中職組“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用”賽項(xiàng)芯片的識(shí)別
——以O(shè)MRON 視覺為例

黃嚇珠

（福建工業(yè)學(xué)校， 福建 福州 350000）

引言

“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)”賽項(xiàng)（中職組）的競(jìng)賽平臺(tái)采用的是華航唯實(shí)生產(chǎn)的“CHL-DS-01”異形插件工作站，該工作站是以工業(yè)機(jī)器人為核心單元，融合了可編程邏輯控制器（PLC）、工業(yè)視覺檢測(cè)、人機(jī)交互終端（HMI）等先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)，以異形芯片插件工藝過程為最主要的工作任務(wù)，這個(gè)工作任務(wù)也是3C 行業(yè)最主要的任務(wù)。用各種不同形狀的零件代表不同類型的芯片，用不同顏色代表了芯片質(zhì)量，如圖1 所示。該賽項(xiàng)工作站的工業(yè)視覺采用的是歐姆龍視覺系統(tǒng)，該視覺系統(tǒng)的主要任務(wù)是是將檢測(cè)芯片的形狀和顏色的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)不同的形狀和顏色進(jìn)行分揀、裝配處理[1]。

1 歐姆龍視覺系統(tǒng)簡(jiǎn)介

機(jī)器視覺是用相機(jī)鏡頭來代替人眼做測(cè)量和判斷，結(jié)合圖鐔處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，形成的一門新學(xué)科。機(jī)器視覺系統(tǒng)由圖像采集、圖像處理與結(jié)果輸出三個(gè)主要環(huán)節(jié)組成，主要實(shí)現(xiàn)四大功能,包括識(shí)別、檢測(cè)、測(cè)量與定位。一個(gè)機(jī)器視覺系統(tǒng)就是一個(gè)能自動(dòng)獲取一副或多幅目標(biāo)物體圖像，對(duì)所獲取圖像的各種特征量進(jìn)行處理、分析和測(cè)量，并對(duì)測(cè)量做出定性分析和定量解釋，從而得到有關(guān)目標(biāo)物體的某種認(rèn)識(shí)并作出相應(yīng)決策的系統(tǒng)。歐姆龍視覺具有以下特點(diǎn)：逼真色彩合成技術(shù)。憑借逼真色彩合成技術(shù)，識(shí)別能力比單色方式提高了大約65 000 倍；高動(dòng)態(tài)范圍圖像處理技術(shù)。高動(dòng)態(tài)范圍圖像處理技術(shù)，明暗拍攝領(lǐng)域比過去擴(kuò)大了5 000 倍[2]。

視覺檢測(cè)原理有以下幾點(diǎn)：

1）被檢測(cè)的零件通過CCD 相機(jī)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)。

2）圖像處理系統(tǒng)將圖像的各種信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。

3）圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如：位置、長(zhǎng)度、面積等。

4）圖像處理系統(tǒng)再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其它條件輸出結(jié)果。

5）上位機(jī)如機(jī)器人或PLC 實(shí)時(shí)獲得檢測(cè)結(jié)果后，指揮系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作，如定位和分選。

2 歐姆龍視覺與機(jī)器人通訊

歐姆龍視覺系統(tǒng)與外部通訊一般包含并行IO 通訊、串行通訊。并行IO 通訊是利用多個(gè)實(shí)際接點(diǎn)的ON/OFF 信號(hào)組合，可在視覺傳感器和機(jī)器人IO 之間交換數(shù)據(jù)。串行通訊是無協(xié)議通訊，不使用特定的協(xié)議，向視覺傳感器發(fā)送命令幀，然后從傳感器控制器接收響應(yīng)幀。通過收發(fā)ASCII 格式或二進(jìn)制格式的數(shù)據(jù)，在PLC、機(jī)器人等外部裝置與傳感器控制器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。“CHL-DS-01”異形插件工作站提供了兩種通訊方式，隨著比賽任務(wù)越來越復(fù)雜，并行通訊很難滿足要求，本門著重介紹歐姆龍視覺與機(jī)器人采用以太網(wǎng)連接通訊的設(shè)置。

2.1 歐姆龍通訊模塊的軟件設(shè)置

1）在【菜單欄】的【工具】中的系統(tǒng)設(shè)置，選擇【啟動(dòng)設(shè)定】。

2）選擇【通信模塊】，在串行（以太網(wǎng)）的下拉菜單中選擇【無協(xié)議（TCP）】，更改完成后點(diǎn)擊【保存】。

3）在【菜單欄】的【工具】中的系統(tǒng)設(shè)置，選擇【通信】，選擇以太網(wǎng)（無協(xié)議）。

4）按圖2 在右側(cè)框內(nèi)設(shè)定正確的IP 地址與端口號(hào)。

5）設(shè)置完成后，單擊【適用】單擊【保存】，重啟系統(tǒng)查看。

2.2 ABB 機(jī)器人IP 地址設(shè)置

1）使用示教器，在控制面板里找到IP 設(shè)定選項(xiàng)。

2）在IP 設(shè)定里，為機(jī)器人添加一個(gè)地址為“192.168.100.105”的IP 地址,點(diǎn)擊【確定】（IP 地址的設(shè)定注意：視覺的IP 和機(jī)器人的IP 必須同一網(wǎng)段）。

3 芯片顏色和形狀的識(shí)別

如上頁圖1 所示，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用賽項(xiàng)要識(shí)別的芯片形狀主要有CPU、集成電路、電容、三極管。每種芯片要識(shí)別的顏色有兩種，CPU 有灰色和藍(lán)色，集成電路有灰色和紅色，電容有黃色和藍(lán)色，三極管有黃色和紅色。為了便于機(jī)器人程序的編寫，我們可以用兩位數(shù)字來表示芯片的顏色和形狀，以十位數(shù)表示芯片的形狀，以個(gè)位表示芯片的顏色，具體如表1所示。歐姆龍視覺通過以太網(wǎng)通訊發(fā)送給機(jī)器人的一般是字符形式，機(jī)器人接收到字符后通過字符轉(zhuǎn)換為數(shù)字的函數(shù)STRTOVAL()轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字。

表1 芯片狀態(tài)值表

3.1 歐姆龍視覺系統(tǒng)芯片識(shí)別的設(shè)置

歐姆龍視覺系統(tǒng)如何將檢測(cè)的芯片形狀和顏色以表1 的字符形式發(fā)送給機(jī)器人，主要有以下幾個(gè)步驟。

3.1.1 流程編輯

點(diǎn)擊【流程編輯】按鈕，如圖所示進(jìn)入流程編輯界面。添加四個(gè)形狀搜索Ⅲ、兩個(gè)標(biāo)簽,分別登入CPU、集成電路、三極管、電容、灰色標(biāo)簽、黃色標(biāo)簽。

3.1.2 處理單元宏

接著在流程編輯中添加“處理單元宏”，點(diǎn)擊“處理單元宏“，進(jìn)入到到“參照變數(shù)”這一項(xiàng)，追加如圖3所示“參照變數(shù)”。

3.1.3 宏程序的編寫

根據(jù)處理單元宏的“參照設(shè)置”，

X1@=1，表示形狀為CPU

X2@=1，表示形狀為集成電路

X3@=1，表示形狀為電容

X4@=1，表示形狀為三極管

BS@=1，表示顏色為灰色

HS@=1，表示顏色為黃色

表2 芯片識(shí)別宏程序表述

歐姆龍宏程序編寫如下

3.1.4 輸出格式設(shè)置

在串行數(shù)據(jù)輸出項(xiàng)目中，【輸出格式】中，選擇【以太網(wǎng)】通訊方式，選擇【ASCII】為輸出形式，更改完成后，點(diǎn)擊【確定】，點(diǎn)擊【保存】。

3.2 機(jī)器人與視覺通訊程序

4 結(jié)語

中職組“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用”賽項(xiàng)的最主要任務(wù)是芯片分揀，要進(jìn)行芯處分揀，首先要檢測(cè)芯片的顏色和形狀，將檢測(cè)的結(jié)果，通過宏程序處理后的對(duì)應(yīng)芯片賦予對(duì)應(yīng)的數(shù)字以字符串的形式發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人通過收到的字符串，直接得到對(duì)應(yīng)芯片對(duì)應(yīng)的芯片“數(shù)字”，簡(jiǎn)化了機(jī)器人視覺程序的編寫，同時(shí)減少了視覺流程編輯的工序。