摘要：本文介紹德國(guó)百格拉公司生產(chǎn)的直角坐標(biāo)機(jī)器人及主要特性。在此基礎(chǔ)上主要介紹幾個(gè)在在工件無損探傷中的應(yīng)用案例。

關(guān)鍵字：直角坐標(biāo)機(jī)器人 CCD攝像機(jī) 圖像處理 特征提取 模板匹配

一、任務(wù)描述：

在幾乎所有的現(xiàn)代化批量生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品包裝盒上所印文字，符號(hào)，產(chǎn)品上的標(biāo)簽等要印刷精美，無缺陷和錯(cuò)誤。但實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)一些問題，如部分字符漏印，部分字符不完整，不同字符間混亂，如5和6，6和9就容易印混。字符位置不對(duì)，字符的字體不對(duì)或不一致等。要解決上面的問題就必須選一優(yōu)秀的圖象處理系統(tǒng)，對(duì)這些文字和符號(hào)進(jìn)行100%的可靠的檢驗(yàn)，才能保證100%的合格率，達(dá)到真正的“零缺陷”。被檢驗(yàn)識(shí)別的文字和符號(hào)可以由下面的方式產(chǎn)生：印刷，噴碼，熱轉(zhuǎn)印和激光雕刻等。這更增加了檢驗(yàn)識(shí)別的難度。

被檢驗(yàn)的東西可以在傳送帶上單排排放，也可以是如圖1所示的并列排放。機(jī)器人首先停止傳送帶，并把檢測(cè)頭移動(dòng)到第一個(gè)產(chǎn)品上方，識(shí)別系統(tǒng)開始自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別第一個(gè)產(chǎn)品。機(jī)器人再把檢測(cè)頭移動(dòng)到第二個(gè)產(chǎn)品上方，接著識(shí)別系統(tǒng)開始自動(dòng)檢測(cè)第二個(gè)產(chǎn)品，如此依次識(shí)別完該排最后一個(gè)產(chǎn)品。再起動(dòng)傳送帶把第二排產(chǎn)品移到檢測(cè)系統(tǒng)正下方，并開始該行產(chǎn)品的自動(dòng)檢驗(yàn)識(shí)別。

在圖2中被檢驗(yàn)的文字是在透明的塑料上。機(jī)器人首先停止傳送帶，并勻速移動(dòng)檢測(cè)頭，識(shí)別系統(tǒng)在幾個(gè)特定的位置自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別所印文字和符號(hào)。塑料再起動(dòng)一定長(zhǎng)度，機(jī)器人反向運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)系統(tǒng)開始該行產(chǎn)品的自動(dòng)檢驗(yàn)識(shí)別。

二、系統(tǒng)組成

這里的任務(wù)是圖2產(chǎn)品的檢驗(yàn)。該機(jī)器人是德國(guó)百格拉公司單軸機(jī)器人，由于負(fù)載小及移動(dòng)速度不高，所用型號(hào)為L(zhǎng)M-P404 R-AT5。有效行程按任務(wù)要求選為1500毫米。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是百格拉公司的步進(jìn)電機(jī)VRDM 3910 LWB。機(jī)器人控制系統(tǒng)選用百格拉公司的專用工控機(jī)TLCC。TLCC通過CAN總線控制TLC611步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。圖像處理系統(tǒng)選用德國(guó)Vision Experts GmbH公司的檢測(cè)系統(tǒng)VE4000 OCV/2。圖2是該系統(tǒng)在實(shí)際使用中的照片。下面較詳細(xì)介紹直角坐標(biāo)機(jī)器人和檢測(cè)系統(tǒng)。

2.1直角坐標(biāo)機(jī)器人介紹

德國(guó)百格拉公司是世界上最著名的機(jī)器人供應(yīng)商之一，生產(chǎn)多種規(guī)格的直線運(yùn)動(dòng)單元/導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直線電機(jī)和多軸數(shù)控系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)，在短時(shí)間內(nèi)可提供各種規(guī)格的線性導(dǎo)軌、二維、三維標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人及用戶專用機(jī)器人和生產(chǎn)線。這些機(jī)器人可以裝備焊槍、通用手爪或?qū)Ｓ霉ぞ撸瓿珊附印徇\(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。由于百格拉的導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產(chǎn)，使得機(jī)器人整體性能更加優(yōu)異。十多年來，出廠的機(jī)器人和生產(chǎn)線全部在正常工作。深受包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)械電子、汽車、食品、藥品和化妝品生產(chǎn)等行業(yè)的新老用戶厚愛。

百格拉公司的120多名專家及工程技術(shù)人員成功開發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的線性導(dǎo)軌，并在此基礎(chǔ)上與用戶密切合作開發(fā)通用及專用機(jī)器人，已為許多廠家提供了數(shù)千臺(tái)各種專用機(jī)器人及生產(chǎn)線。

其中一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是檢測(cè)產(chǎn)品標(biāo)簽等的質(zhì)量缺欠。

在直角坐標(biāo)機(jī)器人中各個(gè)軸主要是做直線運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐標(biāo)機(jī)器人。直角坐標(biāo)機(jī)器人可分為一維到多維很多種，每一維是一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)單元組成。一臺(tái)噴涂用三維直角坐標(biāo)機(jī)器人由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)單元組成，而一臺(tái)碼垛機(jī)器人根據(jù)應(yīng)用要求通常由幾個(gè)一維，二維和三維直角坐標(biāo)機(jī)器人組合而成。百格拉公司直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是運(yùn)動(dòng)行程0到18米；負(fù)載1~180公斤；重復(fù)定位精度0.05mm；每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)速度最高可達(dá)5米/秒。

2.2機(jī)器視覺系統(tǒng)

機(jī)器視覺就是使機(jī)器有人眼和大腦的部分功能，自動(dòng)做如形狀測(cè)量，印刷質(zhì)量缺欠識(shí)別和產(chǎn)品外觀質(zhì)量識(shí)別等工作。機(jī)器視覺系統(tǒng)通常用在全自動(dòng)化、高效高可靠性和非接觸地，大批量生產(chǎn)過程中的檢測(cè)識(shí)別工作。常見的視覺系統(tǒng)一般包括如下部分：光源，鏡頭，CCD攝相機(jī)，圖像采集卡，圖像處理軟件，監(jiān)視器，通訊/輸入輸出單元等。也有許多智能攝相機(jī)自身已帶有鏡頭，CCD攝相機(jī)，高速CPU，存儲(chǔ)器，常用圖像處理軟件，通訊口和/輸入輸出單元。CCD攝相機(jī)有彩色攝相機(jī)和黑白攝相機(jī)，本文僅介紹CCD黑白攝相機(jī)。

首先CCD攝相機(jī)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成灰度圖像信號(hào)，該信號(hào)先被放大，再數(shù)字化為數(shù)字圖像。數(shù)字圖像以二維矩陣存儲(chǔ)起來，如Vision Components GmbH公司智能攝像機(jī)VC2028的每一幅數(shù)字圖像都是640*480的二維矩陣。該矩陣的每一個(gè)元素叫像素，它的數(shù)值通常是0~255。像素的數(shù)值0~255對(duì)應(yīng)目標(biāo)的最暗和最亮處。圖像處理軟件就是根據(jù)圖像中像素分布和亮度變化等信息抽取圖像中目標(biāo)的特征，如：面積、長(zhǎng)度、數(shù)量、位置等，然后與所存的模板進(jìn)行比較匹配，最后給出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個(gè)數(shù)、合格/不合格、有/無等。

2.2.1系統(tǒng)硬件配置

本文CCD相機(jī)選用德國(guó)Vision Components GmbH公司智能攝像機(jī)VC2028。其配置如下：CCD芯片是Sony 1/2”640*480點(diǎn)，每秒25楨圖像，存儲(chǔ)器配置是16MB SDRAM,2MB Flash Eprom,8bit overlay,CPU是TMS 320 C62XX，速度是1200MIPS（每秒1200百萬(wàn)指令）。VC2028通過自帶RS232口可以把位置數(shù)據(jù)傳給PC機(jī)。VC2028還自帶4路數(shù)字輸入口和4路數(shù)字輸出口。根據(jù)視場(chǎng)范圍和高度選用對(duì)應(yīng)的鏡頭。

2.2.2識(shí)別系統(tǒng)的功能

檢測(cè)系統(tǒng)是德國(guó)Vision Experts GmbH公司的E4000OCV/2系統(tǒng)，它由智能CCD攝像機(jī)VC2028和專利識(shí)別軟件組成，可以檢測(cè)各種符號(hào)，如可以是印刷的符號(hào)，噴碼符號(hào)，熱轉(zhuǎn)印，激光雕刻等。可以100%保證發(fā)現(xiàn)所有下面的問題：整個(gè)漏印字符，部分漏印字符，部分字符不完整，不同字符間混亂，如5和6;6和9印混，字符位置不對(duì)，字符的字體不對(duì)或不一致。該系統(tǒng)可以識(shí)別多種符號(hào)，當(dāng)圖像中要識(shí)別的符號(hào)與背景的對(duì)比度有些變化，如照明系統(tǒng)出現(xiàn)問題，甚至圖像背景里有某種規(guī)則的紋理時(shí)，不會(huì)影響該系統(tǒng)的正常工作。該系統(tǒng)也非常靈活，可以是一分鐘僅檢測(cè)10個(gè)產(chǎn)品，一小時(shí)檢測(cè)10萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品。

可以同時(shí)檢測(cè)300個(gè)字符，可以檢測(cè)同時(shí)含10種字體的符號(hào)集合。每小時(shí)可以檢測(cè)最多到10萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品。每個(gè)圖像可以400個(gè)符號(hào)，同時(shí)檢測(cè)10種不同字體的符號(hào)。被檢測(cè)物體可以被轉(zhuǎn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，自動(dòng)給出檢測(cè)數(shù)據(jù)，有自檢和外部信號(hào)起動(dòng)公司，檢測(cè)的符號(hào)可以縮小和放大，給出符號(hào)的位置數(shù)據(jù)。

對(duì)操作員不需要任何編程經(jīng)驗(yàn)，很復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)可以在幾分鐘內(nèi)設(shè)置好。操作員僅僅要用手動(dòng)操作器定義要檢測(cè)區(qū)域窗口，用示教方法把要識(shí)別的所有符號(hào)告訴測(cè)試系統(tǒng)及通過操作菜單輸入幾個(gè)參數(shù)。操作員經(jīng)過幾小時(shí)的培訓(xùn)就可以完全掌握該系統(tǒng)。

三、結(jié)論：

本文主要介紹了德國(guó)百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人及德國(guó)Vision Experts GmbH公司的E4000O CV/2檢測(cè)系統(tǒng)。德國(guó)Vision Experts GmbH公司的E4000 OCV/2檢測(cè)系統(tǒng)裝配在百格拉公司的單軸直角坐標(biāo)機(jī)器人上，被許多用戶非常成功地用在文字符號(hào)檢驗(yàn)上。該系統(tǒng)運(yùn)行非常可靠，可以100%發(fā)現(xiàn)下面的問題：整個(gè)漏印字符，部分漏印字符，部分字符不完整，不同字符間混亂，字符位置不對(duì)，字符的字體不對(duì)或不一致。該檢測(cè)系統(tǒng)在歐洲大量取代一美國(guó)同類系統(tǒng)，已成為歐美市場(chǎng)上最可靠的系統(tǒng)。

隨著大批量全自動(dòng)化生產(chǎn)的迅猛發(fā)展及眾多產(chǎn)品需要在許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)100%被檢測(cè)，此類直角坐標(biāo)機(jī)器人和圖像處理系統(tǒng)將具有更加廣范的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Γ?/p>