樂志虎

（中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司, 山西 太原 030024）

引言

隨著OLED 玻璃切割工藝的不斷更新，切割工序從二切發(fā)展到了三切。這也意味著在自動化切割生產(chǎn)過程中需要搬送尺寸較小的玻璃（150 mm×12 mm～300 mm×30 mm）。常用的玻璃上料初定位的方式有兩種：一是CCD 定位玻璃Mark 標(biāo)，根據(jù)Mark標(biāo)的位置定位玻璃位置；二是光線定位玻璃邊緣，通過玻璃的邊緣位置定位玻璃位置。但是，前者的定位范圍有限，且受物距較小，大大影響搬送機構(gòu)搬送動作，對于散放在料盤里的玻璃來說定位范圍無法滿足。而后者卻有效率慢，且容易受到搬送機構(gòu)的干擾的缺點。而且，由于玻璃比較小，后段工序的生產(chǎn)節(jié)拍也相應(yīng)的比較小，大約是5 s 每片。所以，需要一種定位范圍足夠大、效率高并且性價比高的定位方式。

1 結(jié)構(gòu)介紹

在實際生產(chǎn)中，需要將條形玻璃從料盤里取出然后放到平臺固定位置上。由于工藝要求，玻璃已經(jīng)經(jīng)過二切部分切開了，不能用硅膠吸盤去吸取玻璃（容易使玻璃變形開裂），只能用與玻璃大小相仿的真空平板去吸?。ㄒ妶D1）。由于玻璃被吸在在平板上后，其邊緣容易和平板邊緣混淆，這造成了用光纖對位的話容易受到干擾的問題。

圖1 視覺系統(tǒng)和搬送機構(gòu)

為了在取玻璃時讓取料機構(gòu)對應(yīng)到玻璃的固定位置，并且還要將玻璃放到指定位置，設(shè)計一個具有X-Y-Z-θ 自由度的取料機構(gòu)。CCD 鏡頭位于料盤正上方。采用先定位后取料的方式搬送玻璃。

2 工業(yè)相機和鏡頭的選型

先說明一下選型目標(biāo)。由于料盤的尺寸是450 mm×300 mm，且相對位置偏差在50 mm 以內(nèi)，所以視覺視野也定在550 mm 左右就足夠了。需要的定位偏差是小于1 mm，所以視覺分辨率要在0.3 mm/pixel左右比較合適。

綜上考慮，選擇了性價比較高的FA 定焦鏡頭，焦距f為12 mm；500 M 像素的相機，2/3 英寸芯片8.44 mm×7.06 mm。這樣，工作距離h在900 mm 時，視野大?。?/p>

可以得出最后視野大小為633 mm×529 mm（視野較大一些可以減少鏡頭的TV畸變帶來的定位誤差）。

500 M相機分辨率：為2 448×2 048。所以單位像素的分辨率為：

由此說明這個鏡頭和相機的選型是符合預(yù)期目標(biāo)的。

3 視覺對位原理

采用獲取玻璃整體輪廓，進而獲取玻璃質(zhì)心的方式對位。所以，取料機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心可以通過玻璃質(zhì)心旋轉(zhuǎn)后偏移量來測得（如下頁圖2 所示）。

首先獲取玻璃的初始位置A（x1，y1），用搬送機構(gòu)吸取玻璃，旋轉(zhuǎn)一個角度θ，然后再放下，用鏡頭再次獲取玻璃的位置B（x2，y2）。這時有：

可以得到旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)O（x0，y0）：

圖2 旋轉(zhuǎn)中心計算示意圖

通過搬送機構(gòu)吸取玻璃的坐標(biāo)，就可以把搬送機構(gòu)納入到視覺坐標(biāo)下。同時，也可以保證搬送機構(gòu)的真空吸板每次都能吸到玻璃的中心位置。這樣，在計算玻璃位置和搬送位置時，可以直接根據(jù)各自的坐標(biāo)進行加減運算，而不需要考慮玻璃偏轉(zhuǎn)角帶來的坐標(biāo)變化，從而大大減少定位計算的復(fù)雜程度。這也是選擇定位方式考慮的一大重要因素。

通過搬送機構(gòu)將玻璃搬送到后段工序的鏡頭視野中進行Mark 定位，得到的數(shù)據(jù)就可以評估搬送機構(gòu)的定位效果。表1 是后段工序（切割機）定位Mark點位置與視野中心的距離的換算數(shù)據(jù)結(jié)果。

表1 后段工序（切割機）定位Mark 點位置與視野中心距離的換算數(shù)據(jù) mm

經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證，定位偏差小于0.2 mm，最終的搬送移載偏差小于0.65 mm 滿足預(yù)期的定位誤差范圍。而每片的定位時間小于0.5 s（一次可定位多

片），連同搬送時間，大約可以控制在4.5 s 左右，滿足后段工序的流水節(jié)拍（精度＜1 mm，定位最大范圍大于500 mm，效率CircleTime＜4.5 s）。

4 誤差分析

1）標(biāo)定誤差。由于標(biāo)定是通過搬送機構(gòu)定位、吸取、旋轉(zhuǎn)、放下、再定位來完成的，在搬送過程中玻璃不可避免地會有些許偏移，進而會造成標(biāo)定誤差。因此在搬送過程中應(yīng)該注意機構(gòu)與玻璃之間的相互位置，盡量減少玻璃的誤差偏移。同時，在吸取玻璃的時候應(yīng)該讓搬送機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心盡量遠離玻璃中心，這樣在獲取玻璃位置變化量可以盡量大，進而可以減少系統(tǒng)誤差。

2）鏡頭畸變誤差。由于采用的視覺模式是定位玻璃質(zhì)心，因此，鏡頭的TV 畸變會直接影響我們的定位結(jié)果。因此，在定位時，不宜定位過于靠近視野邊緣的玻璃，這也是選擇較大視野鏡頭的原因。

5 定位效果對比

光纖邊緣定位。優(yōu)點是定位范圍大，可達1 000 mm 以上，定位精度高小于0.2 mm，適合大尺寸玻璃定位，應(yīng)用成本較低，缺點也很明顯。定位節(jié)拍較大，通常大于8 s。容易受搬送機構(gòu)干擾，對搬送機構(gòu)要求較高。定位搬送方式是先取玻璃后定位，機構(gòu)與玻璃的相對位置偏差不容易保證，對于對搬送要求較高的玻璃產(chǎn)品無法滿足要求。

遠心鏡頭定位Mark 方式。優(yōu)點是定位精度高，通常小于0.1 mm。定位節(jié)拍快，定位時間小于0.2 s。應(yīng)用成本在視野較小時中等。缺點是定位范圍小，視野大小通常小于20 mm，只適合來料位置很規(guī)整的情況。由于物距較?。ㄐ∮?00 mm），定位搬送方式是先取玻璃后定位，不容易保證搬送質(zhì)量。

FA 定焦鏡頭定位玻璃幾何輪廓。優(yōu)點是定位節(jié)拍快，定位時間小于0.5 s。視野較大，一般是50～800 mm。焦距較大（大于600 mm）定位搬送方式采用先定位后搬送的方式，玻璃位置較搬送機構(gòu)位置相對固定，大大提高了搬送質(zhì)量。應(yīng)用成本較高。缺點是定位精度不高，通常大于0.2 mm，但完全滿足移載搬送的要求（小于1 mm）。表2 所示為三種對位方式的對比結(jié)果。

6 結(jié)語

自動定位是在生產(chǎn)線中不可缺失的環(huán)節(jié)。FA 定焦鏡頭定位大大保證了搬送機構(gòu)的移載質(zhì)量。同時，根據(jù)不同的來料情況選擇合適的定位方式是在設(shè)計搬送機構(gòu)時要考慮的重要依據(jù)[1]。

表2 三種對位方式的對比結(jié)果