淄博市臨淄銀河高技術(shù)開發(fā)有限公司(以下簡稱臨淄銀河公司)主要致力于電力電子模塊、大功率電源裝置和電力電子基礎(chǔ)材料的研發(fā)和生產(chǎn)，主要產(chǎn)品有各種型號規(guī)格的晶閘管智能控制模塊、恒流恒壓控制模塊、智能電機控制模塊、雙閉環(huán)直流調(diào)速模塊、MTC、MTX、MTG、MDC、MDS、MDQ、SSR(固態(tài)繼電器)、IPM、IGBT、DBC陶瓷覆銅板、大功率LED陶瓷散熱基片等。
過去，臨淄銀河公司在生產(chǎn)DBC陶瓷覆銅板時，是由人工把陶瓷覆銅板放置在鐵網(wǎng)輸送線上，流入高溫加熱設(shè)備，之后流出。“這個時候工件有一定溫度，在高溫加熱設(shè)備的出口處，由人工來抓取，之后放置在臨近工位的物料盒中。”臨淄銀河公司的生產(chǎn)工程師介紹說，“每個陶瓷板之間再人工放置一張白色隔層紙，結(jié)束后再返回加熱設(shè)備出口處，等待下一個工件。”
這樣的生產(chǎn)方式導(dǎo)致生產(chǎn)效率很慢，要耗用2~3個人不間斷生產(chǎn)。再加上工件本身有一定溫度，人工操作時需要戴上特制手套，因此工件放置在物料盒中也不是很整齊。在陶瓷板分割工序，還要增加一個人對物料盒中的眾多陶瓷板進行整理。
于是，臨淄銀河公司決定進行設(shè)備改造，提升生產(chǎn)自動化，引入機器人完成自動抓取。項目由北京自動化研究所總包造，選用南京埃斯頓自動化股份有限公司(以下簡稱埃斯頓)的機器人。
但是，埃斯頓的工程師有點擔憂，“我們之前用過其它品牌的視覺系統(tǒng)，效果不太好，相機與機器人之間不能直接通訊，因此對于這個項目，我們也比較擔心，怕兩者之間通訊存在問題。”
另外，生產(chǎn)現(xiàn)場對視覺檢測有著特殊要求，這對視覺系統(tǒng)提出了一些挑戰(zhàn)。
比如，工件為陶瓷覆銅板，工件中間較大區(qū)域為黃色銅材質(zhì)，四周有1-3mm寬度的陶瓷白邊。工件放置在鐵網(wǎng)鏈條上且在工件左右兩個短邊各放置2個陶瓷塊，避免陶瓷覆銅板與鏈條直接接觸。工件之間有一定間距，鏈條一直在勻速運動，工件流入經(jīng)高溫融合設(shè)備后，銅與陶瓷之間鍵合，在高溫加熱設(shè)備的出口處一段距離，視覺進行定位引導(dǎo)檢測。
“鐵網(wǎng)鏈條長時間加熱后，會變形，很不平整，有高有低，工件放置在4個小陶瓷塊上，經(jīng)加熱后，會從陶瓷塊上滑落，另外陶瓷板兩端也會適當翹起，這樣陶瓷板的姿態(tài)任意，位置偏移、傾斜、旋轉(zhuǎn)等問題都會存在。”埃斯頓的工程師指出。
本項目最大的挑戰(zhàn)就是陶瓷板存在高低、傾斜差異，鐵網(wǎng)鏈條處于一直運動中，加上鏈條本身有高有低，陶瓷板到位后光電提供觸發(fā)信號不是很準確，也就無法準確觸發(fā)相機拍照，相機的觸發(fā)方式相比于以往有時改變。
“陶瓷覆銅板大小有一定差異，有的工件四周白邊寬2mm，有的1mm，有的長度會長些，有的寬度會寬些。覆銅的顏色也有深有淺，有的黃銅，有的紫銅。”埃斯頓的工程師指出，“生產(chǎn)時，順序不固定，如上一塊覆銅板大點，下一塊就會小點，因此就要求視覺予以兼容。
此外，由于陶瓷板一直在運動，因此就要求相機運動中檢測，機器人也在運動中抓取。現(xiàn)場機器人的運行行程有限，無法觸及到相機檢測位置。相機檢測工位與機器人抓取位置之間有一定距離，線體運動方向需要補償一定的距離值。
面對這些檢測難題，上海貝特威自動化科技有限公司作為埃斯頓的合作伙伴，向其推薦了康耐視公司的視覺檢測解決方案。在測試中，康耐視的視覺方案大放異彩，讓臨淄銀河公司的生產(chǎn)人員和埃斯頓的工程師刮目相看。
“配合相機調(diào)試時，工件來料隨意放置，相機依然可以準確檢測出工件的中心位置，引導(dǎo)機器人正確抓取，” 埃斯頓的工程師說道，“原來康耐視相機與機器人KEBA系統(tǒng)可以直接通訊，這樣接收相機的坐標數(shù)據(jù)就方便多了，”機器人工程師藺力說道。”
事實證明，康耐視強大的PatMax工具可以輕松應(yīng)對陶瓷板的查找，即使陶瓷板覆銅區(qū)域顏色有一定差異，甚至陶瓷板本身大小有一定的變化，PatMax工具依然可以準確定位;先使用Patmax查找陶瓷板進行初定位，之后在陶瓷板四周使用Findline工具，四個Findline找到的邊向工件中心進行偏移，交點即為工件的中心點。以某一邊的角度變化來反映陶瓷板的旋轉(zhuǎn)角度。這樣，對于工件因高低不平發(fā)生的傾斜，視覺查找計算的中心點也依然是工件的正中心點。
通過應(yīng)用康耐視卓越不凡的In-Sight視覺系統(tǒng)，臨淄銀河公司的視覺引導(dǎo)檢測流程和機器人抓取流程得到了優(yōu)化，具體如下。
視覺引導(dǎo)檢測流程：鐵網(wǎng)鏈條一直運動，人工放置陶瓷板，流入高溫加熱設(shè)備，隔一段時間后流出加熱設(shè)備，距離出口一段距離，安裝相機，對陶瓷板進行定位引導(dǎo)檢測;相機編輯并加載檢測程序，觸發(fā)方式設(shè)置為連續(xù)觸發(fā)，機器人通過IO線控制相機的聯(lián)機、脫機狀態(tài);設(shè)備生產(chǎn)時，機器人發(fā)送聯(lián)機信號，相機不停的拍照檢測;陶瓷板隨鐵網(wǎng)鏈條向前運動，慢慢的陶瓷板進入相機視野，從陶瓷板很少一部分進入相機FOV，到整個陶瓷板進入到相機FOV中，在每次拍照中，相機通過PatMax工具來查找陶瓷板，通過PatMax初定位查找陶瓷板四個白邊(Findline)，之后將四個通過計算向內(nèi)偏移，交點即為陶瓷板的中心點，最后判別交點坐標是不是在事先設(shè)定好的相機FOV中心處區(qū)域(主要考慮交點坐標Y值是不是在FOV中間區(qū)域);若Y值滿足設(shè)定的合格區(qū)域，相機發(fā)送對應(yīng)的X、Y、Angle三個值給到機器人;若檢測不合格，相機會發(fā)送事先約定好的三個固定值;機器人收到數(shù)據(jù)后，發(fā)送相機脫機信號，繼而相機停止拍照;機器人調(diào)整姿態(tài)抓取工件，最后將工件放置到夾具中;工件之間存在一定距離，可以滿足在下一個工件到位時，機器人已經(jīng)回到抓取等待位，并且發(fā)送相機聯(lián)機信號。
機器人抓取流程如下：機器人接收相機發(fā)送的X、Y、Angle值，并按編碼器進行相應(yīng)距離補償;調(diào)整姿態(tài)抓取工件，抓取工件后發(fā)送相機脫機信號;運動陶瓷板放置在夾具上時，調(diào)整位置，順利放置到夾具中;從臨近碼紙工位(紙張碼垛)吸一張白紙再放置陶瓷板上;最后返回到抓取等待位，發(fā)送相機聯(lián)機信號，等待下次抓取。
現(xiàn)在，臨淄銀河公司的DBC陶瓷覆銅板應(yīng)用In-Sight視覺系統(tǒng)和機器人之后，不但節(jié)省了3~4位生產(chǎn)工人，提高了生產(chǎn)速度，而且可以同時兼容多種工件生產(chǎn)。即使工件溫度有點高時，也可以直接抓取放置到物料盒中。
“視覺技術(shù)配合機器人的使用，提高了生產(chǎn)自動化水平和生產(chǎn)效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了公司人資成本，”臨淄銀河公司的生產(chǎn)工程師最后總結(jié)，“現(xiàn)在，抓取合格率可達99.8%以上，對于變化比較大的不合格陶瓷板，也能提示機器人抓取放至廢料盒中，”朱利最后總結(jié)道，“對于后面的陶瓷板分割工位，我們也會考慮增加視覺產(chǎn)品進行測量”。