北京欣奕華科技有限公司（以下簡稱欣奕華科技）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，需要用視覺技術(shù)計(jì)算出ΔX1、ΔX2和ΔY三個(gè)軸的坐標(biāo)，對標(biāo)定過程、模型訓(xùn)練步驟和檢測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)就是視覺技術(shù)與XXY平臺的配合。
欣奕華科技很早就知道康耐視公司是全球視覺行業(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技術(shù)有限公司（以下簡稱康視杰）。技術(shù)實(shí)力強(qiáng)大的康視杰專門為這個(gè)項(xiàng)目做了大量評估和測試，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，按原來的設(shè)想是在檢測時(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，就需要康耐視視覺軟件計(jì)算出比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)給XXY旋轉(zhuǎn)平臺，讓其通過收到的三軸位置數(shù)據(jù)來調(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)平臺上，同樣需要康耐視的視覺軟件計(jì)算出包裝箱的角度和位移，讓XXY旋轉(zhuǎn)平臺糾正其角度和位置，然后讓機(jī)械手將液晶屏準(zhǔn)確放入其中。
經(jīng)過測試，使用康耐視CIC-10MR相機(jī)和VisionPro軟件完美實(shí)現(xiàn)了液晶屏的對正、抓取和打包整個(gè)工作過程。而且一次拍照即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確抓取，免去了原來設(shè)想的二次拍照流程，提高了生產(chǎn)效率。
另外，康視杰為欣奕華科技編寫了簡單易用的校準(zhǔn)、標(biāo)定和訓(xùn)練功能。為了減少視覺檢測時(shí)耗，采用了多線程處理，將原來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的定制檢測軟件，實(shí)現(xiàn)了與XXY旋轉(zhuǎn)平臺完美結(jié)合。
在工程師們利用測量工具與視覺配合確定了XXY平臺的精度完全滿足項(xiàng)目要求后，接下來就是視覺技術(shù)如何配合XXY平臺進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
該液晶屏打包線分為兩個(gè)部分：
⑴、前面部分為ECheck產(chǎn)線，用兩臺康耐視CIC-10MR相機(jī)為液晶屏做定位，通過視覺檢測調(diào)整XXY旋轉(zhuǎn)平臺，然后由機(jī)械手將其抓取到后面六個(gè)E檢臺中的任意一個(gè)上，精度要求為±1mm。
?、啤⒑竺娌糠譃镻acking產(chǎn)線，共有四個(gè)XXY平臺，第一個(gè)用來為液晶屏做定位，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。
第一、ECheck產(chǎn)線視覺檢測
ECheck產(chǎn)線的XXY平臺除了進(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平臺旋轉(zhuǎn)180度，所以此XXY平臺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)檢測修正位置后，ARM機(jī)械手將其送往對應(yīng)的三個(gè)0度E檢臺；180度時(shí)，相機(jī)檢測修正位置后，ARM機(jī)械手將其送往對應(yīng)的三個(gè)180度E檢臺；因?yàn)閮蓚€(gè)姿態(tài)XXY平臺各軸的方向都發(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)確對正到相應(yīng)的E檢臺，模型訓(xùn)練時(shí)采用了比較特殊的方法。以0度姿態(tài)為例說明，180度姿態(tài)類似。
?、?、先將所有0度E檢臺移到接料位，然后在第一個(gè)0度E檢臺上放一塊標(biāo)準(zhǔn)的液晶屏，將其四個(gè)邊角與E檢臺的固定框架對齊，分別與固定框架的邊沿相距大約1~2mm。
?、啤RM機(jī)械手移到第一個(gè)0度E檢臺上，對好正確的抓取位置，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檢臺的接料位置。
?、?、ARM機(jī)械手將液晶屏從第一個(gè)0度E檢臺上方移動(dòng)到第二個(gè)0度E檢臺上方，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檢臺的位置，將液晶屏與第二個(gè)0度E檢臺的固定框架對齊，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檢臺的接料位置。
?、?、同樣方法，將液晶屏與第三個(gè)0度E檢臺對齊。
?、?、然后ARM機(jī)械手吸著液晶屏移到XXY平臺的上方，待XXY平臺回到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。
?、?、模型訓(xùn)練后，為了驗(yàn)證機(jī)械上是否已經(jīng)準(zhǔn)確對位。先不調(diào)整XXY平臺，讓ARM機(jī)械手直接將XXY平臺上的液晶屏取走，依次放在三個(gè)0度E檢臺上。如果能夠準(zhǔn)確放入說明機(jī)械對位準(zhǔn)確。
⑺、ARM機(jī)械手將液晶屏放回XXY平臺，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，根據(jù)其檢測到的與模型的角度和平移偏差計(jì)算出XXY平臺的修正量發(fā)送給PLC，驅(qū)動(dòng)XXY平臺進(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檢臺上。
經(jīng)過多次測試，ARM機(jī)械手都能準(zhǔn)確將液晶屏放到三個(gè)0度E檢臺上。
第二、Packing產(chǎn)線視覺檢測
Packing產(chǎn)線與ECheck產(chǎn)線略有不同，雖然有四個(gè)XXY平臺，但是每個(gè)XXY平臺都只有一個(gè)姿態(tài)，不用區(qū)分0度和180度。不過對正原理類似，卻略顯復(fù)雜。
?、拧atcher平臺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。
?、?、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）。
?、?、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)測試一次和二次拍照，確認(rèn)一下輸出數(shù)據(jù)是否合理。
?、?、用吸盤把Packing1工位Box里的液晶屏吸起來，注意要保證在吸起來的過程中液晶屏不會(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)測試一次和二次拍照，再確認(rèn)一下輸出數(shù)據(jù)是否沒有大的變化。
?、?、將液晶從Packing1工位的Box里完全吸起來，移動(dòng)ARM機(jī)械手到分別與Packing2、Packing3工位的Box進(jìn)行對正。然后分別拍照取Model圖像進(jìn)行模型訓(xùn)練。
?、?、將液晶屏移動(dòng)到Catcher平臺處先不要下放，待Catcher平臺回到初始位置時(shí)再放下。此時(shí)相機(jī)拍照取Model圖像進(jìn)行模型訓(xùn)練。
?、獭⒅链?，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)視覺檢測的數(shù)據(jù)調(diào)整好位置，液晶屏在Catcher工位的XXY平臺上根據(jù)視覺檢測的數(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)過大量流片測試，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)視覺技術(shù)對提升制造效率的強(qiáng)大威力。
"康耐視VisionPro視覺軟件的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。"欣奕華科技的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人郭經(jīng)理最后評價(jià)說，"而且軟件界面簡潔友好，操作方便，增加閾值判斷功能后，工人就不用目不轉(zhuǎn)睛的盯著檢測了，既減少人工，又提高工作效率，以后公司視覺方面的需求要多與康耐視的合作。"
視覺檢測工位示意圖
現(xiàn)場照片
圖1 打包工位現(xiàn)場照片
?。ㄕf明：這是Packing工位現(xiàn)場照片，液晶屏由前面的傳送帶輸送到XXY平臺上進(jìn)行檢測，XXY平臺根據(jù)視覺檢測數(shù)據(jù)對液晶屏進(jìn)行角度和平移調(diào)整，以便機(jī)械手能夠正確抓取。）
程序照片
圖2 液晶屏檢測界面
圖3 包裝箱檢測界面
?。ㄕf明：相機(jī)拍照后，根據(jù)檢測的角度和平移偏差計(jì)算XXY平臺的旋轉(zhuǎn)量和平移量，一次性傳送給PLC，由PLC控制XXY平臺動(dòng)作。）
圖4 視覺檢測工位示意圖
圖5 ECheck產(chǎn)線視覺檢測示意圖
圖6 Packing產(chǎn)線視覺檢測示意圖
圖7 XXY平臺旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算示意圖
圖8 XXY平臺角度及平移修正量計(jì)算示意圖
軟件啟動(dòng)界面圖
軟件版本信息圖
