摘要：本文以機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)在彈條搬運(yùn)生產(chǎn)中應(yīng)用的實(shí)例，闡述了機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以及在提高自動(dòng)化水平，產(chǎn)品質(zhì)量等方面的作用。

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展和科技進(jìn)步，機(jī)器人得到廣泛應(yīng)用，而工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用更是走在了前面。工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)于一體，自1962年第一臺(tái)機(jī)器人在美國(guó)投入使用以來(lái)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。與此同時(shí)，隨著工業(yè)機(jī)器人向更廣更深的方向發(fā)展，以及智能化水平的提高，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其它工業(yè)領(lǐng)域。

機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)身、機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、自動(dòng)裝配、碼垛、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)。首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司研制生產(chǎn)的鐵路彈條視覺(jué)檢測(cè)機(jī)器人高速搬運(yùn)系統(tǒng)，不同于傳統(tǒng)的冷加工搬運(yùn)生產(chǎn)線(xiàn)，它的搬運(yùn)對(duì)象為1000℃的高溫鋼材，現(xiàn)場(chǎng)由于高溫淬火造成煙霧及粉塵、強(qiáng)電磁干擾以及高噪音、高強(qiáng)度、高頻率的工作環(huán)境，對(duì)工作人員的身體健康損害嚴(yán)重。搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用，將人們從繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)。

機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用，極大地拓寬了機(jī)器人的應(yīng)用范圍，提高了生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可追溯性。大多數(shù)視覺(jué)設(shè)備運(yùn)用在瑕疵檢測(cè)，閱讀條碼，指導(dǎo)抓取和正確位置放置，尤其在工件測(cè)量和定位等性能方面，帶視覺(jué)傳感功能的機(jī)器人系統(tǒng)，性能更為卓越。首鋼莫托曼生產(chǎn)的機(jī)器人彈條搬運(yùn)系統(tǒng)，配備了多套視覺(jué)傳感器，除具備各沖壓工序不同形狀工件的精確定位抓取外，還具有在線(xiàn)工件位置檢測(cè)和位置補(bǔ)償功能，工件最終品質(zhì)檢測(cè)功能。全方位的保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量，是本系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。

一．彈條搬運(yùn)生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)的組成

1.中頻加熱爐

2.沖壓機(jī)

3.淬火爐

4.回火爐

5.PLC控制系統(tǒng)

6.溫度傳感器和熱傳感器

7.MOTOMAN NX100系列HP20機(jī)器人

HP20機(jī)器人是整個(gè)搬運(yùn)生產(chǎn)線(xiàn)的核心，是載體，具有高穩(wěn)定性、高速度和高精度。機(jī)器人工作半徑R1717mm，重復(fù)定位精度0.06mm，負(fù)載20㎏。

8.機(jī)器人抓具

作為機(jī)器人工作的最終執(zhí)行部件，機(jī)器人抓手既是一個(gè)執(zhí)行器，又是一個(gè)感知器，涉及到材料學(xué)、工程力學(xué)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)。為適應(yīng)高溫工件的抓取需要，彈條搬運(yùn)系統(tǒng)抓手采用高強(qiáng)度耐火鋼作為抓手制作材料，在抓指和抓臂上，進(jìn)行特殊工藝處理，在有限的體積上，盡量增加表面積，加快散熱，減少由于高溫造成的抓手變形，增加抓手使用壽命。

9.視覺(jué)系統(tǒng)

機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的流程是，視覺(jué)系統(tǒng)采集被測(cè)目標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行圖象處理和數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，通過(guò)MOTOCOM通訊軟件發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人以接收到的數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行抓取作業(yè)。

視覺(jué)傳感器是一種相當(dāng)于人眼的傳感器，根據(jù)鐵路彈條生產(chǎn)線(xiàn)工藝的特點(diǎn)，彈條搬運(yùn)視覺(jué)系統(tǒng)采用二維視覺(jué)，在二維平面上測(cè)量出所有必要的數(shù)據(jù)，作為指導(dǎo)機(jī)器人抓取和判斷產(chǎn)品是否合格的依據(jù)。根據(jù)生產(chǎn)線(xiàn)工件的特點(diǎn)，視覺(jué)系統(tǒng)采用主動(dòng)光源檢測(cè)。由于工件是高溫工件，其本身能夠發(fā)出輻射光，用工業(yè)相機(jī)對(duì)其進(jìn)行拍照，使用濾鏡濾除環(huán)境干擾光和輻射干擾光，達(dá)到良好的圖像效果，得到物體的二維圖像，從而計(jì)算出工件在平面上的位置和偏移角度。由于高性能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及算法優(yōu)化，增強(qiáng)了視覺(jué)系統(tǒng)的精度和處理速度，增強(qiáng)了對(duì)工廠(chǎng)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，使之能在工廠(chǎng)的惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

9．1視覺(jué)軟件功能概述

.標(biāo)定功能，以得到物理尺寸信息。

.接收PLC的觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)行采圖、檢測(cè)、測(cè)量。

.在界面上顯示圖像及檢測(cè)結(jié)果：合格/不合格；測(cè)得的尺寸信息。

.將檢測(cè)結(jié)果和完成結(jié)果通過(guò)相機(jī)的IO口輸出給PLC。

.執(zhí)行相關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，如系統(tǒng)時(shí)間、檢測(cè)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)等。

.將測(cè)量數(shù)據(jù)，機(jī)器人偏遠(yuǎn)數(shù)據(jù)保存在當(dāng)天的Excel文件中。

.調(diào)節(jié)相機(jī)參數(shù)的交互功能

9．2使用環(huán)境

相機(jī)：PointGrey 20S4ｍ200萬(wàn)黑白相機(jī)；

鏡頭：Computer 8mm + 紅外濾光片；

1394卡：64位1394卡；

PC配置：CPU2.5GHZ以上；內(nèi)存1GB以上；顯存64MB以上；PCI64bit；

插槽；彩色顯示器；WindowsXP操作系統(tǒng)；Microsoft Studio6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境。

10.MOTOCOM通訊軟件

二．機(jī)器人彈條搬運(yùn)系統(tǒng)工藝流程

1.上料工位

上料工位系統(tǒng)是由一臺(tái)溫度傳感器和一臺(tái)工業(yè)相機(jī)組成。溫度傳感器具有三通道信號(hào)輸出，檢測(cè)工件當(dāng)前溫度，通過(guò)相應(yīng)的通道發(fā)送給機(jī)器人系統(tǒng)，只有滿(mǎn)足工藝要求的溫度，才能作為合格產(chǎn)品進(jìn)入加工工序。工業(yè)相機(jī)對(duì)工件進(jìn)行坐標(biāo)定位和測(cè)量，以確定工件尺寸和當(dāng)前位置，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)MOTOCOM發(fā)送給機(jī)器人，以指導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行抓取，對(duì)于溫度和尺寸滿(mǎn)足工藝要求的工件，機(jī)器人抓出送入壓機(jī)進(jìn)行沖壓作業(yè)；對(duì)于不合格的產(chǎn)品，機(jī)器人抓出進(jìn)入廢品回收程序。

2.第一沖壓工位

系統(tǒng)是由一臺(tái)熱傳感器和兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)組成。當(dāng)沖壓完成后，視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行坐標(biāo)定位和測(cè)量，以指導(dǎo)機(jī)器人平移抓取位置，補(bǔ)償由于沖壓機(jī)和模具造成的尺寸偏差。不合格的產(chǎn)品，送入廢品回收程序，合格產(chǎn)品送入下道工序。

3.第二沖壓工位

系統(tǒng)是由一臺(tái)熱傳感器和一臺(tái)工業(yè)相機(jī)組成。由于沖壓機(jī)的精度和模具的原因，這個(gè)工位偏差很大，視覺(jué)系統(tǒng)除了要進(jìn)行工件測(cè)量和坐標(biāo)定位外，還要算出工件的偏移角度。機(jī)器人以視覺(jué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為依據(jù)，補(bǔ)償偏移角度和位置，進(jìn)行抓取作業(yè)，使機(jī)器人把工件放置到下道模具的正確位置。

4. 第三沖壓及成品工位

系統(tǒng)是由一臺(tái)三通道溫度傳感器和兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)以及檢測(cè)臺(tái)清掃裝置組成。金屬材料性能的主要決定因素是淬火工藝，而淬火工藝的核心是溫度控制。由于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)節(jié)拍穩(wěn)定，在進(jìn)入加工工序的溫度穩(wěn)定時(shí)，可以保證進(jìn)入淬火工藝的溫度是恒定的。溫度傳感器的使用，使溫度控制更加智能和穩(wěn)定，基于以上控制，每個(gè)成品都具有相同的機(jī)械性能。視覺(jué)系統(tǒng)的兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)成90度夾角安裝，進(jìn)行俯視和側(cè)視拍攝。取特征點(diǎn)位置為測(cè)量點(diǎn)，進(jìn)行多位置測(cè)量，檢測(cè)出數(shù)據(jù)指標(biāo)，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，判斷產(chǎn)品是否合格。合格產(chǎn)品進(jìn)入淬火工序，不合格產(chǎn)品進(jìn)入廢品回收程序，至此機(jī)器人彈條搬運(yùn)完成一個(gè)完整的流程。

三．機(jī)器人視覺(jué)搬運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)越性

目前我國(guó)大多數(shù)工廠(chǎng)中，帶有高度重復(fù)性的搬運(yùn)工作仍然靠大量人工來(lái)完成，給工廠(chǎng)帶來(lái)巨大的人工成本和管理成本，并難以保證生產(chǎn)線(xiàn)的高速度和零缺陷。機(jī)器人及視覺(jué)系統(tǒng)的使用，有效地解決了這一問(wèn)題。系統(tǒng)的優(yōu)越性能，為提高彈條生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提供了有效保證。

彈條搬運(yùn)生產(chǎn)線(xiàn)是全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，工藝流程中不需要人的干預(yù)，線(xiàn)體周邊使用安全欄防護(hù)，門(mén)上裝有安全鎖，只要有人進(jìn)入工作區(qū)域，機(jī)器人就會(huì)報(bào)警停止，最大限度的保證了人身安全。機(jī)器人生產(chǎn)節(jié)拍穩(wěn)定，生產(chǎn)數(shù)量在觸摸屏實(shí)時(shí)顯示，產(chǎn)品周期明確，生產(chǎn)綱領(lǐng)安排更加容易控制。機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)的使用，降低了人工對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的影響，保證了產(chǎn)品的一致性。