,Y,Z)和姿态（A，B，C）； 1） 物体2D位姿，包括位置（X，Y）和角度A； ） 距离； k） 点坐标，包括位置（X，Y，Z）。 特定视觉单元可以仅输出一种或者几种数据

6.2.5外部控制功能

视觉单元应能够接受外部系统的控制命

a）暂停； b）继续运行； c) 复位； d）停止运行（急停）。

7.1.2光源寿命要求

GB/T390052020

LED光源指定测试点的温度和驱动电流都不大于最大壳温和驱动电流条件下，按光衰3%时， 低于15000h，按光衰7%时，寿命不低于25000h

7.1.3亮度流明一致性

基准光照度的发光面积不低于总面积的80%。

装位置应满足视觉集成系统的打光需求

照明强度应满足以下要求： a）亮度足够系统需求成像的对比度，减少图像出现噪声的可能性； b）亮度足够系统需求成像的景深； c）光源强度应能保持稳定

视觉单元应用的光源应使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度，从 王其他背景

7.1.7工作连续性要求

光源应持续使用，为保证视觉集成系统处理图像的准确性，光源应满足系统长时间连续工作成像的 一致性要求

LED光源型号参数应符合表1的要求

GB/T39005—2020

表1LED光源型号参数表

工业机器人视觉集成系统的外壳防护 级应满足工业机器人最终使用环境的要求并符合工业机器 人产品标准的规定，测试方法应符合GB/T4208的规定

工业机器人视觉集成系统应防止视觉单元承受大的冲击和振动，在受到频率为5Hz～55Hz、振幅 为0.15mm的振动时，工作应正常。工业机器人视觉集成系统的抗振应满足工业机器人最终使用环境 的要求，符合产品标准中的规定，测试方法应符合JB/T10825的规定

符合GB11291.1和GB/T5226.1的规定

GB/T390052020

视觉单元应具有： a）出现异常时通知工业机器人进行急停操作的告警输出功能； b）相机坐标系标定准确性确认功能

上业机器八规宽集成系统的可菲 （VIBF）和敌障平均修复时日（VI1R 来衡量，具体数值和测试方法由产品标准规定

8.1工业机器人的要求

工业机器人应提供视觉单元集成所需的机械接口，并符合GB/T14468.1和GB/T14468. 定。

8.2.1视觉传感器的安装

8.2.1.1外置式安装

视觉传感器安装在工业机器人本体 视宽传感器安装应牢固，能抵抗折 10696.3的试验方法后应满足表3的抗折弯要求。

8.2.1.2固定式安装

视觉传感器安装在相对于工业机器人机座位姿不变的位置上。视觉传感器安装应牢固，与工业机 器人及作业对象应不发生干涉

8.2.1.3运动式安装

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与工业机器人、作业对象及其他周围环境应不发生干涉

8.2.2视觉传感器关键零部件的安装

工业镜头安装在工业相机上，在可更换镜头的视觉单元中，根据不同的镜头类型及参数应在工业相 机安装位置预留出足够的空间以保证镜头的安装，并应符合以下要求： a）镜头与作业区域之间在拍摄过程中无障碍物遮挡； b） 镜头安装方式应保证其足够稳固，满足7.4中的抗振要求； c）光源的安装应保证其足够的稳固，使其能够提供稳定的照明环境； d）遮光罩的安装应保证其足够的稳固，使其能够提供稳定的干扰光遮蔽功能

工业机器人与视觉单元安装后，参见附录A所示方法对工业机器人视觉集成系统进行坐标系的 建立工业机器人坐标系与视觉单元坐标系的关联

9.1非视频流通信协议

主控单元和工业机器人、主控单元和视觉单元、工业机器人和视觉单元通信传输可采用表4所示 外议并符合相应的标准要求。

视觉集成系统专用协议对应用层进行专用定义，对数据链路层及物理层不做专用要求，视觉集成系

9.1.2.2应用层顿结构

应用层顿结构见表5。顿长度为不定长，传输顺序为大端字节序，高位字节在前，低位字节在后。

9.1.2.3部件数据编码

部件数据编码如表6所示，部件参数编码参见附录B

根据传输介质的不同，选择支持不同的传输协议： a）网线传输：GigEVision； b)USB传输：USB3Vision

9.2.2图片压缩格式

根据传输图片格式的不同，可支持如下图片压缩格式 a)JPEG： b) Png

根据传输图片格式的不同，可支持如下图片压缩格式 a）JPEG： b) Png。

9.2.3视频压缩格式

根据传输视频格式的不同，可支持如下视频压缩格式 a)H.264; b)H.265

附录A （资料性附录） 工业机器人视觉集成系统坐标系标定

工业机器人视觉集成系统坐标系的标定，是将工业机器人坐标系与视觉单元坐标系关联起来，可以 世界坐标系O一X。一Y。一Z。为基准，将工业机器人坐标系中的工件坐标系O一Xw一Y一Zw和视 觉单元坐标系中的图像坐标系O；一X；一Y一Z：通过相机坐标系O。一X。一Y。一Z。建立转换关系，世界 坐标系、工件坐标系、相机坐标系与图像坐标系关系图详见图A.1。也可以工业机器人坐标系中的其他 坐标系与视觉单元坐标系中的图像坐标系建立转换关系。

世界坐标系、工件坐标系、相机坐标系与图像坐

工业机器人坐标系的标定及视觉单元坐标系的标定是指使用标准的模板和方法对其准确度进 ，工业机器人坐标系的标定可通过其工具坐标系的标定实现，并实现工业机器人坐标系和视觉单 系的统一

A.2.2工业机器人工具坐标系标定

工业机器人进行工作时，根据工作内容和要求的不同，如果在工业机器人的未端固定不同的工 要对不同的工具进行工具坐标系Q一XT一Y一ZT的标定。工具坐标系Q一XT一Y一ZT的 一般分为工具中心点（TCP)的位置标定以及工具坐标系姿态（TCF)标定两部分，如图A.2所示。

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图A.2工业机器人工具坐标系标定图

注：图A.2中所示各坐标系均为示意图，实际坐标系的原点及轴向由转换需求而定 工业机器人工具坐标系标定可按照下列标定步骤进行： a）标定算法运动学模型： 根据实际应用场景，在进行工具中心点（TCP)标定过程中，控制工业机器人进行多次定位，并 记录相应的角度值，建立通用运动学模型如下： ETT=T 其中，《B)为机座坐标系，（E)为机械接口坐标系，《T)为工具坐标系，T，为工业机器人工具 坐标系相对于机座坐标系O1一X，一Y1一Z.的坐标变换矩阵，T：为机械接口坐标系Om X一Y一Z相对于机座坐标系O,一X一Y,一Z，的变换矩阵，T为机械接口坐标系到工 具坐标系OT一XT一Y↑一Z↑的变换矩阵，如图A.2所示。 b）空间参考点选取： 工具中心点（TCP)标定需要控制工业机器人以多个姿态约束工具中心点（TCP）处于同一个空 间参考点。 C 多点标定选取： 根据不同的标定装置可以选择不同的标定点数，通常选择范围是3点标定到7点标定。 d）工具坐标系姿态（TCF）标定： 通常在工具中心点（TCP)标定完成之后，可根据工具坐标系的X/Y、X/Z方或Y/Z方向进行 标定

A.2.3视觉单元坐标系标定

视觉单元标定可按下列标定通用步骤进行： a）运动学建模： 根据实际应用场景，建立描述工业机器人几何特性和运动性能之间的数学模型，提供通用参数 个数并给出其对应的几何特性的描述和定义。 在排除相机畸变的前提下，视觉单元坐标系标定过程即工件坐标系Ow一Xw一Yw一Z到图 像坐标系O：一X：一Y：一Z（相机内像素点空间）的映射，如图A，1所示，其过程通用模型定义

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sm =K[R.tIM

其中s为常数，m为像素空间坐标，K为内参矩阵GB 50365-2019 空调通风系统运行管理标准，R为旋转矩阵，t为平移矩阵，M为空间 坐标。 D 测量及参数辨识： 测量工业机器人在世界坐标系下的多点位置坐标，以精确计算出内参矩阵以及旋转矩阵和平 移矩的值

其中s为常数，m为像素空间坐标，K为内参矩阵，R为旋转矩阵，t为平移矩阵，M为空间 坐标。 测量及参数辨识： 测量工业机器人在世界坐标系下的多点位置坐标，以精确计算出内参矩阵以及旋转矩阵和平 移矩阵的值

A.2.4坐标系标定提供

工业机器人供应商或视觉单元供应商需要提供工业机器人或视觉单元标定模板及标定方法， 业机器人坐标系与视觉单元坐标系之间的精确转换

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部件参数编码见表B.1

GB／T50113-2019 滑动模板工程技术标准及条文说明表 B.1部件参数编码表