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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係統。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）噴塗等一係列工作。由於百格拉的導軌、驅動電機、jiansujihekongzhixitongdengsuoyoubujianquanbuzijishengchan，shidejiqirenzhengtixingnenggengjiayouyi。shiduonianlaichuchangdejiqirenheshengchanxianquanbuzaizhengchanggongzuo，shenshoubaozhuangjixie、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(duo)名(ming)專(zhuan)家(jia)及(ji)工(gong)程(cheng)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)成(cheng)功(gong)開(kai)發(fa)生(sheng)產(chan)了(le)各(ge)種(zhong)規(gui)格(ge)的(de)線(xian)性(xing)導(dao)軌(gui)，並(bing)在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)與(yu)用(yong)戶(hu)密(mi)切(qie)合(he)作(zuo)開(kai)發(fa)通(tong)用(yong)及(ji)專(zhuan)用(yong)機(ji)器(qi)人(ren)，已(yi)為(wei)許(xu)多(duo)廠(chang)家(jia)提(ti)供(gong)了(le)數(shu)千(qian)台(tai)各(ge)種(zhong)專(zhuan)用(yong)機(ji)器(qi)人(ren)及(ji)生(sheng)產(chan)線(xian)。其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)是(shi)工(gong)件(jian)質(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)。在(zai)超(chao)大(da)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)中(zhong)，每(mei)個(ge)產(chan)品(pin)的(de)主(zhu)要(yao)功(gong)能(neng)，或(huo)整(zheng)個(ge)產(chan)品(pin)的(de)所(suo)有(you)功(gong)能(neng)都(dou)要(yao)經(jing)過(guo)嚴(yan)格(ge)的(de)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。下麵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的檢測平台上。每個產品的尺寸大約是60*30mm，整個平台被均分成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fang向xiang上shang，而er產chan品pin的de方fang向xiang是shi足zu夠gou準zhun確que的de。機ji器qi手shou要yao把ba測ce量liang用yong插cha頭tou準zhun確que插cha入ru產chan品pin信xin號hao端duan子zi上shang，測ce量liang儀yi器qi發fa出chu幾ji種zhong檢jian測ce信xin號hao，來lai檢jian驗yan該gai產chan品pin的de各ge個ge功gong能neng是shi否fou正zheng常chang工gong作zuo。測ce量liang儀yi器qi接jie收shou產chan品pin的de輸shu出chu信xin號hao，並bing以yi此ci為wei依yi據ju來lai判pan斷duan產chan品pin是shi否fou合he格ge。測ce量liang儀yi器qi要yao給gei出chu不bu合he格ge產chan品pin的de位wei置zhi。在zai上shang麵mian的de工gong作zuo過guo程cheng中zhong，
機器人必需知道每個產品的準確位置，誤差要小於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
根據工作平台的有效麵積是4000*2500mm，這裏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麵，CCD鏡頭與被測產品的最高表麵的高度是100mm，保證視場是40*40 mm。
由於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 控製結構和CCD相機
該機器人的控製係統采用德國運動技術公司（Movtec）的三軸運動控製卡DEC4DT和運動控製軟件Editasc。DEC4T3運動控製卡是基於PC機，專用控製3台步進電機和數字伺服電機的運動控製卡。EdiTasc不僅是MOVTEC公(gong)司(si)各(ge)種(zhong)控(kong)製(zhi)卡(ka)配(pei)套(tao)的(de)通(tong)用(yong)數(shu)控(kong)軟(ruan)件(jian)，它(ta)也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)高(gao)度(du)開(kai)放(fang)的(de)開(kai)發(fa)平(ping)台(tai)，可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)控(kong)製(zhi)各(ge)種(zhong)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)設(she)備(bei)，或(huo)方(fang)便(bian)的(de)開(kai)發(fa)用(yong)戶(hu)專(zhuan)用(yong)頁(ye)麵(mian)及(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。DEC4T3自帶36路數字輸入輸出口，來作為限位開關，控製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。視場範圍是40mm×40mm。
五 工作過程：
整個工作台上有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de工gong作zuo台tai麵mian。先xian對dui第di一yi行xing的de第di一yi個ge產chan品pin進jin行xing檢jian測ce，然ran後hou是shi第di一yi行xing的de第di二er個ge產chan品pin，如ru此ci依yi次ci到dao然ran後hou是shi第di一yi行xing的de第di五wu十shi個ge產chan品pin。完wan成cheng對dui第di一yi行xing所suo有you產chan品pin的de檢jian測ce後hou，再zai對dui第di二er行xing上shang從cong第di一yi列lie上shang的de產chan品pin到dao第di五wu十shi列lie上shang的de產chan品pin依yi次ci逐zhu個ge進jin行xing檢jian測ce。如ru此ci依yi次ci逐zhu行xing逐zhu列lie對dui所suo有you產chan品pin進jin行xing檢jian測ce。
利用EdiTasc通用數控軟件的Mtasc語言可以很方便簡單地完成上麵的定位運動。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麵 */
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軸已到產品的上麵，CCD可以工作*/
}
}
從機器人把Z軸和上麵CCD相機運動到產品上麵後，CCD相機檢測到開始新的位置檢測工作信號後，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，由於采用近似平行光從側麵照明，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後，根據所得位置的差來移動X軸和Y軸到產品上麵。實際中0.1mm的位置差用百格拉的機器人很輕鬆得到保證。
daodachanpindezhengshangfanghoujiqishoubaceliangyongchatouxunsuzhunquecharuchanpinxinhaoduanzishang，xiangeichanpintongdian，ranhouceliangyiqianyidingshixufachujiancexinhao，bingjieshougaichanpinduiyinggegegongnengshideshuchuxinhao，bingyiciweiyijulaipanduanchanpinshifouhege。
六：結論
采(cai)用(yong)百(bai)格(ge)拉(la)公(gong)司(si)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)後(hou)使(shi)上(shang)麵(mian)的(de)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)檢(jian)測(ce)速(su)度(du)大(da)為(wei)提(ti)高(gao)，而(er)且(qie)沒(mei)有(you)忘(wang)檢(jian)測(ce)現(xian)象(xiang)出(chu)現(xian)。省(sheng)去(qu)打(da)量(liang)人(ren)力(li)，大(da)量(liang)降(jiang)低(di)成(cheng)人(ren)工(gong)成(cheng)本(ben)。該(gai)機(ji)器(qi)人(ren)運(yun)行(xing)一(yi)年(nian)後(hou)就(jiu)收(shou)回(hui)所(suo)投(tou)入(ru)的(de)成(cheng)本(ben)。該(gai)機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)正(zheng)常(chang)維(wei)護(hu)下(xia)至(zhi)少(shao)運(yun)行(xing)十(shi)年(nian)。實(shi)際(ji)中(zhong)下(xia)麵(mian)的(de)領(ling)域(yu)是(shi)幾(ji)個(ge)典(dian)型(xing)的(de)直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標(biao)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)應(ying)用(yong)：1）從麵包包裝，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範的市場前景和發展潛力！
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