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：

　　zaijihusuoyoudexiandaihuapiliangshengchanguochengzhong，chanpinbaozhuangheshangsuoyinwenzi，fuhao
，chanpinshangdebiaoqiandengyaoyinshuajingmei，wuquexianhecuowu。danshijishengchanzhonghuichuxianyixiewenti
，rubufenzifulouyin，bufenzifubuwanzheng

，butongzifujianhunluan，ru5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。要解決上麵的問題就必須選一優秀的圖象處理係統
，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麵的方式產生：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suo示shi的de並bing列lie排pai放fang。機ji器qi人ren首shou先xian停ting止zhi傳chuan送song帶dai
，並bing把ba檢jian測ce頭tou移yi動dong到dao第di一yi個ge產chan品pin上shang方fang
，識shi別bie係xi統tong開kai始shi自zi動dong檢jian測ce識shi別bie第di一yi個ge產chan品pin。機ji器qi人ren再zai把ba檢jian測ce頭tou移yi動dong到dao第di二er個ge產chan品pin上shang方fang，接jie著zhe識shi別bie係xi統tong開kai始shi自zi動dong檢jian測ce第di二er個ge產chan品pin，如ru此ci依yi次ci識shi別bie完wan該gai排pai最zui後hou一yi個ge產chan品pin。再zai起qi動dong傳chuan送song帶dai把ba第di二er排pai產chan品pin移yi到dao檢jian測ce係xi統tong正zheng下xia方fang
，並bing開kai始shi該gai行xing產chan品pin的de自zi動dong檢jian驗yan識shi別bie。

 

　　在圖2zhongbeijianyandewenzishizaitoumingdesuliaoshang。jiqirenshouxiantingzhichuansongdai，bingyunsuyidongjiancetou

，shibiexitongzaijigetedingdeweizhizidongjianceshibiesuoyinwenzihefuhao。suliaozaiqidongyidingchangdu，jiqirenfanxiangyundong，jiancexitongkaishigaixingchanpindezidongjianyanshibie。

 

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 係統組成

　　這裏的任務是圖2產品的檢驗。該機器人是德國百格拉公司單軸機器人
，由於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。機器人控製係統選用百格拉公司的專用工控機TLCC。TLCC通過CAN總線控製TLC611步進電機驅動器。圖像處理係統選用德國Vision Experts GmbH公司的檢測係統 VE 4000 OCV/2。圖2是該係統在實際使用中的照片。下麵較詳細介紹直角坐標機器人和檢測係統。

 

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、減(jian)速(su)機(ji)和(he)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)等(deng)所(suo)有(you)部(bu)件(jian)全(quan)部(bu)自(zi)己(ji)生(sheng)產(chan)，使(shi)得(de)機(ji)器(qi)人(ren)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)更(geng)加(jia)優(you)異(yi)。十(shi)多(duo)年(nian)來(lai)，出(chu)廠(chang)的(de)機(ji)器(qi)人(ren)和(he)生(sheng)產(chan)線(xian)全(quan)部(bu)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。深(shen)受(shou)包(bao)裝(zhuang)機(ji)械(xie)、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檢jian測ce產chan品pin標biao簽qian等deng的de質zhi量liang缺que欠qian。

 

　　在zai直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren中zhong各ge個ge軸zhou主zhu要yao是shi做zuo直zhi線xian運yun動dong
，而er且qie運yun動dong方fang向xiang通tong常chang是shi相xiang互hu垂chui直zhi的de，所suo以yi叫jiao直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren。直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren可ke分fen為wei一yi維wei到dao多duo維wei很hen多duo種zhong，每mei一yi維wei是shi一yi個ge運yun動dong軸zhou
，由you一yi個ge直zhi線xian運yun動dong單dan元yuan組zu成cheng。一yi台tai噴pen塗tu用yong三san維wei直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren由you三san個ge直zhi線xian運yun動dong單dan元yuan組zu成cheng，而er一yi台tai碼ma垛duo機ji器qi人ren根gen據ju應ying用yong要yao求qiu通tong常chang由you幾ji個ge一yi維wei，二er維wei和he三san維wei直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren組zu合he而er成cheng。百bai格ge拉la公gong司si直zhi角jiao坐zuo標biao機ji器qi人ren的de主zhu要yao技ji術shu數shu據ju是shi運yun動dong行xing程cheng0到18米
；負載1~180公斤；重複定位精度0.05mm；每個軸運動速度最高可達5米/秒。

2.2 機器視覺係統

 

　　jiqishijiaojiushishijiqiyourenyanhedanaodebufengongneng，zidongzuoruxingzhuangceliang，yinshuazhiliangqueqianshibiehechanpinwaiguanzhiliangshibiedenggongzuo。jiqishijiaoxitongtongchangyongzaiquanzidonghua、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。常見的視覺係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：麵積、長度
、數量、位置等， 然後與所存的模板進行比較匹配
，最後給出結果，如：尺寸、角度、偏移量、個數
、合格/不合格、有/無等。

 

2.2.1 係統硬件配置

　　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。根據視場範圍和高度選用對應的鏡頭。

 

2.2.2 識別係統的功能

　　檢測係統是德國Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2係統，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%保證發現所有下麵的問題：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(yin)混(hun)，字(zi)符(fu)位(wei)置(zhi)不(bu)對(dui)，字(zi)符(fu)的(de)字(zi)體(ti)不(bu)對(dui)或(huo)不(bu)一(yi)致(zhi)。該(gai)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)識(shi)別(bie)多(duo)種(zhong)符(fu)號(hao)，當(dang)圖(tu)像(xiang)中(zhong)要(yao)識(shi)別(bie)的(de)符(fu)號(hao)與(yu)背(bei)景(jing)的(de)對(dui)比(bi)度(du)有(you)些(xie)變(bian)化(hua)，如(ru)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)，甚(shen)至(zhi)圖(tu)像(xiang)背(bei)景(jing)裏(li)有(you)某(mou)種(zhong)規(gui)則(ze)的(de)紋(wen)理(li)時(shi)，不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)該(gai)係(xi)統(tong)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。該(gai)係(xi)統(tong)也(ye)非(fei)常(chang)靈(ling)活(huo)

，可(ke)以(yi)是(shi)一(yi)分(fen)鍾(zhong)僅(jin)檢(jian)測(ce)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10zhongbutongzitidefuhao。beijiancewutikeyibeizhuandong，zaiyundongzhongshishidongtaijiance
，zidonggeichujianceshuju，youzijianhewaibuxinhaoqidonggongsi，jiancedefuhaokeyisuoxiaohefangda，geichufuhaodeweizhishuju。

 

　　對(dui)操(cao)作(zuo)員(yuan)不(bu)需(xu)要(yao)任(ren)何(he)編(bian)程(cheng)經(jing)驗(yan)，很(hen)複(fu)雜(za)的(de)檢(jian)測(ce)任(ren)務(wu)可(ke)以(yi)在(zai)幾(ji)分(fen)鍾(zhong)內(nei)設(she)置(zhi)好(hao)。操(cao)作(zuo)員(yuan)僅(jin)僅(jin)要(yao)用(yong)手(shou)動(dong)操(cao)作(zuo)器(qi)定(ding)義(yi)要(yao)檢(jian)測(ce)區(qu)域(yu)窗(chuang)口(kou)，用(yong)示(shi)教(jiao)方(fang)法(fa)把(ba)要(yao)識(shi)別(bie)的(de)所(suo)有(you)符(fu)號(hao)告(gao)訴(su)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)及(ji)通(tong)過(guo)操(cao)作(zuo)菜(cai)單(dan)輸(shu)入(ru)幾(ji)個(ge)參(can)數(shu)。操(cao)作(zuo)員(yuan)經(jing)過(guo)幾(ji)小(xiao)時(shi)的(de)培(pei)訓(xun)就(jiu)可(ke)以(yi)完(wan)全(quan)掌(zhang)握(wo)該(gai)係(xi)統(tong)。

 

 

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檢測係統。德國Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2檢測係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。該係統運行非常可靠，可以100%發現下麵的問題：整zheng個ge漏lou印yin字zi符fu，部bu分fen漏lou印yin字zi符fu，部bu分fen字zi符fu不bu完wan整zheng，不bu同tong字zi符fu間jian混hun亂luan，字zi符fu位wei置zhi不bu對dui，字zi符fu的de字zi體ti不bu對dui或huo不bu一yi致zhi。該gai檢jian測ce係xi統tong在zai歐ou洲zhou大da量liang取qu代dai一yi美mei國guo同tong類lei係xi統tong，已yi成cheng為wei歐ou美mei市shi場chang上shang最zui可ke靠kao的de係xi統tong。

 

　　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係統將具有更加廣範的市場前景和發展潛力！