1 引言

淄博市临淄银河高技术开发有限公司（以下简称临淄银河公司）主要致力于电力电子模块、大功率电源装置和电力电子基础材料的研发和生产，主要产品有各种型号规格的晶闸管智能控制模块、恒流恒压控制模块、智能电机控制模块、双闭环直流调速模块、MTC、MTX、MTG、MDC、MDS、MDQ、SSR（固态继电器）、IPM、IGBT、DBC陶瓷覆铜板、大功率LED陶瓷散热基片等。

2 人工操作工艺

过去，临淄银河公司在生产DBC陶瓷覆铜板时，是由人工把陶瓷覆铜板放置在铁网输送线上，流入高温加热设备，之后流出。“这个时候工件有一定温度，在高温加热设备的出口处，由人工来抓取，之后放置在临近工位的物料盒中。”临淄银河公司的生产工程师介绍说，“每个陶瓷板之间再人工放置一张白色隔层纸，结束后再返回加热设备出口处，等待下一个工件。”

这样的生产方式导致生产效率很慢，要耗用2~3个人不间断生产。再加上工件本身有一定温度，人工操作时需要戴上特制手套，因此工件放置在物料盒中也不是很整齐。在陶瓷板分割工序，还要增加一个人对物料盒中的众多陶瓷板进行整理。

3 机器人工艺系统

3.1 机器工艺决策

针对人工操作的工艺品质问题，临淄银河公司决定进行设备改造，提升生产自动化，引入机器人完成自动抓取。项目由北京自动化研究所总包造，选用南京埃斯顿自动化股份有限公司（以下简称埃斯顿）的机器人。

3.2 视觉识别挑战

但是，埃斯顿的工程师有点担忧，“我们之前用过其它品牌的视觉系统，效果不太好，相机与机器人之间不能直接通讯，因此对于这个项目，我们也比较担心，怕两者之间通讯存在问题。”

另外，生产现场对视觉检测有着特殊要求，这对视觉系统提出了一些挑战。

比如，工件为陶瓷覆铜板，工件中间较大区域为黄色铜材质，四周有1-3mm宽度的陶瓷白边。工件放置在铁网链条上且在工件左右两个短边各放置2个陶瓷块，避免陶瓷覆铜板与链条直接接触。工件之间有一定间距，链条一直在匀速运动，工件流入经高温融合设备后，铜与陶瓷之间键合，在高温加热设备的出口处一段距离，视觉进行定位引导检测。

“铁网链条长时间加热后，会变形，很不平整，有高有低，工件放置在4个小陶瓷块上，经加热后，会从陶瓷块上滑落，另外陶瓷板两端也会适当翘起，这样陶瓷板的姿态任意，位置偏移、倾斜、旋转等问题都会存在。”埃斯顿的工程师指出。

本项目最大的挑战就是陶瓷板存在高低、倾斜差异，铁网链条处于一直运动中，加上链条本身有高有低，陶瓷板到位后光电提供触发信号不是很准确，也就无法准确触发相机拍照，相机的触发方式相比于以往有时改变。

“陶瓷覆铜板大小有一定差异，有的工件四周白边宽2mm，有的1mm，有的长度会长些，有的宽度会宽些。覆铜的颜色也有深有浅，有的黄铜，有的紫铜。”埃斯顿的工程师指出，生产时，顺序不固定，如上一块覆铜板大点，下一块就会小点，因此就要求视觉予以兼容。

此外，由于陶瓷板一直在运动，因此就要求相机运动中检测，机器人也在运动中抓取。现场机器人的运行行程有限，无法触及到相机检测位置。相机检测工位与机器人抓取位置之间有一定距离，线体运动方向需要补偿一定的距离值。

3.3 康耐视解决方案

面对这些检测难题，上海贝特威自动化科技有限公司作为埃斯顿的合作伙伴，向其推荐了康耐视公司的视觉检测解决方案。在测试中，康耐视的视觉方案大放异彩，让临淄银河公司的生产人员和埃斯顿的工程师刮目相看。

“配合相机调试时，工件来料随意放置，相机依然可以准确检测出工件的中心位置，引导机器人正确抓取，”埃斯顿的工程师说道，“原来康耐视相机与机器人KEBA系统可以直接通讯，这样接收相机的坐标数据就方便多了，机器人工程师蔺力说道。”

事实证明，康耐视强大的PatMax工具可以轻松应对陶瓷板的查找，即使陶瓷板覆铜区域颜色有一定差异，甚至陶瓷板本身大小有一定的变化，PatMax工具依然可以准确定位；先使用Patmax查找陶瓷板进行初定位，之后在陶瓷板四周使用Findline工具，四个Findline找到的边向工件中心进行偏移，交点即为工件的中心点。以某一边的角度变化来反映陶瓷板的旋转角度。这样，对于工件因高低不平发生的倾斜，视觉查找计算的中心点也依然是工件的正中心点。

通过应用康耐视卓越不凡的In-Sight视觉系统，临淄银河公司的视觉引导检测流程和机器人抓取流程得到了优化，具体如下。

视觉引导检测流程：铁网链条一直运动，人工放置陶瓷板，流入高温加热设备，隔一段时间后流出加热设备，距离出口一段距离，安装相机，对陶瓷板进行定位引导检测；相机编辑并加载检测程序，触发方式设置为连续触发，机器人通过IO线控制相机的联机、脱机状态；设备生产时，机器人发送联机信号，相机不停的拍照检测；陶瓷板随铁网链条向前运动，慢慢的陶瓷板进入相机视野，从陶瓷板很少一部分进入相机FOV，到整个陶瓷板进入到相机FOV中，在每次拍照中，相机通过PatMax工具来查找陶瓷板，通过PatMax初定位查找陶瓷板四个白边（Findline），之后将四个通过计算向内偏移，交点即为陶瓷板的中心点，最后判别交点坐标是不是在事先设定好的相机FOV中心处区域（主要考虑交点坐标Y值是不是在FOV中间区域）；若Y值满足设定的合格区域，相机发送对应的X、Y、Angle三个值给到机器人；若检测不合格，相机会发送事先约定好的三个固定值；机器人收到数据后，发送相机脱机信号，继而相机停止拍照；机器人调整姿态抓取工件，最后将工件放置到夹具中；工件之间存在一定距离，可以满足在下一个工件到位时，机器人已经回到抓取等待位，并且发送相机联机信号。

3.4 视觉抓取流程

机器人抓取流程如下：机器人接收相机发送的X、Y、Angle值，并按编码器进行相应距离补偿；调整姿态抓取工件，抓取工件后发送相机脱机信号；运动陶瓷板放置在夹具上时，调整位置，顺利放置到夹具中；从临近码纸工位（纸张码垛）吸一张白纸再放置陶瓷板上；最后返回到抓取等待位，发送相机联机信号，等待下次抓取。

现在，临淄银河公司的DBC陶瓷覆铜板应用In-Sight视觉系统和机器人之后，不但节省了3~4位生产工人，提高了生产速度，而且可以同时兼容多种工件生产。即使工件温度有点高时，也可以直接抓取放置到物料盒中。

（1）In Sight 7200-11相机固定安装，两个条光侧打，陶瓷板视觉引导检测，之后将X、Y、Angle值发送给机器人：

（2）机器人抓取工件时状态图，两个吸盘：

（3）In sight软件程序界面-自定义视图按客户要求显示主要信息：

4 结束语

“视觉技术配合机器人的使用，提高了生产自动化水平和生产效率，保证了产品质量，节约了公司人资成本，”临淄银河公司的生产工程师最后总结，“现在，抓取合格率可达99.8%以上，对于变化比较大的不合格陶瓷板，也能提示机器人抓取放至废料盒中，”朱利最后总结道，“对于后面的陶瓷板分割工位，我们也会考虑增加视觉产品进行测量。” 

参考文献（略）