視覺系統(tǒng)在OLED 玻璃上料系統(tǒng)中的設計和應用

樂志虎

（中電科風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，根據(jù)Mark標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 結構介紹

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

為了在取玻璃時讓取料機構對應到玻璃的固定位置，并且還要將玻璃放到指定位置，設計一個具有X-Y-Z-θ 自由度的取料機構。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。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期目標的。

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O（x0，y0）：

圖2 旋轉(zhuǎn)中心計算示意圖

通過搬送機構吸取玻璃的坐標，就可以把搬送機構納入到視覺坐標下。同時，也可以保證搬送機構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)各自的坐標進行加減運算，而不需要考慮玻璃偏轉(zhuǎn)角帶來的坐標變化，從而大大減少定位計算的復雜程度。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）標定誤差。由于標定是通過搬送機構定位、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，進而會造成標定誤差。因此在搬送過程中應該注意機構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該讓搬送機構的旋轉(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。容易受搬送機構干擾，對搬送機構要求較高。定位搬送方式是先取玻璃后定位，機構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。由于物距較小（小于300 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位置相對固定，大大提高了搬送質(zhì)量。應用成本較高。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果。

6 結語

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計搬送機構時要考慮的重要依據(jù)[1]。

表2 三種對位方式的對比結果