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摘要：本文介紹德國百格拉公司生產的直角坐標機器人及主要特性。在此基礎上介紹一個在工件質量檢測中的應用。
關鍵字：工件定位 直角坐標機器人 CCD，圖像處理，特征提取和模板匹配。
一、 直角坐標機器人介紹
德國百格拉公司是世界上最著名的機器人供應商之一，生產多種規格的直線運動單元/導軌、步進電機、交流伺服電機、直線電機和多軸數控系統。以此為基礎，在短時間內可提供各種規格的線性導軌、二維、三維標準機器人及用戶專用機器人和生產線。這些機器人可以裝備焊槍、通用手爪或專用工具，完成焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。由于百格拉的導軌、驅動電機、減速機和控制系統等所有部件全部自己生產，使得機器人整體性能更加優異。十多年來出廠的機器人和生產線全部在正常工作，深受包裝機械、印刷機械、機械電子、汽車、食品、藥品和化妝品生產等行業新老用戶的厚愛。
百格拉公司的120多名專家及工程技術人員成功開發生產了各種規格的線性導軌，并在此基礎上與用戶密切合作開發通用及專用機器人，已為許多廠家提供了數千臺各種專用機器人及生產線。其中一個應用領域是工件質量檢測。在超大批量生產中，每個產品的主要功能，或整個產品的所有功能都要經過嚴格的100%的檢測。而且檢測周期要很短，來滿足超大批量生產的要求。下面介紹一個簡單的應用按理。
二 任務描述
被檢測的產品被整齊放在一個4000*2500mm的檢測平臺上。每個產品的尺寸大約是60*30mm，整個平臺被均分成50行和50列的矩陣式2500個小格，每個格的尺寸是80*50mm。每個格中心處放一個產品，但其位置有大約2mm的誤差。但誤差僅是在X和Y方向上，而產品的方向是足夠準確的。機器手要把測量用插頭準確插入產品信號端子上，測量儀器發出幾種檢測信號，來檢驗該產品的各個功能是否正常工作。測量儀器接收產品的輸出信號，并以此為依據來判斷產品是否合格。測量儀器要給出不合格產品的位置。在上面的工作過程中，
機器人必需知道每個產品的準確位置，誤差要小于0.1mm, 這樣機器人才能把測量用插頭準確插入產品信號端子上。
三 所選用的機器人
根據工作平臺的有效面積是4000*2500mm，這里要選擇一個有效行程為4000*2500*200mm的三維機器人。為了測量每個產品的準確位置，我們在機器人的Z軸上裝上CCD相機，由機器人按事先定好的位置運動到被測產品的上面，CCD鏡頭與被測產品的最高表面的高度是100mm，保證視場是40*40 mm。
由于CCD相機及所配電纜的總重量大約500克，測量用插頭及所配電纜的總重量大約1000克，向上拔測量用插頭的力量大約1000克，Z軸總負載大約為2500克，所以Z軸負載為5公斤的LM-P404 R—T5抓取式導軌。考慮到可能有幾種不同高度的產品要檢測，Z軸的行程選為200mm。Z軸驅動電機為SER3916/5S，Z軸自重加上所有負載和驅動電機為11.6公斤，Y軸選擇為LM-P608R-AT5，有效行程為2500mm，驅動電機為SER3913/5S。Y軸自重加上所有負載（Z軸）和驅動電機為42.3公斤。根據Y軸，Z軸重量及所有負載和驅動電機的總重量X軸為LM-P/S608 R-AT5，有效行程為4000mm，驅動電機為SER3913/5S。。
四 控制結構和CCD相機
該機器人的控制系統采用德國運動技術公司（Movtec）的三軸運動控制卡DEC4DT和運動控制軟件Editasc。DEC4T3運動控制卡是基于PC機，專用控制3臺步進電機和數字伺服電機的運動控制卡。EdiTasc不僅是MOVTEC公司各種控制卡配套的通用數控軟件，它也是一個高度開放的開發平臺，可以直接控制各種工業自動化設備，或方便的開發用戶專用頁面及控制系統。DEC4T3自帶36路數字輸入輸出口，來作為限位開關，控制CCD和起動檢測儀器。
CCD相機選用德國Vision Components GmbH公司智能攝像機VC2028。其配置如下：CCD芯片是Sony 1/2” 640*480點，每秒25楨圖像，存儲器配置是16 MB SDRAM, 2 MB Flash Eprom, 8 bit overlay, CPU是TMS320C62XX，速度是1200MIPS （每秒1200百萬指令）。VC2028通過自帶RS232口 可以把位置數據傳給PC機。VC2028還自帶4路數字輸入口和4路數字輸出口。視場范圍是40mm×40mm。
五 工作過程：
整個工作臺上有50×50個產品，X軸方向有50行，Y軸方向上有50列，每個產品占80*50mm的工作臺面。先對第一行的第一個產品進行檢測，然后是第一行的第二個產品，如此依次到然后是第一行的第五十個產品。完成對第一行所有產品的檢測后，再對第二行上從第一列上的產品到第五十列上的產品依次逐個進行檢測。如此依次逐行逐列對所有產品進行檢測。
利用EdiTasc通用數控軟件的Mtasc語言可以很方便簡單地完成上面的定位運動。程序結構大體如下：
I = -1; /* 行位置變量 */
J = -1; /* 列位置變量 */
For 50 { /* 逐行檢測產品 */
I = I + 1;
For 50 { /* 逐列檢測產品 */
J = J + 1;
If (Input1 == 1) { /* 輸入口1，一個產品檢測完信號，可以運動到下個產品上面 */
Xposi = I * 80 + 40; /* 下個產品的行位置 */
Yposi = J * 50 + 25; /* 下個產品的列位置 */
X Xposi Y Yposi MF ; /* Z軸快速運動到該產品上方 */
Wait 0.0; /* 等待0.0秒，目的是保證Z軸已運動到該產品上方*/
}
Out Output1 /*輸出口1給CCD像機信號，Z軸已到產品的上面，CCD可以工作*/
}
}
從機器人把Z軸和上面CCD相機運動到產品上面后，CCD相機檢測到開始新的位置檢測工作信號后，攝取一副圖象。圖象處理軟件的功能大體如下：1）第一步是先對圖象二值化處理，由于采用近似平行光從側面照明，產品的兩個幾乎相互垂直的外邊可以很清楚地被檢測出來。2）第二步是對兩個幾乎相互垂直的外邊的位置進行推算，為得當更準的位置，利用像素間差補。3）把得到的位置數據傳給EdiTasc軟件。EdiTasc通用數控軟件得到新的位置數據后，根據所得位置的差來移動X軸和Y軸到產品上面。實際中0.1mm的位置差用百格拉的機器人很輕松得到保證。
到達產品的正上方后機器手把測量用插頭迅速準確插入產品信號端子上，先給產品通電，然后測量儀器按一定時序發出檢測信號，并接收該產品對應各個功能時的輸出信號，并以此為依據來判斷產品是否合格。
六：結論
采用百格拉公司的機器人后使上面的產品質量檢測速度大為提高，而且沒有忘檢測現象出現。省去打量人力，大量降低成人工成本。該機器人運行一年后就收回所投入的成本。該機器人在正常維護下至少運行十年。實際中下面的領域是幾個典型的直角坐標機器人的應用：1）從面包包裝，雞蛋噴碼，BOURJOIS公司和LAUDER化妝品公司口紅的裝配和包裝，很多藥品的包裝；2）精密工件到電子產品的裝配，檢測和包裝：如西門子和諾基亞的手機生產中，菲利浦和Suntec的電子元件生產線；3）其它一些大批量產品的生產過程中的檢測和裝配。4）大眾和奔馳公司的汽車的生產線，博世公司廠內自動化生產線，海德堡印刷機生產線上。 隨著大批量全自動化生產的迅猛發展及很多產品要在許多生產環節100%被檢測，這類直角坐標機器人將具有更加廣范的市場前景和發展潛力！
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