基于工業(yè)機器人與機器視覺的芯片分揀系統(tǒng)設計

洪靖茹

摘要：隨著科技的發(fā)展，近年來工業(yè)機器人技術的不斷發(fā)展成熟，在制造領域中，工業(yè)機器人的應用范圍也越來越廣。由工業(yè)機器人、機器視覺檢測、PLC等系統(tǒng)構(gòu)建的芯片分揀系統(tǒng)，可以實現(xiàn)復制式、可定制化生產(chǎn)，避免了工人的重復性勞動，減少了工作負擔，讓生產(chǎn)工作更加靈活，提高了工作效率。

關鍵詞：工業(yè)機器人;機器視覺;自動化控制

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）02-0091-03

隨著近年來工業(yè)機器人技術的不斷發(fā)展，在智能生產(chǎn)線中應用工業(yè)機器人技術可以提高生產(chǎn)效率，降低人力資源成本，并且能夠進行定制化生產(chǎn)，是生產(chǎn)企業(yè)在市場競爭中提高競爭力的理想途徑。將機器視覺技術與工業(yè)機器人相互配合，可以有效地實現(xiàn)物料的定位、拾取、搬運等工作，從而使電子設備生產(chǎn)線的自動化水平得到提升。本文以ABB六軸工業(yè)機器人為核心、歐姆龍機器視覺檢測系統(tǒng)、西門子PLC、HMI人機交互系統(tǒng)構(gòu)成的工作站為例，介紹了典型的基于工業(yè)機器人與機器視覺的芯片分揀系統(tǒng)的設計。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

基于工業(yè)機器人與機器視覺的芯片分揀系統(tǒng)由工業(yè)機器人、控制系統(tǒng)、機器視覺檢測組件、芯片原料盤、芯片裝配單元組成。工業(yè)機器人可根據(jù)實際尺寸及需要進行選擇，在本系統(tǒng)中，選用ABB的桌面型小負載串聯(lián)關節(jié)六自由度機器人IRB120，它具有小巧靈活的特點。工業(yè)機器人工作時通過機器人控制器與機器視覺、PLC之間的通訊來完成對芯片的檢測和安裝控制。其工作原理為：工作時，芯片放置在芯片原料盤的凹槽位置處，機器人抓取芯片之后，通過機器視覺對芯片進行檢測，將檢測結(jié)果通過串行接口傳遞給工業(yè)機器人，機器人根據(jù)程序設定，將符合條件的芯片安裝到PCB板的指定位置。

2 控制系統(tǒng)的設計

2.1控制系統(tǒng)硬件型號選擇

工業(yè)機器人與機器視覺的芯片分揀系統(tǒng)硬件型號選擇如下：

1）機器人控制系統(tǒng)：使用ABB標準I/O板（DSQC652信號板），該信號板包含有16個數(shù)字量的輸入和16個數(shù)字量的輸出接口，完成外部信號的采集和接收，實現(xiàn)機器人的分揀工作。

2）PLC控制器：采用西門子S7-200SMART系列小型PLC，該PLC的主機主要包括CPU模塊、信號板、網(wǎng)絡通信接口、人性化軟件等諸多功能特點，可以實現(xiàn)CPU、編程設備和HMI之間的多種通信。

3）HMI人機界面：威綸通TK6070IP型觸摸屏，主要硬件參數(shù)有7英寸TFT LCD，內(nèi)存128M+64MB，顯示色彩65536色，實現(xiàn)工業(yè)機器人工藝參數(shù)的設置和過程控制功能。

4）機器視覺：采用歐姆龍FH L550機器視覺系統(tǒng)，它由圖像采集單元、圖像采集信息處理單元、圖像處理軟件、網(wǎng)絡通信裝置等構(gòu)成。圖像處理軟件能夠?qū)D片進行幾何邊緣的提取、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡單的定位和搜索等。具有結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，易于安裝在生產(chǎn)線和各種設備上，并且便于裝卸和移動的優(yōu)點。

2.3機器視覺檢測設計

在“登錄模型”頁面中，單擊“編輯”按鍵，選擇合適的待檢測形狀，然后進入“區(qū)域設置”頁面，在該頁面設置智能相機將要進行搜索的區(qū)域，該區(qū)域設置時可以盡量選大一些。在“檢測點”頁面中，選擇“指定方法”為“直接指定”。在“測量參數(shù)”頁面中可以選擇高精度模式和物體檢測角度等。

2.4 氣路設計

在該芯片分揀系統(tǒng)中共有4個氣路，其中芯片吸盤電磁閥控制本系統(tǒng)中的待分揀芯片的拾取與放回動作，工具快換控制電磁閥控制吸盤工具的取放，蓋板吸盤電磁閥用于在芯片分揀完畢之后給PCB板安裝透明蓋板。

3 控制系統(tǒng)的程序設計與運行

3.1工業(yè)機器人程序設計

工業(yè)機器人在該系統(tǒng)中的運動動作包括機器人本體的六軸關節(jié)運動軌跡以及機器人快換裝置對于氣動吸盤工具的吸取、放下物料，這些運動動作由工業(yè)機器人的示教器上所運行的RAPID程序來進行控制，在程序設計過程當中，首先要通過手動操作對機器人運動軌跡中的關鍵點進行示教，包括原料盤上的芯片放置物料點、機器視覺拍照點、PCB板的物料放置點，以及這些點位所對應的過渡點、接近點、逃逸點和安全點。確定關鍵點之后，根據(jù)輸入輸出信號編制芯片分揀系統(tǒng)機器人程序流程圖。根據(jù)流程圖編制工業(yè)機器人系統(tǒng)程序。

PROC main（）

WaitDI DI10_10，1;//從觸摸屏設置機器人開始運動按鍵，當觸摸屏發(fā)出信號時，觸發(fā)下面的程序

for i from 1 to 4 do//以4個芯片的分揀為例，依次拾取芯片

movel a，v1000，fine，tool0;//a點為一個安全的過渡點

gj yldw{i}，1，10;//調(diào)用機器人運動及吸盤動作程序，其中參數(shù)1為原料點位，參數(shù)2為吸盤“吸”，參數(shù)3為偏移值10㎜

movel PH，v1000，fine，tool0;//機器人運動到機器視覺拍照點

getphoto;//調(diào)用機器人與機器視覺通訊和拍照程序

if StrCCD Part = StrCCD OK then//添加“string”數(shù)據(jù)，命名為“StrCCD OK”，存儲類型為常量，值為空格加1，添加判斷語句“IF”對“StrCCD Part”與“StrCCD OK”進行對比

gj pcbdw{i}，2，10;//當拍照結(jié)果為OK時，芯片為符合要求的目標芯片，調(diào)用機器人運動及吸盤動作程序，其中參數(shù)1為PCB板上芯片目標點位，參數(shù)2為吸盤“放”，參數(shù)3為偏移值10㎜

else

gj yldw{i}，2，10;//當拍照結(jié)果為NG時，芯片不符合安裝要求，調(diào)用機器人運動及吸盤動作程序，將芯片放回原料區(qū)

endif

endfor

END PROC

proc gj（robtarget wz，num dz，num py） ?//機器人運動及吸盤動作程序，其中參數(shù)1為目標點位，參數(shù)2為吸盤動作，參數(shù)3為偏移值

movel offs（wz，0，0，py），v800，fine，tool0;//機器人運動到目標點位上方，Z軸偏移參數(shù)所示數(shù)值

movel wz，v100，fine，tool0;//機器人運動到目標點位

test dz

case 1：//吸盤進行“吸”的動作

waittime 0.5;

set vacunm_2;

waittime 0.5;

case 2：//吸盤進行“放”的動作

waittime 0.5;

reset vacunm_2;

waittime 0.5;

endtest

movel offs（wz，0，0，py），v100，fine，tool0; //機器人運動到目標點位上方，Z軸偏移參數(shù)所示數(shù)值

endproc

3.2 ?PLC程序設計

PLC程序設計，機器人程序里SETGO GIO 1;PLC接收到1，當觸摸屏按下運行鍵，機器人收到輸入信號waitdi yx，1;完成人機交互控制部分。

3.3機器視覺與機器人通訊程序設計

將歐姆龍視覺系統(tǒng)與機器人通過以太網(wǎng)連接通訊，并通過設計歐姆龍機器視覺流程與編輯RAPID程序，完成機器視覺系統(tǒng)外部命令輸入以及判定結(jié)果的輸出。

在歐姆龍機器視覺系統(tǒng)設置菜單欄中“工具”-“系統(tǒng)設置”-“通信”-“以太網(wǎng)（無協(xié)議）”，在右側(cè)框內(nèi)設定IP地址192.168.100.101與端口號1400。在“場景組1”與“場景1”中添加“形狀搜索、串行數(shù)據(jù)輸出”，在串行數(shù)據(jù)輸出項目中，“設定”中添加數(shù)據(jù)0的表達式TJG，在串行數(shù)據(jù)輸出項目中“輸出格式”中選擇“以太網(wǎng)，ASCII”為輸出形式。在ABB機器人的示教器“控制面板”-“配置”-“communication”-“IP setting”添加機器人地址192.168.100.100。

在機器人程序列表中添加通訊和拍照程序：

PROC getphoto（）

SocketCreate socket1;   ? ?//創(chuàng)建連接，新建socket類型程序數(shù)據(jù)socket1，存儲類型必須為“變量”

SocketConnect socket1，”192.168.100.101”，1400＼Time：=10; ? //通過1400端口連接機器視覺的IP地址，添加“可選變量”，使用“可選變量＼Time”，設定時間為10秒

TPWrite “R-C_OK”; //添加寫屏指令，如果成功連接機器人與機器視覺，建立通信，則在屏幕上顯示“R-C_OK”

Waittime 0.2;

Socketsend socket1＼Str：=”SCNGROUP 1”; ?//向機器視覺發(fā)出組信號，選擇1號場景組

Waittime 0.2;

Socketsend socket1＼Str：=”SCENE 1”; ? //向機器視覺發(fā)出場景信號，選擇1號場景

Waittime 0.2;

Socketsend socket1＼Str：=”M”; ?//向機器視覺發(fā)出允許拍照信號

Waittime 0.2;

SocketReceive socket1＼Str：=ph_result＼Time：=10; ?//新建數(shù)據(jù)類型為“string”的程序數(shù)據(jù)“ph_result”，收到機器視覺發(fā)出的信號采集結(jié)果信號，存儲到字符串ph_result

StrCCD Part：=StrPart（ph_result，18，2）; ?//新建數(shù)據(jù)類型為“string”的程序數(shù)據(jù)“StrCCD Part”，對信號采集結(jié)果信號進行提取，從18位開始提取2位，即18/19位，如果采集結(jié)果為OK，則提取值為“空格 1”，如果采集結(jié)果為NG，則提取值為“-1”，賦值給“StrCCD Part”。

End proc//程序結(jié)束

4 結(jié)束語

隨著技術的進步，工業(yè)機器人的動作的高精度優(yōu)勢帶來了高效的生產(chǎn)效率，配合機器視覺組成的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，使得生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)人工生產(chǎn)得到了提升，可以將人們從不斷重復的體力勞動中解放出來，該系統(tǒng)的操作控制方式可以推廣應用于其他工業(yè)機器人系統(tǒng)中，基于工業(yè)機器人與機器視覺的芯片分揀系統(tǒng)也會越來越多地應用于生產(chǎn)領域。

參考文獻：

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[3] 栗俊艷，米月琴，弓靖，等.一種基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)[J].電子科技，2016，29（1）：105-107，110.

【通聯(lián)編輯：唐一東】

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