賈林玲，耿海珍

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東江門 529000）

0 引言

賀卡設(shè)計(jì)越來(lái)越多元化，很多裝飾手段被用在賀卡的設(shè)計(jì)上。其中用立體膠鉆黏貼在賀卡上，作為點(diǎn)綴或者組成各種圖案，使賀卡變得更加精致美觀。然而，目前賀卡上膠鉆的黏貼主要通過(guò)人手黏貼完成，效率低、不良品率高，而且工人流動(dòng)性大、管理困難。為了解決人工貼鉆帶來(lái)的一系列問(wèn)題，本文提出一種基于視覺(jué)定位的全自動(dòng)貼鉆機(jī)，替代傳統(tǒng)的人工黏貼膠鉆。把機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與點(diǎn)膠工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在賀卡點(diǎn)膠、膠鉆定位、撿鉆、貼鉆的全自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程。

1 貼鉆機(jī)設(shè)計(jì)方案

1.1 機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用動(dòng)梁式結(jié)構(gòu)，具有三軸運(yùn)動(dòng)功能，如圖1～3所示，分為X、Y移動(dòng)平臺(tái)和貼鉆頭組成。X軸主要由1 根線性模組驅(qū)動(dòng)貼鉆頭左右運(yùn)動(dòng)；Y 軸是由2 根線性模組組成安裝在機(jī)架平板上，可以帶動(dòng)X 軸前后運(yùn)動(dòng)。支撐座安裝在X 軸的滑塊上，用于安裝貼鉆頭。貼鉆頭又分成了吸嘴機(jī)構(gòu)和點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)，分別由2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)擺桿帶動(dòng)上、下運(yùn)動(dòng)，吸嘴機(jī)上的2個(gè)吸嘴分別安裝在2個(gè)20的步進(jìn)電機(jī)上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)可以調(diào)整被吸起膠鉆的角度，加工出多彩多樣的賀卡。背光源固定于X、Y平臺(tái)的左側(cè)，賀卡上料裝置安裝于平臺(tái)右側(cè)，原理是通過(guò)定位塊對(duì)卡片進(jìn)行定位，利用真空把卡片吸住，防止卡片在加工的過(guò)程中發(fā)生移位[1]。

圖1 前視圖

圖2 俯視圖

圖3 貼鉆頭結(jié)構(gòu)圖

1.2 點(diǎn)膠成型系統(tǒng)

點(diǎn)膠成型系統(tǒng)由點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)、點(diǎn)膠控制器組成，如圖4所示。

圖4 點(diǎn)膠控制器結(jié)構(gòu)示意圖

（1）點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)

點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)由出膠針頭、儲(chǔ)膠套筒組成。出膠針頭用于出膠，不同膠水使用不同針口大小的針頭以控制擠出膠水的流量大?。粌?chǔ)膠套筒負(fù)責(zé)儲(chǔ)存膠水。

（2）膠水控制器

膠水控制器由調(diào)壓閥、回吸調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)及數(shù)字定時(shí)器組成。壓力閥由整機(jī)的點(diǎn)膠氣壓統(tǒng)一控制；回吸調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)在點(diǎn)膠過(guò)程中，由回吸調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制出膠氣壓，把膠水經(jīng)針頭擠出；當(dāng)擠完一個(gè)膠點(diǎn)后，回吸調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制回吸膠水能有效防止漏膠現(xiàn)象；數(shù)字定時(shí)器用于精確控制膠水?dāng)D出時(shí)間，提高點(diǎn)膠精確性。

1.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成。

（1）視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)

圖像預(yù)處理主要目的是對(duì)采集的圖像通過(guò)處理，有選擇地突出圖像中感興趣的區(qū)域，而衰減其次要的信息[2]。通過(guò)攝像頭拍攝膠鉆，創(chuàng)新使用了背光源，減少了外界光線及膠鉆顏色對(duì)圖像的影響，然后通過(guò)膠鉆邊緣特征進(jìn)行識(shí)別定位，即可以先平滑濾波消除噪聲，再銳化得到邊緣細(xì)節(jié)[3]。圖5～6所示為模板。為了匹配圖像，首先要確定幾組相匹配的點(diǎn)對(duì)，本文借助灰度互相關(guān)匹配判據(jù)來(lái)確定這樣的點(diǎn)對(duì)，數(shù)字圖像可看作是一個(gè)二維灰度分布函數(shù)，而灰度相關(guān)匹配則是在某個(gè)待匹配圖像上選擇一個(gè)模板窗口，并從目標(biāo)圖像中尋找與其最相似的對(duì)應(yīng)窗口[4]。圖7～8所示為識(shí)別結(jié)果。

圖5 圓形膠鉆模板

圖6 馬眼形膠鉆模板

圖7 圓形膠鉆識(shí)別

圖8 馬眼型膠鉆識(shí)別

（2）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)控制部分由硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)組成。硬件設(shè)備由帶編碼器的步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、光電開(kāi)關(guān)、真空泵、電磁閥等組成。軟件部分則分為上、下位機(jī)。上位機(jī)與下位機(jī)是通過(guò)CAN總線進(jìn)行連接。上位機(jī)通過(guò)CAN總線對(duì)下位機(jī)發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，下位機(jī)接收視覺(jué)識(shí)別得到的位置信息，發(fā)出脈沖位置控制信號(hào)，控制X、Y平臺(tái)移動(dòng)，貼鉆頭上下運(yùn)動(dòng)以及吸嘴的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成點(diǎn)膠、吸鉆、貼鉆的動(dòng)作。CAN 總線的高性能和高可靠性保證了上下位機(jī)通訊的實(shí)時(shí)性與可靠性[5]?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖9所示。

圖9 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 機(jī)械部分技術(shù)指標(biāo)

機(jī)械部分技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 機(jī)械部分的技術(shù)指標(biāo)

2.2 點(diǎn)膠控制器技術(shù)參數(shù)

點(diǎn)膠控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 點(diǎn)膠控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

2.3 視覺(jué)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

控制系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 控制系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前賀卡制作過(guò)程中人工貼膠鉆石環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于視覺(jué)定位的智能賀卡貼鉆機(jī)。分別對(duì)該設(shè)備的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及圖像定位系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的智能貼鉆機(jī)經(jīng)過(guò)調(diào)試，快速完成賀卡貼鉆工序，節(jié)省人工、效率高，解決了企業(yè)招工難題。通過(guò)基于視覺(jué)定位的智能賀卡貼鉆機(jī)，可以通過(guò)機(jī)器視覺(jué)識(shí)別不同形狀和不同大小的膠鉆，克服市面上現(xiàn)在點(diǎn)鉆機(jī)只能黏貼圓形膠鉆的不足。達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，現(xiàn)已在合作單位進(jìn)行應(yīng)用，1個(gè)工人可以管理3臺(tái)，生產(chǎn)出來(lái)的賀卡穩(wěn)定性和一致性高，可以大幅度節(jié)省企業(yè)的用工成本和由于質(zhì)量問(wèn)題返工引起的成本，取得了良好的效果。