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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。在此基礎上主要介紹幾個在在工件無損探傷中的應用案例。
關鍵字：直角坐標機器人 CCD攝像機 圖像處理，特征提取和模板匹配。
一 任務描述：
在幾乎所有的現代化批量生產過程中，產品包裝盒上所印文字，符號，產品上的標簽等要印刷精美，無缺陷和錯誤。但實際生產中會出現一些問題，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，字符的字體不對或不一致等。要解決上面的問題就必須選一優秀的圖象處理系統，對這些文字和符號進行100%的可靠的檢驗，才能保證100%的合格率，達到真正的“零缺陷”。被檢驗識別的文字和符號可以由下面的方式產生：印刷，噴碼，熱轉印和激光雕刻等。這更增加了檢驗識別的難度。
被檢驗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。機器人首先停止傳送帶，并把檢測頭移動到第一個產品上方，識別系統開始自動檢測識別第一個產品。機器人再把檢測頭移動到第二個產品上方，接著識別系統開始自動檢測第二個產品，如此依次識別完該排最后一個產品。再起動傳送帶把第二排產品移到檢測系統正下方，并開始該行產品的自動檢驗識別。
在圖2中被檢驗的文字是在透明的塑料上。機器人首先停止傳送帶，并勻速移動檢測頭，識別系統在幾個特定的位置自動檢測識別所印文字和符號。塑料再起動一定長度，機器人反向運動，檢測系統開始該行產品的自動檢驗識別。
圖1：自動檢測傳送帶上逐行逐列排放的產品 圖2：自動檢測在透明朔料上所印的一行字符
二 系統組成
這里的任務是圖2產品的檢驗。該機器人是德國百格拉公司單軸機器人，由于負載小及移動速度不高，所用型號為LM-P404 R-AT5。有效行程按任務要求選為1500毫米。驅動電機是百格拉公司的步進電機VRDM3910LWB。機器人控制系統選用百格拉公司的專用工控機TLCC。TLCC通過CAN總線控制TLC611步進電機驅動器。圖像處理系統選用德國Vision Experts GmbH公司的檢測系統 VE 4000 OCV/2。圖2是該系統在實際使用中的照片。下面較詳細介紹直角坐標機器人和檢測系統。
2.1 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的新老用戶厚愛。
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檢測產品標簽等的質量缺欠。
在直角坐標機器人中各個軸主要是做直線運動，而且運動方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐標機器人。直角坐標機器人可分為一維到多維很多種，每一維是一個運動軸，由一個直線運動單元組成。一臺噴涂用三維直角坐標機器人由三個直線運動單元組成，而一臺碼垛機器人根據應用要求通常由幾個一維，二維和三維直角坐標機器人組合而成。百格拉公司直角坐標機器人的主要技術數據是運動行程0到18米；負載1~180公斤；重復定位精度0.05mm；每個軸運動速度最高可達5米/秒。
2.2 機器視覺系統
機器視覺就是使機器有人眼和大腦的部分功能，自動做如形狀測量，印刷質量缺欠識別和產品外觀質量識別等工作。機器視覺系統通常用在全自動化、高效高可靠性和非接觸地，大批量生產過程中的檢測識別工作。常見的視覺系統一般包括如下部分：光源，鏡頭，CCD攝相機，圖像采集卡，圖像處理軟件，監視器，通訊/輸入輸出單元等。也有許多智能攝相機自身已帶有鏡頭，CCD攝相機，高速CPU，存儲器，常用圖像處理軟件，通訊口和/輸入輸出單元。CCD攝相機有彩色攝相機和黑白攝相機，本文僅介紹CCD黑白攝相機。
首先CCD攝相機將被攝取目標轉換成灰度圖像信號，該信號先被放大，再數字化為數字圖像。數字圖像以二維矩陣存儲起來，如Vision Components GmbH公司智能攝像機VC2028的每一幅數字圖像都是640*480的二維矩陣。該矩陣的每一個元素叫像素，它的數值通常是0~255。像素的數值0~255對應目標的最暗和最亮處。圖像處理軟件就是根據圖像中像素分布和亮度變化等信息抽取圖像中目標的特征，如：面積、長度、數量、位置等， 然后與所存的模板進行比較匹配，最后給出結果，如：尺寸、角度、偏移量、個數、合格/不合格、有/無等。
2.2.1 系統硬件配置
本文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。根據視場范圍和高度選用對應的鏡頭。
2.2.2 識別系統的功能
檢測系統是德國Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2系統，它由智能CCD攝像機VC2028和專利識別軟件組成，可以檢測各種符號，如可以是印刷的符號，噴碼符號，熱轉印，激光雕刻等。可以100%保證發現所有下面的問題：整個漏印字符，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，字符的字體不對或不一致。該系統可以識別多種符號，當圖像中要識別的符號與背景的對比度有些變化，如照明系統出現問題，甚至圖像背景里有某種規則的紋理時，不會影響該系統的正常工作。該系統也非常靈活，可以是一分鐘僅檢測10個產品，一小時檢測10萬個產品。可以同時檢測300個字符，可以檢測同時含10種字體的符號集合。每小時可以檢測最多到10萬個產品。每個圖像可以400個符號，同時檢測10種不同字體的符號。被檢測物體可以被轉動，在運動中實時動態檢測，自動給出檢測數據，有自檢和外部信號起動公司，檢測的符號可以縮小和放大，給出符號的位置數據。
對操作員不需要任何編程經驗，很復雜的檢測任務可以在幾分鐘內設置好。操作員僅僅要用手動操作器定義要檢測區域窗口，用示教方法把要識別的所有符號告訴測試系統及通過操作菜單輸入幾個參數。操作員經過幾小時的培訓就可以完全掌握該系統。
三 結論：
本文主要介紹了德國百格拉公司的直角坐標機器人及德國Vision Experts GmbH公司的E4000 OCV/2檢測系統。德國Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2檢測系統裝配在百格拉公司的單軸直角坐標機器人上，被許多用戶非常成功地用在文字符號檢驗上。該系統運行非常可靠，可以100%發現下面的問題：整個漏印字符，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，字符的字體不對或不一致。該檢測系統在歐洲大量取代一美國同類系統，已成為歐美市場上最可靠的系統。
隨著大批量全自動化生產的迅猛發展及眾多產品需要在許多生產環節100%被檢測，此類直角坐標機器人和圖像處理系統將具有更加廣范的市場前景和發展潛力！
沈陽百格機器人有限公司
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