北京欣奕華科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱欣奕華科技）是一家以智能技術(shù)和先進(jìn)材料為核心的高科技公司，旨在推進(jìn)國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、關(guān)鍵零部件和先進(jìn)材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化突破。其中，液晶面板和液晶顯示器生產(chǎn)線是欣奕華科技的產(chǎn)品之一。近期，公司為國(guó)內(nèi)某液晶板制造廠研發(fā)制造了一條液晶屏打包生產(chǎn)線。

與通常的XY兩軸對(duì)位有所不同，該液晶屏打包生產(chǎn)線所用的XXY三軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，需要用視覺(jué)技術(shù)計(jì)算出ΔX1、ΔX2和ΔY三個(gè)軸的坐標(biāo)，對(duì)標(biāo)定過(guò)程、模型訓(xùn)練步驟和檢測(cè)流程都提出了新的要求，計(jì)算步驟也比較多。整個(gè)項(xiàng)目的應(yīng)用重點(diǎn)和難點(diǎn)就是視覺(jué)技術(shù)與XXY平臺(tái)的配合，如圖1所示。

圖1XXY平臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算示意圖

欣奕華科技很早就知道康耐視公司是全球視覺(jué)行業(yè)的倡導(dǎo)者和領(lǐng)先者，接著這次技改機(jī)會(huì)，欣奕華科技就聯(lián)系了康耐視北方區(qū)的代理商北京康視杰視覺(jué)技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“康視杰”）。技術(shù)實(shí)力強(qiáng)大的康視杰專門為這個(gè)項(xiàng)目做了大量評(píng)估和測(cè)試，與欣奕華科技反復(fù)溝通后，雙方最終確定使用康耐視功能強(qiáng)大的VisionPro視覺(jué)處理軟件與CIC-10MR的方案。

由于欣奕華科技是第一次使用XXY旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，按原來(lái)的設(shè)想是在檢測(cè)時(shí)相機(jī)拍照兩次，第一次拍照糾正角度，第二次拍照糾正偏移量。了解到他們的需求和想法后，康視杰的工程師經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)械手不能調(diào)整角度和位移，就需要康耐視視覺(jué)軟件計(jì)算出比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)給XXY旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，讓其通過(guò)收到的三軸位置數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整放在其上的液晶屏角度和位置，以便讓機(jī)械手能夠準(zhǔn)確抓取，并放到后面的三個(gè)包裝箱內(nèi)。

由于每個(gè)包裝箱也分別放在一個(gè)XXY旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，同樣需要康耐視的視覺(jué)軟件計(jì)算出包裝箱的角度和位移，讓XXY旋轉(zhuǎn)平臺(tái)糾正其角度和位置，然后讓機(jī)械手將液晶屏準(zhǔn)確放入其中，如圖2所示。

圖2XXY平臺(tái)角度及平移修正量計(jì)算示意圖

經(jīng)過(guò)測(cè)試，使用康耐視CIC-10MR相機(jī)和VisionPro軟件完美實(shí)現(xiàn)了液晶屏的對(duì)正、抓取和打包整個(gè)工作過(guò)程。而且一次拍照即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確抓取，免去了原來(lái)設(shè)想的二次拍照流程，提高了生產(chǎn)效率，如圖3所示。

圖3包裝箱檢測(cè)界面

（說(shuō)明：相機(jī)拍照后，根據(jù)檢測(cè)的角度和平移偏差計(jì)算XXY平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)量和平移量，一次性傳送給PLC，由PLC控制XXY平臺(tái)動(dòng)作。）

另外，康視杰為欣奕華科技編寫了簡(jiǎn)單易用的校準(zhǔn)、標(biāo)定和訓(xùn)練功能。為了減少視覺(jué)檢測(cè)時(shí)耗，采用了多線程處理，將原來(lái)的每次拍照兩秒減少到了一秒以內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交互，還編寫了與三菱Q系列PLC通訊程序。這些基于VisionPro的定制檢測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)了與XXY旋轉(zhuǎn)平臺(tái)完美結(jié)合。

在工程師們利用測(cè)量工具與視覺(jué)配合確定了XXY平臺(tái)的精度完全滿足項(xiàng)目要求后，接下來(lái)就是視覺(jué)技術(shù)如何配合XXY平臺(tái)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

如圖4所示，該液晶屏打包線分為兩個(gè)部分：

⑴前面部分為ECheck產(chǎn)線，用兩臺(tái)康耐視CIC-10MR相機(jī)為液晶屏做定位，通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)調(diào)整XXY旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，然后由機(jī)械手將其抓取到后面六個(gè)E檢臺(tái)中的任意一個(gè)上，精度要求為±1mm。

⑵后面部分為Packing產(chǎn)線，共有四個(gè)XXY平臺(tái)，第一個(gè)用來(lái)為液晶屏做定位，后面三個(gè)為包裝箱做定位，然后由機(jī)械手將液晶屏放入三個(gè)包裝箱中，精度要求為±1mm。

圖4打包工位現(xiàn)場(chǎng)照片

（說(shuō)明：這是Packing工位現(xiàn)場(chǎng)照片，液晶屏由前面的傳送帶輸送到XXY平臺(tái)上進(jìn)行檢測(cè)，XXY平臺(tái)根據(jù)視覺(jué)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)液晶屏進(jìn)行角度和平移調(diào)整，以便機(jī)械手能夠正確抓取。）

第一、ECheck產(chǎn)線視覺(jué)檢測(cè)

ECheck產(chǎn)線的XXY平臺(tái)除了進(jìn)行XXY角度和平移修正之外，最底部還有一個(gè)單獨(dú)的軸，可以帶動(dòng)整個(gè)XXY平臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，所以此XXY平臺(tái)接到前方傳送帶的液晶屏后有兩個(gè)姿態(tài)：0度時(shí)，相機(jī)檢測(cè)修正位置后，ARM機(jī)械手將其送往對(duì)應(yīng)的三個(gè)0度E檢臺(tái)；180度時(shí)，相機(jī)檢測(cè)修正位置后，ARM機(jī)械手將其送往對(duì)應(yīng)的三個(gè)180度E檢臺(tái)；因?yàn)閮蓚€(gè)姿態(tài)XXY平臺(tái)各軸的方向都發(fā)生了變化，所以需要分成兩種情況進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定，增加了程序復(fù)雜程度，這點(diǎn)是與后續(xù)的Packing產(chǎn)線不同之處。

為了將兩種姿態(tài)的液晶屏準(zhǔn)確對(duì)正到相應(yīng)的E檢臺(tái)，模型訓(xùn)練時(shí)采用了比較特殊的方法。以0度姿態(tài)為例說(shuō)明，180度姿態(tài)類似，圖5所示為液晶屏檢測(cè)界面。

圖5液晶屏檢測(cè)界面

⑴先將所有0度E檢臺(tái)移到接料位，然后在第一個(gè)0度E檢臺(tái)上放一塊標(biāo)準(zhǔn)的液晶屏，將其四個(gè)邊角與E檢臺(tái)的固定框架對(duì)齊，分別與固定框架的邊沿相距大約1~2mm。

⑵ARM機(jī)械手移到第一個(gè)0度E檢臺(tái)上，對(duì)好正確的抓取位置，然后將液晶屏吸起。此時(shí)PLC需要記下ARM機(jī)械手的放料位置及第一個(gè)0度E檢臺(tái)的接料位置。

⑶ARM機(jī)械手將液晶屏從第一個(gè)0度E檢臺(tái)上方移動(dòng)到第二個(gè)0度E檢臺(tái)上方，緩緩一點(diǎn)點(diǎn)降，此時(shí)微調(diào)ARM機(jī)械手和第二個(gè)0度E檢臺(tái)的位置，將液晶屏與第二個(gè)0度E檢臺(tái)的固定框架對(duì)齊，間距同樣是1~2mm。然后PLC記錄此時(shí)ARM機(jī)械手的放料位置和第二個(gè)0度E檢臺(tái)的接料位置。

⑷同樣方法，將液晶屏與第三個(gè)0度E檢臺(tái)對(duì)齊。

⑸然后ARM機(jī)械手吸著液晶屏移到XXY平臺(tái)的上方，待XXY平臺(tái)回到0度初始位置再移到接料位置后，ARM機(jī)械手將液晶屏放在XXY平臺(tái)上然后移開。此時(shí)相機(jī)進(jìn)行拍照取像，進(jìn)行模型訓(xùn)練。

⑹模型訓(xùn)練后，為了驗(yàn)證機(jī)械上是否已經(jīng)準(zhǔn)確對(duì)位。先不調(diào)整XXY平臺(tái)，讓ARM機(jī)械手直接將XXY平臺(tái)上的液晶屏取走，依次放在三個(gè)0度E檢臺(tái)上。如果能夠準(zhǔn)確放入說(shuō)明機(jī)械對(duì)位準(zhǔn)確。

⑺ARM機(jī)械手將液晶屏放回XXY平臺(tái)，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)和平移液晶屏，使其偏離正確位置。此時(shí)讓相機(jī)拍照檢測(cè)，根據(jù)其檢測(cè)到的與模型的角度和平移偏差計(jì)算出XXY平臺(tái)的修正量發(fā)送給PLC，驅(qū)動(dòng)XXY平臺(tái)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整完成后ARM機(jī)械手抓取液晶屏放到其中一個(gè)0度E檢臺(tái)上。

經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，ARM機(jī)械手都能準(zhǔn)確將液晶屏放到三個(gè)0度E檢臺(tái)上，如圖6所示。

圖6ECheck產(chǎn)線視覺(jué)檢測(cè)示意圖

第二、Packing產(chǎn)線視覺(jué)檢測(cè)

Packing產(chǎn)線與ECheck產(chǎn)線略有不同，雖然有四個(gè)XXY平臺(tái)，但是每個(gè)XXY平臺(tái)都只有一個(gè)姿態(tài)，不用區(qū)分0度和180度。不過(guò)對(duì)正原理類似，卻略顯復(fù)雜，如圖7所示。

圖7Packing產(chǎn)線視覺(jué)檢測(cè)示意圖

⑴將Catcher平臺(tái)上的液晶屏取到已裝好擋塊的Box里，將Box放到入箱口，驅(qū)動(dòng)滾筒把Box送到Packing1工位處，并夾緊Box。

⑵確認(rèn)液晶屏在Box里的位置，讓液晶屏四個(gè)邊角與Box四個(gè)角的檔塊內(nèi)邊沿間隙基本相同（1~2mm）。

⑶此時(shí)調(diào)整Packing1工位Camera3,4的曝光以得到較好的Model圖像。

⑷得到Model圖像后，開始訓(xùn)練Packing1的模型，并手動(dòng)測(cè)試一次和二次拍照，確認(rèn)一下輸出數(shù)據(jù)是否合理。

⑸用吸盤把Packing1工位Box里的液晶屏吸起來(lái)，注意要保證在吸起來(lái)的過(guò)程中液晶屏不會(huì)蹭到Box導(dǎo)致其位置發(fā)生變化，同時(shí)也可再次確認(rèn)液晶屏與Box的間隙是否合適。

待液晶屏被移走后，可再次手動(dòng)測(cè)試一次和二次拍照，再確認(rèn)一下輸出數(shù)據(jù)是否沒(méi)有大的變化。

⑹將液晶從Packing1工位的Box里完全吸起來(lái)，移動(dòng)ARM機(jī)械手到分別與Packing2、Packing3工位的Box進(jìn)行對(duì)正。然后分別拍照取Model圖像進(jìn)行模型訓(xùn)練。

⑺將液晶屏移動(dòng)到Catcher平臺(tái)處先不要下放，待Catcher平臺(tái)回到初始位置時(shí)再放下。此時(shí)相機(jī)拍照取Model圖像進(jìn)行模型訓(xùn)練。

⑻至此，三個(gè)Packing工位和Catcher工位的模型訓(xùn)練完成。

正常工作時(shí)，三個(gè)Packing工位的包裝箱分別根據(jù)視覺(jué)檢測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)整好位置，液晶屏在Catcher工位的XXY平臺(tái)上根據(jù)視覺(jué)檢測(cè)的數(shù)據(jù)調(diào)整好位置，由ARM機(jī)械手抓起直接放到三個(gè)包裝箱中。

經(jīng)過(guò)大量流片測(cè)試，ARM機(jī)械手都能夠?qū)⒁壕翜?zhǔn)確放入包裝箱中。

借助康耐視VisionPro強(qiáng)大的視覺(jué)處理功能和優(yōu)越而通俗易用的界面表達(dá)形式，欣奕華科技成功實(shí)現(xiàn)了技改，并首次深深領(lǐng)會(huì)到了先進(jìn)視覺(jué)技術(shù)對(duì)提升制造效率的強(qiáng)大威力。

圖4所示為視覺(jué)檢測(cè)工位示意圖。

“康耐視VisionPro視覺(jué)軟件的PatMax定位功能真的很強(qiáng)大，特征不是很好的時(shí)候都能查找得非常準(zhǔn)確?！毙擂热A科技的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人郭經(jīng)理最后評(píng)價(jià)說(shuō)，“而且軟件界面簡(jiǎn)潔友好，操作方便，增加閾值判斷功能后，工人就不用目不轉(zhuǎn)睛的盯著檢測(cè)了，既減少人工，又提高工作效率，以后公司視覺(jué)方面的需求要多與康耐視的合作?！?/p>