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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(biāo)機(jī)器人及主要特性。在此基礎(chǔ)上介紹一個(gè)在工件質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵字：工件定位 直角坐標(biāo)機(jī)器人 CCD，圖像處理，特征提取和模板匹配。
一、 直角坐標(biāo)機(jī)器人介紹
德國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)新老用戶的厚愛。
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)域是工件質(zhì)量檢測(cè)。在超大批量生產(chǎn)中，每個(gè)產(chǎn)品的主要功能，或整個(gè)產(chǎn)品的所有功能都要經(jīng)過嚴(yán)格的100%的檢測(cè)。而且檢測(cè)周期要很短，來滿足超大批量生產(chǎn)的要求。下面介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用按理。
二 任務(wù)描述
被檢測(cè)的產(chǎn)品被整齊放在一個(gè)4000*2500mm的檢測(cè)平臺(tái)上。每個(gè)產(chǎn)品的尺寸大約是60*30mm，整個(gè)平臺(tái)被均分成50行和50列的矩陣式2500個(gè)小格，每個(gè)格的尺寸是80*50mm。每個(gè)格中心處放一個(gè)產(chǎn)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(chǎn)品的方向是足夠準(zhǔn)確的。機(jī)器手要把測(cè)量用插頭準(zhǔn)確插入產(chǎn)品信號(hào)端子上，測(cè)量?jī)x器發(fā)出幾種檢測(cè)信號(hào)，來檢驗(yàn)該產(chǎn)品的各個(gè)功能是否正常工作。測(cè)量?jī)x器接收產(chǎn)品的輸出信號(hào)，并以此為依據(jù)來判斷產(chǎn)品是否合格。測(cè)量?jī)x器要給出不合格產(chǎn)品的位置。在上面的工作過程中，
機(jī)器人必需知道每個(gè)產(chǎn)品的準(zhǔn)確位置，誤差要小于0.1mm, 這樣機(jī)器人才能把測(cè)量用插頭準(zhǔn)確插入產(chǎn)品信號(hào)端子上。
三 所選用的機(jī)器人
根據(jù)工作平臺(tái)的有效面積是4000*2500mm，這里要選擇一個(gè)有效行程為4000*2500*200mm的三維機(jī)器人。為了測(cè)量每個(gè)產(chǎn)品的準(zhǔn)確位置，我們?cè)跈C(jī)器人的Z軸上裝上CCD相機(jī)，由機(jī)器人按事先定好的位置運(yùn)動(dòng)到被測(cè)產(chǎn)品的上面，CCD鏡頭與被測(cè)產(chǎn)品的最高表面的高度是100mm，保證視場(chǎng)是40*40 mm。
由于CCD相機(jī)及所配電纜的總重量大約500克，測(cè)量用插頭及所配電纜的總重量大約1000克，向上拔測(cè)量用插頭的力量大約1000克，Z軸總負(fù)載大約為2500克，所以Z軸負(fù)載為5公斤的LM-P404 R—T5抓取式導(dǎo)軌。考慮到可能有幾種不同高度的產(chǎn)品要檢測(cè)，Z軸的行程選為200mm。Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)為SER3916/5S，Z軸自重加上所有負(fù)載和驅(qū)動(dòng)電機(jī)為11.6公斤，Y軸選擇為LM-P608R-AT5，有效行程為2500mm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為SER3913/5S。Y軸自重加上所有負(fù)載（Z軸）和驅(qū)動(dòng)電機(jī)為42.3公斤。根據(jù)Y軸，Z軸重量及所有負(fù)載和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的總重量X軸為LM-P/S608 R-AT5，有效行程為4000mm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為SER3913/5S。。
四 控制結(jié)構(gòu)和CCD相機(jī)
該機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用德國運(yùn)動(dòng)技術(shù)公司（Movtec）的三軸運(yùn)動(dòng)控制卡DEC4DT和運(yùn)動(dòng)控制軟件Editasc。DEC4T3運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC機(jī)，專用控制3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)和數(shù)字伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制卡。EdiTasc不僅是MOVTEC公司各種控制卡配套的通用數(shù)控軟件，它也是一個(gè)高度開放的開發(fā)平臺(tái)，可以直接控制各種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備，或方便的開發(fā)用戶專用頁面及控制系統(tǒng)。DEC4T3自帶36路數(shù)字輸入輸出口，來作為限位開關(guān)，控制CCD和起動(dòng)檢測(cè)儀器。
CCD相機(jī)選用德國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(jī)。VC2028還自帶4路數(shù)字輸入口和4路數(shù)字輸出口。視場(chǎng)范圍是40mm×40mm。
五 工作過程：
整個(gè)工作臺(tái)上有50×50個(gè)產(chǎn)品，X軸方向有50行，Y軸方向上有50列，每個(gè)產(chǎn)品占80*50mm的工作臺(tái)面。先對(duì)第一行的第一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，然后是第一行的第二個(gè)產(chǎn)品，如此依次到然后是第一行的第五十個(gè)產(chǎn)品。完成對(duì)第一行所有產(chǎn)品的檢測(cè)后，再對(duì)第二行上從第一列上的產(chǎn)品到第五十列上的產(chǎn)品依次逐個(gè)進(jìn)行檢測(cè)。如此依次逐行逐列對(duì)所有產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。
利用EdiTasc通用數(shù)控軟件的Mtasc語言可以很方便簡(jiǎn)單地完成上面的定位運(yùn)動(dòng)。程序結(jié)構(gòu)大體如下：
I = -1; /* 行位置變量 */
J = -1; /* 列位置變量 */
For 50 { /* 逐行檢測(cè)產(chǎn)品 */
I = I + 1;
For 50 { /* 逐列檢測(cè)產(chǎn)品 */
J = J + 1;
If (Input1 == 1) { /* 輸入口1，一個(gè)產(chǎn)品檢測(cè)完信號(hào)，可以運(yùn)動(dòng)到下個(gè)產(chǎn)品上面 */
Xposi = I * 80 + 40; /* 下個(gè)產(chǎn)品的行位置 */
Yposi = J * 50 + 25; /* 下個(gè)產(chǎn)品的列位置 */
X Xposi Y Yposi MF ; /* Z軸快速運(yùn)動(dòng)到該產(chǎn)品上方 */
Wait 0.0; /* 等待0.0秒，目的是保證Z軸已運(yùn)動(dòng)到該產(chǎn)品上方*/
}
Out Output1 /*輸出口1給CCD像機(jī)信號(hào)，Z軸已到產(chǎn)品的上面，CCD可以工作*/
}
}
從機(jī)器人把Z軸和上面CCD相機(jī)運(yùn)動(dòng)到產(chǎn)品上面后，CCD相機(jī)檢測(cè)到開始新的位置檢測(cè)工作信號(hào)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(duì)圖象二值化處理，由于采用近似平行光從側(cè)面照明，產(chǎn)品的兩個(gè)幾乎相互垂直的外邊可以很清楚地被檢測(cè)出來。2）第二步是對(duì)兩個(gè)幾乎相互垂直的外邊的位置進(jìn)行推算，為得當(dāng)更準(zhǔn)的位置，利用像素間差補(bǔ)。3）把得到的位置數(shù)據(jù)傳給EdiTasc軟件。EdiTasc通用數(shù)控軟件得到新的位置數(shù)據(jù)后，根據(jù)所得位置的差來移動(dòng)X軸和Y軸到產(chǎn)品上面。實(shí)際中0.1mm的位置差用百格拉的機(jī)器人很輕松得到保證。
到達(dá)產(chǎn)品的正上方后機(jī)器手把測(cè)量用插頭迅速準(zhǔn)確插入產(chǎn)品信號(hào)端子上，先給產(chǎn)品通電，然后測(cè)量?jī)x器按一定時(shí)序發(fā)出檢測(cè)信號(hào)，并接收該產(chǎn)品對(duì)應(yīng)各個(gè)功能時(shí)的輸出信號(hào)，并以此為依據(jù)來判斷產(chǎn)品是否合格。
六：結(jié)論
采用百格拉公司的機(jī)器人后使上面的產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)速度大為提高，而且沒有忘檢測(cè)現(xiàn)象出現(xiàn)。省去打量人力，大量降低成人工成本。該機(jī)器人運(yùn)行一年后就收回所投入的成本。該機(jī)器人在正常維護(hù)下至少運(yùn)行十年。實(shí)際中下面的領(lǐng)域是幾個(gè)典型的直角坐標(biāo)機(jī)器人的應(yīng)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(chǎn)品的裝配，檢測(cè)和包裝：如西門子和諾基亞的手機(jī)生產(chǎn)中，菲利浦和Suntec的電子元件生產(chǎn)線；3）其它一些大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中的檢測(cè)和裝配。4）大眾和奔馳公司的汽車的生產(chǎn)線，博世公司廠內(nèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線，海德堡印刷機(jī)生產(chǎn)線上。 隨著大批量全自動(dòng)化生產(chǎn)的迅猛發(fā)展及很多產(chǎn)品要在許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)100%被檢測(cè)，這類直角坐標(biāo)機(jī)器人將具有更加廣范的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Γ?/DIV>
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