1引言

上帶機(jī)是電子元器件生產(chǎn)廠家用于對成品進(jìn)行電氣測試并剔除不良品，以及極性排列，正位后自動包裝的一種自動化程度很高的機(jī)械。舊有的設(shè)計(jì)是不帶機(jī)器視覺功能的，其工作原理如圖1所示：

料盤上的產(chǎn)品壞料數(shù)量非常多，檢測儀器可靠性不高，并且由于工藝原因產(chǎn)品在料帶上會出現(xiàn)側(cè)翻、背翻、和極性倒置的現(xiàn)象，因此對上帶機(jī)的工作穩(wěn)定性和效率提出了較高要求。傳統(tǒng)的不帶機(jī)器視覺檢測技術(shù)的上帶機(jī)存在以下幾個重要弊?。?/p>

（1）人員浪費(fèi)

上帶的前道工序?qū)ξ锪线M(jìn)行電氣測試，不良品用油漆或墨水做上標(biāo)記，并由工人在上帶工序開始之前將有標(biāo)記的物料剔除。由于料盤上存在較多壞料，需要大量的人工用肉眼將壞料取出來。

（2）效率較低

料盤上的壞料被人工提走之后，料盤上會留下許多空位，而原來的設(shè)備在工作時電機(jī)是按固定步距前進(jìn)，會在每個空位上去拾取并不存在的物料，造成不必要的時間浪費(fèi)。

（3）生產(chǎn)合格率低

因?yàn)槭艿饺说膫€體差異、容易疲勞及情緒等影響，料盤上壞料的提取肯定存在錯判或漏判的現(xiàn)象。另外由于工藝等原因，機(jī)器在放料到膠帶上時還會出現(xiàn)側(cè)翻、背翻、和極性倒置的現(xiàn)象。這些勢必會影響到產(chǎn)品最終的質(zhì)量。

引入機(jī)器視覺技術(shù)的上帶機(jī)采用圖像識別技術(shù)對壞料進(jìn)行視覺識別，對合格產(chǎn)品進(jìn)行定位且實(shí)現(xiàn)靈活導(dǎo)航，對包裝后的產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時檢測，有效地避免了上述種種問題，使得生產(chǎn)穩(wěn)定性及效率得到極大的提高。增加視覺系統(tǒng)后的工作原理如圖2所示：

2整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

采用機(jī)器視覺技術(shù)的上帶機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

上帶機(jī)控制系統(tǒng)采用上下位機(jī)方式進(jìn)行，上位機(jī)采用工業(yè)pc機(jī)（ipc），下位機(jī)采用plc，雙方以串口方式實(shí)現(xiàn)通信。下位機(jī)為實(shí)際工作控制部分，與各物理信號連接，實(shí)現(xiàn)對硬件的直接操作;上位機(jī)為人機(jī)界面及視覺檢測部分，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作，圖像定位、分析及導(dǎo)航。

上帶機(jī)主要的工作分2個工序完成。

（1）第一道工序?yàn)閽呙韫ば?/p>

掃描工序由工業(yè)計(jì)算機(jī)ipc、ccd攝像頭、圖像采集卡和光源、鏡頭等組成的基于pc的機(jī)器視覺子系統(tǒng)，對料盤（wafer）上的產(chǎn)品進(jìn)行拍照，然后由視覺分析軟件對采集到的圖像（image）進(jìn)行模式匹配，輸出相機(jī)視野內(nèi)所有實(shí)例（instance）產(chǎn)品的位置信息，如x、y坐標(biāo)，產(chǎn)品合格信息等等。由視覺系統(tǒng)完成晶片的定位分析后，程序記錄下所有合格產(chǎn)品所在的坐標(biāo)位置。

（2）第二道工序進(jìn)行產(chǎn)品的拾取和料帶產(chǎn)品的檢測

根據(jù)第一道工序得出的合格產(chǎn)品位置信息，求出下一個產(chǎn)品的坐標(biāo)值，并將該產(chǎn)品的坐標(biāo)換算成xy平臺的運(yùn)動步長，由串口發(fā)送到下位機(jī)，plc程序驅(qū)動電機(jī)走到相應(yīng)的位置，然后啟動搖桿拾取產(chǎn)品，產(chǎn)品拾取成功后，下位機(jī)通知ipc開始檢測料帶產(chǎn)品，此時ipc開始對料帶產(chǎn)品進(jìn)行拍照、定位并且分析，如果產(chǎn)品不合格則立即彈出對話框提示用戶對料帶上產(chǎn)品進(jìn)行糾正。

因?yàn)橄到y(tǒng)在拾取產(chǎn)品時必須同時檢測料帶上的元件狀態(tài)，如果同時還要檢測料盤產(chǎn)品，時間勢必會增長，從而影響到取料桿的取料速度，采用離線提前對料盤產(chǎn)品掃描的方式解決了此問題，它通過掃描分析事先記錄下所有合格產(chǎn)品坐標(biāo)位置，在拾取產(chǎn)品時，系統(tǒng)則無需再對料盤產(chǎn)品進(jìn)行取圖和分析，大大節(jié)省了時間以便進(jìn)行料帶產(chǎn)品的定位和分析。

取料桿在工作過程中可能要做四步工作，（如圖1用數(shù)字符號標(biāo)明的1，2，3，4所示）首先到料盤上取料，接著將產(chǎn)品放到電氣檢測臺上進(jìn)行測試，第三步棄料工作則只在產(chǎn)品不合格時進(jìn)行，最后將合格產(chǎn)品放置到料帶上。

3ipc軟件系統(tǒng)分析

（1）功能需求

ipc進(jìn)行視覺定位，導(dǎo)航及檢測控制，在該控制系統(tǒng)中被稱為上位機(jī)。ipc軟件要求實(shí)現(xiàn)對圖像的采集、定位、黑點(diǎn)（inkdie）分析，對產(chǎn)品的導(dǎo)航，與下位機(jī)的通信，生產(chǎn)情況記錄等功能。圖像處理及導(dǎo)航時間必須控制在100ms以內(nèi)。生產(chǎn)情況記錄必須每天以不同文件采用數(shù)據(jù)庫形式保存。

圖像檢測分為兩部分，第一部分實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品上墨點(diǎn)（ink）的檢測，剔除有墨點(diǎn)元件;第二部分實(shí)現(xiàn)料帶上元件檢測，判斷產(chǎn)品的有無或產(chǎn)品姿態(tài)是否合格。

（2）軟件主框圖

掃描工序軟件框圖如圖4所示，拾取產(chǎn)品及產(chǎn)品檢測軟件框圖如圖5所示：

（3）實(shí)現(xiàn)方案

視覺定位部分是在hexsight視覺軟件包的基礎(chǔ)上進(jìn)行的二次開發(fā)，導(dǎo)航部分采用visualc＋＋進(jìn)行編程。

hexsight軟件包是adept公司出品的一款高性能的機(jī)器視覺開發(fā)包，其定位精度高，一次識別只需不到30ms，支持vb，vc＋＋等流行編程軟件，容易進(jìn)行二次開發(fā)。

光源采用的是新加坡東冠科技生產(chǎn)的rin－70－3r－30。鏡頭采用視覺龍公司的vd07－140定倍鏡頭。視頻卡則使用的是matrox的meteor2，其可接12路視頻信號，兩路數(shù)字輸入和數(shù)字輸出，分辨率達(dá)768*576。由于該卡程序已經(jīng)由hexsight軟件綁定，所以無需編程即可實(shí)現(xiàn)兩者的連接。

（4）子模塊介紹

·圖像采集

圖像采集模塊通過hexsight里面提供的的hsacquisitiondevice控件實(shí)現(xiàn)，它實(shí)現(xiàn)采集卡的軟件接口，圖像的捕獲，鏡頭參數(shù)的調(diào)校及補(bǔ)償?shù)戎T多功能，是第一道工序，也是必做的工序。其部分界面如圖6所示：

·產(chǎn)品定位

通過hexsight的hslocator實(shí)現(xiàn)，它主要提供圖像引入，模板制作及匹配參數(shù)設(shè)定等功能，其部分界面如圖7所示：

·產(chǎn)品合格分析，即ink產(chǎn)品的查找

通過hexsight里的hsblobanalyzer實(shí)現(xiàn)，其主要對圖像中的斑點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置及計(jì)算，部分界面如圖8所示：

·導(dǎo)航

導(dǎo)航方法為自行設(shè)計(jì)的拾取產(chǎn)品時的移位規(guī)則。大致原理：在第一道掃描工序完便記錄下所有合格產(chǎn)品的位置，進(jìn)入第二道工序后系統(tǒng)對合格產(chǎn)品位置進(jìn)行分析，走位依照從下到上，從左到右（換行后從右到左）的順序，一般只走到合格產(chǎn)品位置，如果相鄰的合格產(chǎn)品間距超過5個，系統(tǒng)為防止電機(jī)步距過大，會將超過5個的步長按照一定算法分為n個短步來走，這樣取料桿勢必會在壞料或空位上停留一次，但上位機(jī)在此之前會發(fā)送指令指示該位置為空或壞料，所以plc此時不會啟動料桿前端的吸嘴吸取產(chǎn)品。系統(tǒng)拾取完成一行最后一個合格產(chǎn)品時會換行并改變電機(jī)x軸的前進(jìn)方向，直到全部產(chǎn)品拾取完畢。

·通信模塊

上下位機(jī)間的通信主要為rs-232串行通信方式。產(chǎn)品偏移值、產(chǎn)品合格信號及電機(jī)到位信號都以串行通信方式實(shí)現(xiàn)。

4應(yīng)用狀況及測試結(jié)果分析

（1）程序主界面圖

上位機(jī)應(yīng)用程序采用vc++6.0實(shí)現(xiàn)，主界面如圖9所示：

（2）效果

·該程序界面簡潔友好，使用方便，功能較為齊全。分為普通用戶級和高級用戶級兩種參數(shù)設(shè)置模式;

·部分設(shè)置采用密碼限制，保護(hù)程序的使用安全;

·程序采用模擬圖方式實(shí)時顯示產(chǎn)品合格情況及系統(tǒng)拾取產(chǎn)品狀態(tài);

·每天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動以數(shù)據(jù)庫形式保存，方便查看和統(tǒng)計(jì)。

經(jīng)過一段時間的使用測試，統(tǒng)計(jì)得出性能如附表。

該系統(tǒng)能快速定位并識別合格與不合格產(chǎn)品，各項(xiàng)性能指標(biāo)都可以滿足甚至超出生產(chǎn)的預(yù)期要求。

5結(jié)束語

本系統(tǒng)采用了以機(jī)器視覺系統(tǒng)ipc為上位機(jī)，運(yùn)動控制及過程控制plc為下位機(jī)的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，視覺系統(tǒng)pc提供定位信息，plc控制運(yùn)動及生產(chǎn)過程，兩者通過rs－232串口通訊傳遞運(yùn)動數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢測/控制信號。集成的系統(tǒng)有效地克服了原有系統(tǒng)的種種問題，使得生產(chǎn)精度，穩(wěn)定性及效率得到了極大的提高。該上帶機(jī)已批量生產(chǎn)，投產(chǎn)后性能一直十分穩(wěn)定。

文中介紹用先進(jìn)的機(jī)器視覺技術(shù)改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備，將pc式視覺系統(tǒng)引入原來由plc控制的機(jī)構(gòu)，使之發(fā)揮更大的效能，具有一定的代表性。