劉呈銀 南 輝

（陜西漢德車橋有限公司，陜西西安710200）

0 引言

在汽車車橋減速器裝配過程中，因過橋箱蓋需擰緊的螺栓數(shù)量多，過橋箱蓋形狀不規(guī)則，螺栓分布不均，同時現(xiàn)場AGV在運行到定位點時，?？课恢么嬖谳^大誤差，AGV工裝水平方向也存在誤差，因此使用擰緊機作業(yè)過程中需不斷調(diào)整擰緊位置和兩條擰緊軸的中心距。但是擰緊所有螺栓需要3～4 min，工人勞動強度大、生產(chǎn)效率低，無法滿足現(xiàn)場作業(yè)要求?；谥悄苤圃旒皵?shù)字化工廠建設(shè)需求，公司現(xiàn)引進(jìn)雙目視覺機器人擰緊系統(tǒng)，通過雙目視覺系統(tǒng)將產(chǎn)品類型、樣色、螺栓數(shù)量等特征信息轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)。圖像處理系統(tǒng)根據(jù)像素分布、亮度、顏色等信息將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，視覺系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算，抽取目標(biāo)特征和實際產(chǎn)品模板進(jìn)行比較，根據(jù)判別的結(jié)果來控制機器人動作。機器人根據(jù)接收到的信息調(diào)整運行軌跡，實現(xiàn)對過橋箱蓋螺栓的自動擰緊。

1 技術(shù)分析

根據(jù)汽車車橋減速器裝配現(xiàn)場實際情況梳理出以下待解決的問題：

（1）人工作業(yè)工作量大、規(guī)范性差、效率低。

（2）人工作業(yè)隨意性大，存在漏擰可能，裝配質(zhì)量難以保證。

（3）作業(yè)現(xiàn)場噪聲大，不適宜人工現(xiàn)場工作。

（4）過橋箱蓋種類多。

（5）過橋箱蓋異形，形狀差異大。

2 雙目視覺機器人擰緊系統(tǒng)的工作流程

（1）現(xiàn)場配置KUKA六軸機器人及視覺定位系統(tǒng)，柔性裝配線上AGV輸送小車運行到機器人和視覺系統(tǒng)工作范圍內(nèi)自動定位。

（2）雙目視覺機器人擰緊系統(tǒng)進(jìn)行手眼標(biāo)定，得到照像機的圖像坐標(biāo)與機器人基座之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

（3）通過視覺匹配算法，從圖像中定位出過橋箱蓋上螺栓的位置和產(chǎn)品類別。

（4）基于手眼標(biāo)定的結(jié)果，計算出過橋箱蓋上螺栓相對于機器人基座的位置，并以固有的通信方式告知機器人被測物體的位置信息。

（5）控制機器人對過橋箱蓋螺栓進(jìn)行擰緊。

3 雙目視覺機器人螺栓擰緊系統(tǒng)的組成

3.1 硬件系統(tǒng)組成

（1）松下工業(yè)級專用攝像機、輔助光源。

（2）視頻信號數(shù)字化設(shè)備（圖像處理計算機），其任務(wù)是把攝像機或CCD輸出的信號轉(zhuǎn)換成方便計算和分析的數(shù)字信號。

（3）庫卡機器人本體及控制系統(tǒng)。

（4）西門子S7300PLC，通過PROFIBUS總線和擰緊控制器連接，控制擰緊軸進(jìn)行擰緊作業(yè)，采集擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)用于顯示和上傳MES系統(tǒng)。

（5）西門子觸摸屏，用于顯示擰緊結(jié)果及系統(tǒng)狀態(tài)信息。

3.2 軟件系統(tǒng)組成

（1）計算機系統(tǒng)軟件選用Win7，視覺系統(tǒng)軟件選用深路MMIU2.0版。

（2）機器人控制軟件選用RC2。

3.3 信息交換

機器人與視覺系統(tǒng)、AGV控制系統(tǒng)之間通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息交換，機器人與擰緊控制PLC、PLC，以及與擰緊軸控制器之間使用工業(yè)總線PROFIBUS實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

4 雙目視覺機器人擰緊系統(tǒng)的安裝調(diào)試

（1）將雙目攝像頭按要求安裝到支架上，固定后調(diào)整焦距使其取像清晰，并保證達(dá)到適當(dāng)?shù)娜∠穹秶?，需要提取的工件特征信息基本位于圖像的中心位置。

（2）調(diào)試前準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備棋盤校正板，要求平整無褶皺，將機器人擰緊軸套筒取下，在TCP軸（擰緊機非移動軸）中心安裝垂直標(biāo)定工裝，要求高度超出原套筒高度3 cm左右。

（3）標(biāo)定：分為機器人標(biāo)定和視覺軟件標(biāo)定兩大塊，其主要作用是調(diào)整機器人絕對值坐標(biāo)與軟件像素坐標(biāo)重合。將棋盤板置于AGV小車的平面上，高度要求與螺栓平面接近平行。需要注意兩點，一是校正板固定后不可移動，否則可能導(dǎo)致校正失敗；二是兩個相機都必須拍到棋盤板上的“T型”參照物。1）機器人標(biāo)定采用“4點”標(biāo)定法，即在定位鏡頭取像范圍內(nèi)任意取4個點，并做標(biāo)記。移動機器人手臂，按順序分別使TCP軸的定位工裝頂點與標(biāo)記點重合，并記錄機器人當(dāng)前X、Y坐標(biāo)值。2）相機標(biāo)定：打開視覺軟件的“定位”模塊，標(biāo)定1號相機。在標(biāo)定窗口中，將軟件中的4個點（P0～P3）用鼠標(biāo)定位到與機器人記錄的4個點重合，且保證順序相對應(yīng)；更新圖像坐標(biāo)，數(shù)值隨之自動更新；最后將記錄的機器人X、Y坐標(biāo)值按順序輸入到對應(yīng)的視覺軟件實時坐標(biāo)中保存，標(biāo)定工作完成。重復(fù)這個步驟標(biāo)定2號相機。在標(biāo)定板取像范圍內(nèi)取任意一個點做好標(biāo)記，并手動進(jìn)行拍照，再將機器人標(biāo)定工裝頂點移動到該點，即TCP軸與該點重合。查看示教器中的坐標(biāo)值是否與視覺軟件中的坐標(biāo)值相同，以驗證標(biāo)定結(jié)果，并根據(jù)現(xiàn)場使用要求確定誤差范圍，如果誤差較大，需要重新標(biāo)定。

5 相機模版制作

攝像頭的作用是獲取圖像，那么模版的作用就是給系統(tǒng)做比較、分析并最終確定產(chǎn)品信息。每一種產(chǎn)品需制作一個模版，用于在作業(yè)過程中和視覺系統(tǒng)采集的圖像進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果輸出對應(yīng)的產(chǎn)品信息。機器人接收視覺系統(tǒng)輸出的信息后開始進(jìn)行相應(yīng)的擰緊作業(yè)。模板制作步驟如下：在視覺系統(tǒng)采集的圖像中選擇合格品取像制作模版（制作過程中，產(chǎn)品不得移動，直到機器人螺栓擰緊程序編輯完成）。在視覺系統(tǒng)軟件MMIU中，打開模版編輯窗口，添加模版名字，編輯模版特征（分為必要特征和輔助特征）。

（1）調(diào)整圖片特征框大小，選定特征范圍。

（2）更改相應(yīng)參數(shù)，生成添加特征選項。

（3）拾取圖片特征信息，并完成添加。

（4）定位坐標(biāo)原點，即視覺系統(tǒng)在工件上建立的坐標(biāo)系原點。

（5）選擇保存模版路徑并保存。

按相同方法完成2號相機模板制作。

6 雙相機數(shù)據(jù)整合

打開視覺軟件，定位雙相機整合，先把偏置數(shù)據(jù)清零并手動拍照，得出視覺軟件坐標(biāo)測試數(shù)據(jù)，再把得出的X、Y及角度數(shù)據(jù)分別減30 000，最后將得到的數(shù)值填到對應(yīng)偏置數(shù)據(jù)位置，完成數(shù)據(jù)整合。

7 機器人基坐標(biāo)標(biāo)定及編程

7.1 機器人基坐標(biāo)標(biāo)定

打開機器人示教器基坐標(biāo)標(biāo)定界面，選擇對應(yīng)的工具編號，對機器人基坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。將機器人TCP軸手動移動到工件上確定的坐標(biāo)原點（實例中為銷釘?shù)膱A心點），點擊示教器測量按鍵，根據(jù)提示將機器人向+X方向、原點、+Y方向移動，點擊測量并保存數(shù)據(jù)，基坐標(biāo)標(biāo)定完成。

7.2 機器人編程

首先選定對應(yīng)產(chǎn)品的機器人子程序，手動觸發(fā)攝像機進(jìn)行拍照。其次，運行機器人程序，完成程序初始化。之后將光標(biāo)移到PYX=OKX位置，進(jìn)行句選擇，手動運行機器人。最后將機器人手臂移動到需要擰緊的螺栓上方，進(jìn)行機器人定位擰緊程序編輯。

8 現(xiàn)場應(yīng)用

（1）從AGV進(jìn)入視覺范圍內(nèi)定位停穩(wěn)到機器人擰緊完成，節(jié)拍為110 s，無需人工操作，解決了傳統(tǒng)擰緊作業(yè)效率低、人工作業(yè)工作量大的問題。

（2）視覺識別控制機器人作業(yè)，可100%擰緊軸，不存在漏擰現(xiàn)象，保證了裝配質(zhì)量。

（3）機器人控制擰緊軸作業(yè)，作業(yè)現(xiàn)場噪聲降低50%。

（4）視覺系統(tǒng)自動識別產(chǎn)品，不受產(chǎn)品種類和形狀變化限制。

9 結(jié)語

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人視覺系統(tǒng)逐漸發(fā)展成熟。微型計算機飛速發(fā)展，機器人視覺系統(tǒng)開始進(jìn)入各個領(lǐng)域，其中汽車制造是機器人視覺系統(tǒng)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，已經(jīng)成為智能工廠的核心組成單元。從上海特斯拉智能工廠、不同汽車品牌加速裝配智能工廠，到雷軍公布的小米“黑燈工廠”（效率比傳統(tǒng)工廠提升60%以上），視覺機器人系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為各大企業(yè)提高生產(chǎn)效率、減少成本的重要手段。