德国BERGER LAHR机器人在印刷质量检测中的应用

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。在此基础上主要介绍几个在在工件无损探伤中的应用案例。

 

关键字：直角坐标机器人 CCD摄像机 图像处理，特征提取和模板匹配。

 

一 任务描述：

　　在几乎所有的现代化批量生产过程中，产品包装盒上所印文字，符号，产品上的标签等要印刷精美，无缺陷和错误。但实际生产中会出现一些问题，如部分字符漏印，部分字符不完整，不同字符间混乱，如5和6，6和9就容易印混。字符位置不对，字符的字体不对或不一致等。要解决上面的问题就必须选一优秀的图象处理系统，对这些文字和符号进行100%的可靠的检验，才能保证100%的合格率，达到真正的“零缺陷”。被检验识别的文字和符号可以由下面的方式产生：印刷，喷码，热转印和激光雕刻等。这更增加了检验识别的难度。

　　被检验的东西可以在传送带上单排排放，也可以是如图1所示的并列排放。机器人首先停止传送带，并把检测头移动到第一个产品上方，识别系统开始自动检测识别第一个产品。机器人再把检测头移动到第二个产品上方，接着识别系统开始自动检测第二个产品，如此依次识别完该排最后一个产品。再起动传送带把第二排产品移到检测系统正下方，并开始该行产品的自动检验识别。

 

　　在图2中被检验的文字是在透明的塑料上。机器人首先停止传送带，并匀速移动检测头，识别系统在几个特定的位置自动检测识别所印文字和符号。塑料再起动一定长度，机器人反向运动，检测系统开始该行产品的自动检验识别。

 

图1：自动检测传送带上逐行逐列排放的产品        图2：自动检测在透明朔料上所印的一行字符

 

二 系统组成

　　这里的任务是图2产品的检验。该机器人是德国百格拉公司单轴机器人，由于负载小及移动速度不高，所用型号为LM-P404 R-AT5。有效行程按任务要求选为1500毫米。驱动电机是百格拉公司的步进电机VRDM3910LWB。机器人控制系统选用百格拉公司的专用工控机TLCC。TLCC通过CAN总线控制TLC611步进电机驱动器。图像处理系统选用德国Vision Experts GmbH公司的检测系统 VE 4000 OCV/2。图2是该系统在实际使用中的照片。下面较详细介绍直角坐标机器人和检测系统。

 

2.1 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的新老用户厚爱。

 

　　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检测产品标签等的质量缺欠。

 

　　在直角坐标机器人中各个轴主要是做直线运动，而且运动方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐标机器人。直角坐标机器人可分为一维到多维很多种，每一维是一个运动轴，由一个直线运动单元组成。一台喷涂用三维直角坐标机器人由三个直线运动单元组成，而一台码垛机器人根据应用要求通常由几个一维，二维和三维直角坐标机器人组合而成。百格拉公司直角坐标机器人的主要技术数据是运动行程0到18米；负载1~180公斤；重复定位精度0.05mm；每个轴运动速度最高可达5米/秒。

2.2 机器视觉系统

 

　　机器视觉就是使机器有人眼和大脑的部分功能，自动做如形状测量，印刷质量缺欠识别和产品外观质量识别等工作。机器视觉系统通常用在全自动化、高效高可靠性和非接触地，大批量生产过程中的检测识别工作。常见的视觉系统一般包括如下部分：光源，镜头，CCD摄相机，图像采集卡，图像处理软件，监视器，通讯/输入输出单元等。也有许多智能摄相机自身已带有镜头，CCD摄相机，高速CPU，存储器，常用图像处理软件，通讯口和/输入输出单元。CCD摄相机有彩色摄相机和黑白摄相机，本文仅介绍CCD黑白摄相机。

 

　　首先CCD摄相机将被摄取目标转换成灰度图像信号，该信号先被放大，再数字化为数字图像。数字图像以二维矩阵存储起来，如Vision Components GmbH公司智能摄像机VC2028的每一幅数字图像都是640*480的二维矩阵。该矩阵的每一个元素叫像素，它的数值通常是0~255。像素的数值0~255对应目标的最暗和最亮处。图像处理软件就是根据图像中像素分布和亮度变化等信息抽取图像中目标的特征，如：面积、长度、数量、位置等， 然后与所存的模板进行比较匹配，最后给出结果，如：尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等。

 

2.2.1 系统硬件配置

　　本文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。根据视场范围和高度选用对应的镜头。

 

2.2.2 识别系统的功能

　　检测系统是德国Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2系统，它由智能CCD摄像机VC2028和专利识别软件组成，可以检测各种符号，如可以是印刷的符号，喷码符号，热转印，激光雕刻等。可以100%保证发现所有下面的问题：整个漏印字符，部分漏印字符，部分字符不完整，不同字符间混乱，如5和6; 6和9印混，字符位置不对，字符的字体不对或不一致。该系统可以识别多种符号，当图像中要识别的符号与背景的对比度有些变化，如照明系统出现问题，甚至图像背景里有某种规则的纹理时，不会影响该系统的正常工作。该系统也非常灵活，可以是一分钟仅检测10个产品，一小时检测10万个产品。可以同时检测300个字符，可以检测同时含10种字体的符号集合。每小时可以检测最多到10万个产品。每个图像可以400个符号，同时检测10种不同字体的符号。被检测物体可以被转动，在运动中实时动态检测，自动给出检测数据，有自检和外部信号起动公司，检测的符号可以缩小和放大，给出符号的位置数据。

 

　　对操作员不需要任何编程经验，很复杂的检测任务可以在几分钟内设置好。操作员仅仅要用手动操作器定义要检测区域窗口，用示教方法把要识别的所有符号告诉测试系统及通过操作菜单输入几个参数。操作员经过几小时的培训就可以完全掌握该系统。

 

 

三 结论：

　　本文主要介绍了德国百格拉公司的直角坐标机器人及德国Vision Experts GmbH公司的E4000 OCV/2检测系统。德国Vision Experts GmbH公司的E 4000 OCV/2检测系统装配在百格拉公司的单轴直角坐标机器人上，被许多用户非常成功地用在文字符号检验上。该系统运行非常可靠，可以100%发现下面的问题：整个漏印字符，部分漏印字符，部分字符不完整，不同字符间混乱，字符位置不对，字符的字体不对或不一致。该检测系统在欧洲大量取代一美国同类系统，已成为欧美市场上最可靠的系统。

 

　　随着大批量全自动化生产的迅猛发展及众多产品需要在许多生产环节100%被检测，此类直角坐标机器人和图像处理系统将具有更加广范的市场前景和发展潜力！