自动化拣选处理的“三维眼”

为了能够直接从箱子里取出杂乱摆放且包装好的目标物并进行自动化仓储管理，Magazino公司采用了一部IDS有限公司研发的立体3D相机。该公司位于慕尼黑，研发和制造用于库房和物流的机器人技术解决方案以及节省占位的自动化拣选堆垛系统。采用该技术解决方案可实现多样性物体的精准入库和出库作业。

图1 Maru药品拣选自动化装置可在仅为7m²的面积上最多存储15000个药品包装盒

Magazino公司借助于Maru货物拣选处理自动化装置展示了具有革命意义的药房物品自动化入库技术方案，该技术方案根据药房对物品入库和出库作业自动化水平的要求，实现在仅有7m²的面积内最多可库存15000个药品包装（图1）。与通常的库房货架相比，每平方米库存的药品包装最多可增多80%。通过在一个圆形的盘型结构上进行药品包装库存，也可实现药品出库时间缩短的目的，从而有效利用空间。药品按照包装的高度在圆形的盘式结构上以不同的距离进行分类存放。与传统的抽屉式装置相比，Maru药品拣选处理自动化装置所占面积明显减小，并且可大大缩短药品的入库时间以及库存药品的维护时间，此外，该装置还能够与所有通用的货物经营系统相匹配。

Maru药品拣选处理自动化装置的另一优点是：该装置可直接从大型批发商供货的箱子里拣选药品，能够自行识别条形码和药品失效日期。Maru药品拣选处理自动化装置之所以能够做到这一点，源于其创新性相机技术和药品拣选技术。

借助于Magazino公司自行研发的吸附式拣选工具可将杂乱摆放在箱子里的药品取出。这种控制的基础是由一部立体相机拍摄下来的3D图像。Magazino公司软件研发负责人Nikolas Engelhard说：“这也可以用条形码光传感器来代替，但是，条形码光传感器明显要昂贵得多。或是使用光薄片传感器,而采用这种传感器首先必须将传感器在箱子上方移动一次，以提供完整的3D图像。为此，我们决定采用一部IDS有限公司研发的Ensenso–N10-3D立体相机。”

图2 Ensenso立体3D相机有两个球状光栅CMOS传感器、一个功能强大的软件和一个结构投影仪

与Maru药品拣选自动化装置的技术方案一样，IDS有限公司研发的Ensenso-N10-3D立体相机的技术同样是一个不同寻常的解决方案。该3D相机不仅安置在一个结构非常紧凑的外壳里，集成了两个球状光栅CMOS传感器和一个功能强大的软件，而且还集成了一个结构投影仪（图2），该结构投影仪在被拍摄的目标物上随机投射出点状图形，以补充和强化突显目标物上没有显出的或是弱存在的结构。图像的精确部位必须要有图像叠加，这样，两个图像传感器才能按照相应的立体版原理检测目标物，随后，借助于测量学的三角测量法检测到其相互关联，在3D坐标里重组每个象点。

图3 客户既能够得到立体3D相机，也能够得到USB 2.0和一个兆比特以太网连接

如果在一个箱子里放置的是均一的结构件的话，那么拍照时便不会发生采用相同技术手段的费用，在短短的几毫秒内便可无漏洞的生成全面的细节具体的3D图象。相机既可用一个USB 2.0也可用一个兆比特以太网连接来得到这些3D图象（图3）。Magazino公司为该Maru药品拣选自动化装置采用的是N10型USB连接模式。尽管使用了两个传感器并装入了一个投影仪，该Ensenso相机的外形尺寸仅为150 mm×45 mm×45mm，重量仅为400g，该相机的外壳是坚实耐用的铝制外壳，其装有一个用于12～24 V硬件触发器的GPIO（通用型输入输出）连接器、适用于工业使用的输入和输出件。

，在清空的批发药品箱子上方驶过，在那里检测放置在箱子里的药品（图4）。Magazino公司研发药品拣选自动化装置的原则是，Ensenso相机的视野能够与应用（与箱子的距离、箱子大小）相匹配，在可能的情况下，与箱子的距离尽可能达到最小。Magazino公司软件研发负责人Nikolas Engelhard说：“总的来说，该自动化装置应尽可能做到结构紧凑。整个药品存储处设置在桌子下面，工作高度为1.1m，批发商的发货箱高约20cm，我们要从箱子里取出最大高度为15cm的药品包装。我们便无法采用传统的轴式装置。Ensenso相机有不同焦距，这样，便能够为我们的应用选择理想的模式。”

图4 ，在相对靠近正在清空的药品批发箱的上方驶过

接下来便是精选出由3D立体相机提供的点云，并确定吸附拣选装置操作的理想位置。之后，由拣选装置将单个药品包装（药品包装的典型外形尺寸为100mm×50mm×20mm）取出，例如，药品包装的高度在箱子里无法测量。

为了确定药品包装盒的理想占位，必须精准确定药品包装盒的外形尺寸。此外还必须用一台2D相机拍摄下药品包装盒的基本图象，能够借助于这样的基本图像在盘式库房内拣选药品包装盒或是进行全自动化药品盘点。之后，又重新拣选药品包装，并将其置于一个照明单元前进行条形码识别和药品失效期识别。必须通过由多个从各个方向驶来的LED冲击阴影组合起来以突出条形码和药品失效期，以便识别。最后，药品包装定位在一个缓冲圆盘上，并在此由另一个吸附拣选装置送到规定的药品存放处。

对于像Magazino公司这样的企业来说，在整体工作流程中，相机的软件与硬件同样重要。原因是相机的软件同样决定着设备的集成费用。在提供Ensenso相机的范围内，客户能够得到一个图像加工处理文库Halcon的界面和一个包罗万象的软件研发配套工具，该软件研发配套工具与Gig-E和USB的模式是一致的。Magazino公司使用SDK工具，以在该应用中与其他程序交换图像数据。Nikolas Engelhard说：“我们在机器人工作系统里用Ensenso软件研发配套工具中设置了一个为其他程序提供点云的界面。”

由于有包罗万象的软件支持，并以此对机器人版本的应用实现了最佳化，这样，自动化设备集成变得简单且省时。为此，Ensenso相机提供该箱子的可度量的3D数据，并且能够立即嵌入，机器人还必须与相机进行校准，这借助于安装在拣选设备上的校准片可简单实现。软件由此计算出相机的安装位置和3D数据，并立即在坐标系里呈现，整个过程再简单不过了。

关于3D成像系统目前主要有3D扫描仪和3D立体相机，3D立体相机能单方向获取物体180°的3D数据，更加清晰的表现出物体的细节。目前工业用绝大多数电子光学照相机只限于摄取二维平面的图像，因而使人们不能感知到立体世界的复杂。

由于技术上的综合性和相对高的成本，3D图像加工处理技术现在几乎未被应用。但是，Magazino公司用本文介绍的应用表明，使用Ensenso立体3D相机能够经济的满足“在箱子里拣选”的严苛要求。Nikolas Engelhard这样表述：“该相机是一个结构紧凑性、测量准确性和价格三方面的理想产品。”