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摘要：本文介紹德國百格拉公司生產(chǎn)的直角坐標機器人及主要特性。在此基礎(chǔ)上主要介紹幾個在在工件無損探傷中的應用案例。
關(guān)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(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，產(chǎn)品上的標簽等要印刷精美，無缺陷和錯誤。但實際生產(chǎn)中會出現(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，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(yōu)秀的圖象處理系統(tǒng)，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(chǎn)生：印刷，噴碼，熱轉(zhuǎn)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(chǎn)品上方，識別系統(tǒng)開始自動檢測識別第一個產(chǎn)品。機器人再把檢測頭移動到第二個產(chǎn)品上方，接著識別系統(tǒng)開始自動檢測第二個產(chǎn)品，如此依次識別完該排最后一個產(chǎn)品。再起動傳送帶把第二排產(chǎn)品移到檢測系統(tǒng)正下方，并開始該行產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)開始該行產(chǎn)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(chǎn)品 圖2：自動檢測在透明朔料上所印的一行字符
二 系統(tǒng)組成
這里的任務(wù)是圖2產(chǎn)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(wù)要求選為1500毫米。驅(qū)動電機是百格拉公司的步進電機VRDM3910LWB。機器人控制系統(tǒng)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(qū)動器。圖像處理系統(tǒng)選用德國Vision Experts GmbH公司的檢測系統(tǒng) VE 4000 OCV/2。圖2是該系統(tǒng)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(tǒng)。
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(chǎn)多種規(guī)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(shù)控系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)，在短時間內(nèi)可提供各種規(guī)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(chǎn)線。這些機器人可以裝備焊槍、通用手爪或?qū)Ｓ霉ぞ撸瓿珊附印徇\、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(qū)動電機、減速機和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產(chǎn)，使得機器人整體性能更加優(yōu)異。十多年來，出廠的機器人和生產(chǎn)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(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)格的線性導軌，并在此基礎(chǔ)上與用戶密切合作開發(fā)通用及專用機器人，已為許多廠家提供了數(shù)千臺各種專用機器人及生產(chǎn)線。其中一個應用領(lǐng)域是檢測產(chǎn)品標簽等的質(zhì)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(jù)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(shù)數(shù)據(jù)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(tǒng)
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(zhì)量缺欠識別和產(chǎn)品外觀質(zhì)量識別等工作。機器視覺系統(tǒng)通常用在全自動化、高效高可靠性和非接觸地，大批量生產(chǎn)過程中的檢測識別工作。常見的視覺系統(tǒng)一般包括如下部分：光源，鏡頭，CCD攝相機，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(zhuǎn)換成灰度圖像信號，該信號先被放大，再數(shù)字化為數(shù)字圖像。數(shù)字圖像以二維矩陣存儲起來，如Vision Components GmbH公司智能攝像機VC2028的每一幅數(shù)字圖像都是640*480的二維矩陣。該矩陣的每一個元素叫像素，它的數(shù)值通常是0~255。像素的數(shù)值0~255對應目標的最暗和最亮處。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的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等， 然后與所存的模板進行比較匹配，最后給出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個數(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(shù)據(jù)傳給PC機。VC2028還自帶4路數(shù)字輸入口和4路數(shù)字輸出口。根據(jù)視場范圍和高度選用對應的鏡頭。
2.2.2 識別系統(tǒng)的功能
檢測系統(tǒng)是德國Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2系統(tǒng)，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(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(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)問題，甚至圖像背景里有某種規(guī)則的紋理時，不會影響該系統(tǒng)的正常工作。該系統(tǒng)也非常靈活，可以是一分鐘僅檢測10個產(chǎn)品，一小時檢測10萬個產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)動，在運動中實時動態(tài)檢測，自動給出檢測數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)。
對操作員不需要任何編程經(jīng)驗，很復雜的檢測任務(wù)可以在幾分鐘內(nèi)設(shè)置好。操作員僅僅要用手動操作器定義要檢測區(qū)域窗口，用示教方法把要識別的所有符號告訴測試系統(tǒng)及通過操作菜單輸入幾個參數(shù)。操作員經(jīng)過幾小時的培訓就可以完全掌握該系統(tǒng)。
三 結(jié)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(tǒng)。德國Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2檢測系統(tǒng)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(tǒng)運行非常可靠，可以100%發(fā)現(xiàn)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(tǒng)在歐洲大量取代一美國同類系統(tǒng)，已成為歐美市場上最可靠的系統(tǒng)。
隨著大批量全自動化生產(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，此類直角坐標機器人和圖像處理系統(tǒng)將具有更加廣范的市場前景和發(fā)展?jié)摿Γ?/DIV>
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