基于机器视觉的LED灯具自动装配线.pdf

本期关注special focus 两化融合 基于机器视觉的LED灯具自动装配线 ， 褚乐添 朱兰娟 / 上海交通大学 摘 要：随着中国经济发展与人口红利的剪刀差越来越扩大，工业制造领域人工成本的不断上升，更多、更广泛地使用 机器人是我国工业的突破方向，同时对机器人的智能化要求会越来越高。 关键词：LED；装配系统；视觉检测 年来，机器视觉系统技术 日臻成熟。基于机 配； 近器视觉的装配、测量技术被不断地运用于电 （4 ）如何制定合理的识别和装配策略，使后续零件 子、机械产品的生产过程中。与传统机器人 在分别识别特征边界后能够实现正确定位和安装，使下一 或程序控制机械手装配相比较，基于机器视觉的生产加工 步装配能够顺利进行；各装配零件特征边界在装配时和装 系统检测、控制、装配更加准确、精确，自动生产系统更 配后还有可能出现遮挡或阴影，如何制定合适的检测策略 加柔性。由视觉控制机器人将进一步向智能化、移动化方 来提高测量、装配、测试精度与效率。 向发展。 2 LED灯具自动装配系统的控制策略 笔者单位2 0 12 年研发 了等效7 5 瓦 白炽灯 的新款 基于上述问题，本课题确定的如下主要对策： SlimStyle LED节能灯泡。为提高新型灯具的装配效率与质 （1）根据装配任务，制定了零 （组）件装配策略， 量，我们研发了自动装配线。 自动装配线采用模块化结构，设计了分层控制系统结构， 待装配产品为发光板、控制电路、外壳、灯头部分， 产品逐级分舱预装，使得每个工序任务尽可能简化甚至单 分别进行自动装配后再组合。自动装配线集：LED零件整 一。又针对性地选用合适的图像处理定位方式，降低零件 备、部件装配、整灯封装、产品激光喷码、外观品质检 边缘的误识别率。 测、产品通电试验、合格品置放、装配质量评价于一体。 图1 新型LED灯具自动装配布局图 1 本装配系统设计中需要考虑的问题主要有下列四个 方面 （1 ）装配舱空间有限，各种机械设备分布 比较紧 凑，如何制定合理的控制策略来控制运动路线与时序，合 理设计视觉系统架构，协调运动控制模块获取正确的空间 图2 装配舱内景及载具 坐标信息，实现有限空间内各运动机构的互不干涉，确保 （2 ）研究了零 （组）件识别定位方式。系统的定位 证自动装配线设备的安全； 精度由高精度载具、传送链高精度定位块来保证，并在载 （2 ）零 （组）件形状各异，尺寸跨度大，装配工艺 具上的高精度特殊标识来配合机器视觉识别，针对上述定 要求各异，定位特征分布多样，如何设计合理的图像处理 位措施，设计调试各工序工位的图像处理，提取 目标器件 方法和硬件控制策略实现多零 （组）件正确识别、动态测 特征边缘点，再基于优化的最小二乘法直线和圆拟合原 量定位，如实还原零件和工序中间目标真实形貌，提取真 理，逐步剔除零件边缘中的干扰点、缺陷点，提高了装配 实边界为机器人提供正确的运动参数； 工件的识别定位精度。 （3 ）装配过程中涉及多重定位坐标及基准的转换， （3 ）固定的机器视觉系统，解决了机器视觉系统视 必须确定合理的转换策略，使前序零 （组）件装配基准和 场狭小，但零件尺寸跨度较大的矛盾。釆用 “先看-后动” 后续零件装配基准实现统一；基准变换后，如何保证新基 的视觉控制和 自校正策略实现待装件及载具的测量、对准 准的稳定性，使后续零件能够在正确的空间坐标下进行装 操作。分析了装配系统硬件模型，根据各模块的功能和位 ◆ 中图