德国BERGER LAHR机器人在工件检测中的应用

摘要：本文介绍德国百格拉公司生产的直角坐标机器人及主要特性。在此基础上介绍一个在工件质量检测中的应用。

关键字：工件定位 直角坐标机器人 CCD，图像处理，特征提取和模板匹配。

一、 直角坐标机器人介绍

　　德国百格拉公司是世界上最著名的机器人供应商之一，生产多种规格的直线运动单元/导轨、步进电机、交流伺服电机、直线电机和多轴数控系统。以此为基础，在短时间内可提供各种规格的线性导轨、二维、三维标准机器人及用户专用机器人和生产线。这些机器人可以装备焊枪、通用手爪或专用工具，完成焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂等一系列工作。由于百格拉的导轨、驱动电机、减速机和控制系统等所有部件全部自己生产，使得机器人整体性能更加优异。十多年来出厂的机器人和生产线全部在正常工作，深受包装机械、印刷机械、机械电子、汽车、食品、药品和化妆品生产等行业新老用户的厚爱。

　　百格拉公司的120多名专家及工程技术人员成功开发生产了各种规格的线性导轨，并在此基础上与用户密切合作开发通用及专用机器人，已为许多厂家提供了数千台各种专用机器人及生产线。其中一个应用领域是工件质量检测。在超大批量生产中，每个产品的主要功能，或整个产品的所有功能都要经过严格的100%的检测。而且检测周期要很短，来满足超大批量生产的要求。下面介绍一个简单的应用按理。

二 任务描述

　　被检测的产品被整齐放在一个4000*2500mm的检测平台上。每个产品的尺寸大约是60*30mm，整个平台被均分成50行和50列的矩阵式2500个小格，每个格的尺寸是80*50mm。每个格中心处放一个产品，但其位置有大约2mm的误差。但误差仅是在X和Y方向上，而产品的方向是足够准确的。机器手要把测量用插头准确插入产品信号端子上，测量仪器发出几种检测信号，来检验该产品的各个功能是否正常工作。测量仪器接收产品的输出信号，并以此为依据来判断产品是否合格。测量仪器要给出不合格产品的位置。在上面的工作过程中，

机器人必需知道每个产品的准确位置，误差要小于0.1mm, 这样机器人才能把测量用插头准确插入产品信号端子上。

三 所选用的机器人

　　根据工作平台的有效面积是4000*2500mm，这里要选择一个有效行程为4000*2500*200mm的三维机器人。为了测量每个产品的准确位置，我们在机器人的Z轴上装上CCD相机，由机器人按事先定好的位置运动到被测产品的上面，CCD镜头与被测产品的最高表面的高度是100mm，保证视场是40*40 mm。

　　由于CCD相机及所配电缆的总重量大约500克，测量用插头及所配电缆的总重量大约1000克，向上拔测量用插头的力量大约1000克，Z轴总负载大约为2500克，所以Z轴负载为5公斤的LM-P404 R—T5抓取式导轨。考虑到可能有几种不同高度的产品要检测，Z轴的行程选为200mm。Z轴驱动电机为SER3916/5S，Z轴自重加上所有负载和驱动电机为11.6公斤，Y轴选择为LM-P608R-AT5，有效行程为2500mm，驱动电机为SER3913/5S。Y轴自重加上所有负载（Z轴）和驱动电机为42.3公斤。根据Y轴，Z轴重量及所有负载和驱动电机的总重量X轴为LM-P/S608 R-AT5，有效行程为4000mm，驱动电机为SER3913/5S。。

四 控制结构和CCD相机

　　该机器人的控制系统采用德国运动技术公司（Movtec）的三轴运动控制卡DEC4DT和运动控制软件Editasc。DEC4T3运动控制卡是基于PC机，专用控制3台步进电机和数字伺服电机的运动控制卡。EdiTasc不仅是MOVTEC公司各种控制卡配套的通用数控软件，它也是一个高度开放的开发平台，可以直接控制各种工业自动化设备，或方便的开发用户专用页面及控制系统。DEC4T3自带36路数字输入输出口，来作为限位开关，控制CCD和起动检测仪器。

　　CCD相机选用德国Vision Components GmbH公司智能摄像机VC2028。其配置如下：CCD芯片是Sony 1/2” 640*480点，每秒25桢图像，存储器配置是16 MB SDRAM, 2 MB Flash Eprom, 8 bit overlay, CPU是TMS320C62XX，速度是1200MIPS （每秒1200百万指令）。VC2028通过自带RS232口 可以把位置数据传给PC机。VC2028还自带4路数字输入口和4路数字输出口。视场范围是40mm×40mm。

五 工作过程：

　　整个工作台上有50×50个产品，X轴方向有50行，Y轴方向上有50列，每个产品占80*50mm的工作台面。先对第一行的第一个产品进行检测，然后是第一行的第二个产品，如此依次到然后是第一行的第五十个产品。完成对第一行所有产品的检测后，再对第二行上从第一列上的产品到第五十列上的产品依次逐个进行检测。如此依次逐行逐列对所有产品进行检测。

　　利用EdiTasc通用数控软件的Mtasc语言可以很方便简单地完成上面的定位运动。程序结构大体如下：

I = -1; /* 行位置变量 */

J = -1; /* 列位置变量 */

For 50 { /* 逐行检测产品 */

I = I + 1;

For 50 { /* 逐列检测产品 */

J = J + 1;

If (Input1 == 1) { /* 输入口1，一个产品检测完信号，可以运动到下个产品上面 */

Xposi = I * 80 + 40; /* 下个产品的行位置 */

Yposi = J * 50 + 25; /* 下个产品的列位置 */

X Xposi Y Yposi MF ; /* Z轴快速运动到该产品上方 */

Wait 0.0; /* 等待0.0秒，目的是保证Z轴已运动到该产品上方*/

}

Out Output1 /*输出口1给CCD像机信号，Z轴已到产品的上面，CCD可以工作*/

}

}

　　从机器人把Z轴和上面CCD相机运动到产品上面后，CCD相机检测到开始新的位置检测工作信号后，摄取一副图象。图象处理软件的功能大体如下：1）第一步是先对图象二值化处理，由于采用近似平行光从侧面照明，产品的两个几乎相互垂直的外边可以很清楚地被检测出来。2）第二步是对两个几乎相互垂直的外边的位置进行推算，为得当更准的位置，利用像素间差补。3）把得到的位置数据传给EdiTasc软件。EdiTasc通用数控软件得到新的位置数据后，根据所得位置的差来移动X轴和Y轴到产品上面。实际中0.1mm的位置差用百格拉的机器人很轻松得到保证。

　　到达产品的正上方后机器手把测量用插头迅速准确插入产品信号端子上，先给产品通电，然后测量仪器按一定时序发出检测信号，并接收该产品对应各个功能时的输出信号，并以此为依据来判断产品是否合格。

六：结论

　　采用百格拉公司的机器人后使上面的产品质量检测速度大为提高，而且没有忘检测现象出现。省去打量人力，大量降低成人工成本。该机器人运行一年后就收回所投入的成本。该机器人在正常维护下至少运行十年。实际中下面的领域是几个典型的直角坐标机器人的应用：1）从面包包装，鸡蛋喷码，BOURJOIS公司和LAUDER化妆品公司口红的装配和包装，很多药品的包装；2）精密工件到电子产品的装配，检测和包装：如西门子和诺基亚的手机生产中，菲利浦和Suntec的电子元件生产线；3）其它一些大批量产品的生产过程中的检测和装配。4）大众和奔驰公司的汽车的生产线，博世公司厂内自动化生产线，海德堡印刷机生产线上。 随着大批量全自动化生产的迅猛发展及很多产品要在许多生产环节100%被检测，这类直角坐标机器人将具有更加广范的市场前景和发展潜力！