摘要：本文以機器人視覺技術在彈條搬運生產(chǎn)中應用的實例，闡述了機器人視覺技術的優(yōu)點，以及在提高自動化水平，產(chǎn)品質(zhì)量等方面的作用。

隨著社會的飛速發(fā)展和科技進步，機器人得到廣泛應用，而工業(yè)機器人的應用更是走在了前面。工業(yè)機器人集機械、電子、計算機等先進技術于一體，自1962年第一臺機器人在美國投入使用以來，已經(jīng)廣泛應用于制造行業(yè)的各個領域，大大提高了勞動生產(chǎn)率，降低了工人的勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。與此同時，隨著工業(yè)機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)機器人已經(jīng)從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其它工業(yè)領域。

機器人搬運系統(tǒng)廣泛應用于汽車車身、機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配、碼垛、集裝箱等的自動搬運。首鋼莫托曼機器人有限公司研制生產(chǎn)的鐵路彈條視覺檢測機器人高速搬運系統(tǒng)，不同于傳統(tǒng)的冷加工搬運生產(chǎn)線，它的搬運對象為1000℃的高溫鋼材，現(xiàn)場由于高溫淬火造成煙霧及粉塵、強電磁干擾以及高噪音、高強度、高頻率的工作環(huán)境，對工作人員的身體健康損害嚴重。搬運機器人的應用，將人們從繁重的勞動中解脫出來。

機器人視覺技術的應用，極大地拓寬了機器人的應用范圍，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)視覺設備運用在瑕疵檢測，閱讀條碼，指導抓取和正確位置放置，尤其在工件測量和定位等性能方面，帶視覺傳感功能的機器人系統(tǒng)，性能更為卓越。首鋼莫托曼生產(chǎn)的機器人彈條搬運系統(tǒng)，配備了多套視覺傳感器，除具備各沖壓工序不同形狀工件的精確定位抓取外，還具有在線工件位置檢測和位置補償功能，工件最終品質(zhì)檢測功能。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。

一．彈條搬運生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成

1.中頻加熱爐

2.沖壓機

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機器人

HP20機器人是整個搬運生產(chǎn)線的核心，是載體，具有高穩(wěn)定性、高速度和高精度。機器人工作半徑R1717mm，重復定位精度0.06mm，負載20㎏。

8.機器人抓具

作為機器人工作的最終執(zhí)行部件，機器人抓手既是一個執(zhí)行器，又是一個感知器，涉及到材料學、工程力學、傳感器技術、通訊技術等多個領域的科學。為適應高溫工件的抓取需要，彈條搬運系統(tǒng)抓手采用高強度耐火鋼作為抓手制作材料，在抓指和抓臂上，進行特殊工藝處理，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.視覺系統(tǒng)

機器人視覺系統(tǒng)的流程是，視覺系統(tǒng)采集被測目標的相關數(shù)據(jù)，計算機系統(tǒng)進行圖象處理和數(shù)據(jù)分析，轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，通過MOTOCOM通訊軟件發(fā)送給機器人，機器人以接收到的數(shù)據(jù)為依據(jù)，進行抓取作業(yè)。

視覺傳感器是一種相當于人眼的傳感器，根據(jù)鐵路彈條生產(chǎn)線工藝的特點，彈條搬運視覺系統(tǒng)采用二維視覺，在二維平面上測量出所有必要的數(shù)據(jù)，作為指導機器人抓取和判斷產(chǎn)品是否合格的依據(jù)。根據(jù)生產(chǎn)線工件的特點，視覺系統(tǒng)采用主動光源檢測。由于工件是高溫工件，其本身能夠發(fā)出輻射光，用工業(yè)相機對其進行拍照，使用濾鏡濾除環(huán)境干擾光和輻射干擾光，達到良好的圖像效果，得到物體的二維圖像，從而計算出工件在平面上的位置和偏移角度。由于高性能計算機的應用及算法優(yōu)化，增強了視覺系統(tǒng)的精度和處理速度，增強了對工廠惡劣環(huán)境的適應性，使之能在工廠的惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行。

9．1視覺軟件功能概述

.標定功能，以得到物理尺寸信息。

.接收PLC的觸發(fā)信號，進行采圖、檢測、測量。

.在界面上顯示圖像及檢測結(jié)果：合格/不合格；測得的尺寸信息。

.將檢測結(jié)果和完成結(jié)果通過相機的IO口輸出給PLC。

.執(zhí)行相關系統(tǒng)狀態(tài)的顯示，如系統(tǒng)時間、檢測個數(shù)統(tǒng)計等。

.將測量數(shù)據(jù)，機器人偏遠數(shù)據(jù)保存在當天的Excel文件中。

.調(diào)節(jié)相機參數(shù)的交互功能

9．2使用環(huán)境

相機：PointGrey 20S4ｍ200萬黑白相機；

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開發(fā)環(huán)境。

10.MOTOCOM通訊軟件

二．機器人彈條搬運系統(tǒng)工藝流程

1.上料工位

上料工位系統(tǒng)是由一臺溫度傳感器和一臺工業(yè)相機組成。溫度傳感器具有三通道信號輸出，檢測工件當前溫度，通過相應的通道發(fā)送給機器人系統(tǒng)，只有滿足工藝要求的溫度，才能作為合格產(chǎn)品進入加工工序。工業(yè)相機對工件進行坐標定位和測量，以確定工件尺寸和當前位置，采集到的數(shù)據(jù)通過MOTOCOM發(fā)送給機器人，以指導機器人進行抓取，對于溫度和尺寸滿足工藝要求的工件，機器人抓出送入壓機進行沖壓作業(yè)；對于不合格的產(chǎn)品，機器人抓出進入廢品回收程序。

2.第一沖壓工位

系統(tǒng)是由一臺熱傳感器和兩臺工業(yè)相機組成。當沖壓完成后，視覺系統(tǒng)對工件進行坐標定位和測量，以指導機器人平移抓取位置，補償由于沖壓機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)是由一臺熱傳感器和一臺工業(yè)相機組成。由于沖壓機的精度和模具的原因，這個工位偏差很大，視覺系統(tǒng)除了要進行工件測量和坐標定位外，還要算出工件的偏移角度。機器人以視覺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為依據(jù)，補償偏移角度和位置，進行抓取作業(yè)，使機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)是由一臺三通道溫度傳感器和兩臺工業(yè)相機以及檢測臺清掃裝置組成。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。由于機器人搬運作業(yè)節(jié)拍穩(wěn)定，在進入加工工序的溫度穩(wěn)定時，可以保證進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，每個成品都具有相同的機械性能。視覺系統(tǒng)的兩臺工業(yè)相機成90度夾角安裝，進行俯視和側(cè)視拍攝。取特征點位置為測量點，進行多位置測量，檢測出數(shù)據(jù)指標，與標準數(shù)據(jù)進行對比，判斷產(chǎn)品是否合格。合格產(chǎn)品進入淬火工序，不合格產(chǎn)品進入廢品回收程序，至此機器人彈條搬運完成一個完整的流程。

三．機器人視覺搬運系統(tǒng)優(yōu)越性

目前我國大多數(shù)工廠中，帶有高度重復性的搬運工作仍然靠大量人工來完成，給工廠帶來巨大的人工成本和管理成本，并難以保證生產(chǎn)線的高速度和零缺陷。機器人及視覺系統(tǒng)的使用，有效地解決了這一問題。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。

彈條搬運生產(chǎn)線是全自動生產(chǎn)線，工藝流程中不需要人的干預，線體周邊使用安全欄防護，門上裝有安全鎖，只要有人進入工作區(qū)域，機器人就會報警停止，最大限度的保證了人身安全。機器人生產(chǎn)節(jié)拍穩(wěn)定，生產(chǎn)數(shù)量在觸摸屏實時顯示，產(chǎn)品周期明確，生產(chǎn)綱領安排更加容易控制。機器人與視覺系統(tǒng)的使用，降低了人工對產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性的影響，保證了產(chǎn)品的一致性。