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    工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其Z本质的功能就是将光信号转变成小型高清工业相机为有序的电信号。要进行怎样的拍摄，要达到什么样的效果，就要选择合适的相机，购买工业相机前了解其具体参数尤为重要，才能根据具体使用环境设计相应的机器视觉系统。

1、分辨率（Resolution）

    相机每次采集图像的像素点数。对于数字工业相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480。

2、像素深度（Pixel Depth）

    即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字工业相机一般还会有10Bit、12Bit等。

3、Z大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate）

    即相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数，对于线阵相机为每秒采集的行数。

4、曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter）

    对于线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵工业相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式。数字工业相机一般都提供外触发采图的功能，快门速度一般可到10微秒，高速工业相机还可以更快。

5、像元尺寸（Pixel Size）

    像元大小和像元数共同决定了相机靶面的大小。目前数字工业相机像元尺寸一般为3-10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。

6、光谱响应特性(Spectral Range)

    指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350-1000nm,一些相机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

在机器视觉、工业影像等实际应用中应该如何选择工业相机呢?

1、模拟相机&&数字相机

    模拟相机必须带数字采集卡，标准的模拟相机分辨率很低，另外帧率也是固定的。这个要根据实际需求来选择。另外模拟相机采集到的是模拟信号，经数字采集卡转换为数字信号进行传输存储。模拟信号可能会由于工厂内其他设备(比如电动机或高压电缆)的电磁干扰而造成失真。随着噪声水平的提高，模拟相机的动态范围(原始信号与噪声之比)会降低。动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。数字相机采集到的是数字信号，数字信号不受电噪声影响，因此，数字相机的动态范围更高，能够向计算机传输更精确的信号。

2、相机分辨率

    根据系统的需求来选择相机分辨率的大小,仅仅是用来做测量用，那么采用亚像素算法，130万像素的相机也能基本上满足需求，但有时因为边缘清晰度的影响，在提取边缘的时候，随便偏移一个像素，那么精度就受到了极大的影响。故我们选择300万的相机的话，还可以允许提取的边缘偏离3个像素左右，这就很好的保证了测量的精度。

3、CCD&&CMOS

    如果要求拍摄的物体是运动的，要处理的对象也是实时运动的物体，那么当然选择CCD芯片的相机为Z适宜。但有的厂商生产的CMOS相机如果采用帧曝光的方式的话，也可以当作CCD来使用的。又假如物体运动的速度很慢，在我们设定的相机曝光时间范围内，物体运动的距离很小，换算成像素大小也就在一两个像素内，那么选择CMOS相机也是合适的。因为在曝光时间内，一两个像素的偏差人眼根本看不出来(如果不是做测量用的话)，但超过2个像素的偏差，物体拍出来的图像就有拖影，这样就不能选择CMOS相机了。

4、彩色&&黑白

    如果要处理的是与图像颜色有关，那当然是采用彩色相机，否则建议你用黑白的，因为黑白的同样分辨率的相机，精度比彩色高，尤其是在看图像边缘的时候，黑白的效果更好。

5、传输接口

    根据传输的距离、稳定性、传输的数据大小(带宽)选择USB、1394、Camerlink、百兆/千兆网接口的相机。

6、帧率

    根据要检测的速度，选择相机的帧率一定要大于或等于检测速度，等于的情况就是你处理图像的时间一定要快，一定要在相机的曝光和传输的时间内完成。

7、线阵&&面阵

    对于检测精度要求很高，面阵相机的分辨率达不到要求的情况下，当然线阵相机是必然的一个选择。

8、CCD靶面

    靶面尺寸的大小会影响到镜头焦距的长短，在相同视角下，靶面尺寸越大，焦距越长。在选择相机时，特别是对拍摄角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。因此在选择CCD尺寸时，要结合镜头的焦距、视场角一起选择，一般而言，选择CCD靶面要结合物理安装的空间来决定镜头的工作距离是否在安装空间范围内，要求镜头的尺寸一定要大于或等于相机的靶面尺寸。

工业相机作为机器视觉系统中的核心部件，对于机器视觉系统的重要性是不言而喻的。按照分类的不同，相机又分为很多种：

1、彩色相机、黑白相机
   黑白相机直接将光强信号转换成图像灰度值，生成的是灰度图像；彩色相机能获得景物中红、绿、蓝三个分量的光信号，输出彩色图像。彩色相机能够提供比黑白相机更多的图像信息。彩色相机的实现方法主要有两种，棱镜分光法和Bayer滤波法。棱镜分光彩色相机，利用光学透镜将入射光线的R、G、B分量分离，在三片传感器上分别将三种颜色的光信号转换成电信号，Z后对输出的数字信号进行合成，得到彩色图像。

2、CCD相机、CMOS相机 
   芯片主要差异在于将光转换为电信号的方式。对于CCD传感器，光照射到像元上，像元产生电荷，电荷通过少量的输出电极传输并转化为电流、缓冲、信号输出。对于CMOS传感器，每个像元自己完成电荷到电压的转换，同时产生数字信号。

3、按靶面类型分类：面阵相机、线阵相机 
   相机不仅可以根据传感器技术进行区分，还可以根据传感器架构进行区分。有两种主要的传感器架构：面扫描和线扫描。面扫描相机通常用于输出直接在监视器上显示的场合。线扫描相机用于连续运动物体成像或需要连续的高分辨率成像的场合。线扫描相机的一个自然的应用是静止画面（Web Inspection）中要对连续产品进行成像，比如纺织、纸张、玻璃、钢板等。同时，线扫描相机同样适用于电子行业的非静止画面检测。像德国Kappa相机根据它CCD的规格也会有线阵、面阵之分。 

4 按输出模式分类：模拟相机、数字相机 
   根据相机数据输出模式的不同分为模拟相机和数字相机，模拟相机输出模拟信号，数字相机输出数字信号。模拟相机和数字相机还可以进一步细分，比如德国Kappa相机按数据接口又包括：USB 2.0接口、EE 1394 a / Fire Wire、Camera Link 接口、千兆以太网接口。模拟相机分为逐行扫描和隔行扫描两种，隔行扫描相机又包含EIA、NTSC、CCIR、PAL等标准制式。有关接口技术的详细介绍请参考采集卡及采集技术部分。 

   在选择一款工业数字相机时，物体成像的速度必须充分考虑好。例如，假设在拍摄过程中，物体在曝光中没有移动，可用相对简单和便宜的工业相机；对于静止或缓慢移动的物体，面阵工业相机Z适合于对静止或移动缓慢的物体成像。因为整个面阵区域必须一次曝光，在曝光时间当中任何的移动会导致图像的模糊，但是，运动模糊可以通过减少曝光时间或使用闪光灯来控制；对于快速移动的物体，当对运动的物体使用一个面阵工业相机时，需要考虑在曝光时间当中处于工业相机当中的运动对象数量，还需要考虑物体上能用一个像素表征的Z小特征，也就是对象分辨率，在采集运动物体的图像的拇指规则就是曝光必须发生在采集物体移动量小于一个像素的时间内。

    如果你采集的物体是在以1厘米/秒的速度匀速移动，而且物体分辨率已经设置为1 pixel/mm，那么需要的Z大曝光时间是1/10每秒。因为物体移动一个距离恰好等于相机传感器中的一个像素，当使用Z大曝光时间时这里会有一定数量的模糊。在这种情况下，一般倾向于将曝光时间设置的比Z大值要快，比如1/20每秒，就能保持物体在移动半个像素内成像。如果同样的物体以1厘米/秒的速度移动，物体分辨率为1 pixel/微米，那么一秒中所需要的Z大曝光是1/10000.曝光设置的对快取决于所采用的相机，还有你是否能够给物体足够的光来获得一幅好的图像。

    视觉应用中镜头的机械参数尤其重要，镜头一般都由光学系统和机械装置两部分组成，光学系统由若干透镜（或反射镜）组成，以构成正确的物像关系，保证获得正确、清晰的影像，它是镜头的核心。而机械装置包括固定光学元件的零件（如透镜座、光圈等）、镜头调节机构（如光圈调节环、调焦环等）、连接机构（比如C、CS接口）等。此外，也有些镜头上具有自动调光圈、自动调焦或感测光强度的电子机构。

    对于镜头有关的光学参数我们可以将焦距f、光圈系数（相对孔径）、像方视场以及像差（比如畸变）看作镜头的内部参数。通常用户搭建视觉系统Z关心的参数，主要包括视场（FOV）、分辨率（Resolution）、工作距离（WD）和景深（DOF）。

    机器视觉行业内通常将镜头分定倍镜头、变焦镜头、远心镜头、高精度或百万像素镜头等。当然，这些分类并没有严格的划分界线。而每款镜头都有固定的机械参数，主要包括镜头的安装尺寸、螺丝孔径、接口尺寸、重量、工作距离、直径、长度等。

    特殊情况下，视觉应用对相机与镜头的安装尺寸有限制，因此不可能选择大尺寸的镜头，也可能不可以随意选择小尺寸的镜头。因此选择镜头时，某些机械参数对象在一些情况下也是需要考虑的。

螺丝孔径：

    主要是指一些镜头的光圈、对焦有固定螺丝，一般来说，这些螺丝是M1的。平时比较难买，都是镜头配的，如果丢了，又想要锁定光圈对焦等，比较难找这些螺丝。

镜头的接口：

    作为一个非常重要的参数，决定了其能适用于何种接口的相机。因此选型时一定要注意。

安装尺寸：

    一般的镜头都是靠接口连接相机起固定作用。但是有一些大的镜头，其体积重量非常大，因此在镜头壳体上也会有安装孔径。这时就必须要保证其安装孔位与底板、与相机安装孔位等在同一平面上。

    在部分高速运动的视觉系统中，如果镜头的重量太重，会产生很大的物理惯性。在采集图片时，就产生拖影，图像变得模糊。因此同样的情况下，使用远心镜，比变焦镜头要稳定，图像质量也更佳。

    当安装相机时，如果底板较大，就会对镜头造成安装限制。所以直径不能太大，不然就会对安装造成干涉。

    镜头工作的时候，实际工作距离是固定的，但是有些镜头的工作距离是不能改变的，如远心镜头、显微镜等。一般远心镜头的工作距离为40mm、65mm、110mm等，如果与标准的工作距离不相等，则无法清晰的成像。从经验来看，当镜头的长度越长时，运动时产生的惯性就越大，静态工作时，其振动能力也越弱。

    机器视觉就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。在生产线上，人来做此类测量和判断会因疲劳、个人之间的差异等产生误差和错误，但是机器却会不知疲倦地、稳定地进行下去。一般来说，机器视觉系统包括了照明系统、镜头、摄像系统和图像处理系统。对于每一个应用，我们都需要考虑系统的运行速度和图像的处理速度、使用彩色还是黑白摄像机、检测目标的尺寸还是检测目标有无缺陷、视场需要多大、分辨率需要多高、对比度需要多大等。从功能上来看，典型的机器视觉系统可以分为：图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分。

    一套完整的机器视觉系统的主要工作过程：

    1、工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野ZX，向图像采集部分发送触发脉冲。

    2、图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。

    3、摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。

    4、摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。

    5、另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。

    6、摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出。

    7、图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化，或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。

    8、图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。

    9、处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值。

    10、处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的误差等。

    从上述的工作流程可以看出，机器视觉是一种比较复杂的系统。因为大多数系统监控对象都是运动物体，系统与运动物体的匹配和协调动作尤为重要，所以给系统各部分的动作时间和处理速度带来了严格的要求。在某些应用领域，例如机器人、飞行物体导制等，对整个系统或者系统的一部分的重量、体积和功耗都会有严格的要求。

    “嵌入式视觉”是指一种通过视觉方法去理解周边环境的机器，嵌入式视觉系统包含从所选成像传感器接收光到系统输出的整个信号链。系统输出是指从图像中提取的经过处理或未经处理的图像或信息，并提供给下游系统。当然，嵌入式系统架构师负责根据系统要求确保端到端性能。

    首先需要熟悉电磁波谱以及希望系统运行的光谱域。人眼只能看到390nm（蓝光）至700nm（红光）波长之间的光谱，也就是通常所指的可见光谱；成像设备凭借所采用的技术，则能捕获到更宽泛波长的图像，包括X光、紫外线、红外线以及可见光谱。

    在近红外光谱及以下范围，我们可以使用电荷耦合器件（CCD）或CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器(CIS)；到了红外光谱范围，需要使用专用的红外检测器。红外光谱范围之所以需要专用传感器，部分原因在于芯片成像器（如CCD或CIS）需要的激发能。

    这些器件通常需要1eV的光子能量来激发一个电子，然而在红外范围，光子能量介于1.7eV-1.24meV之间，因此红外成像器应基于HgCdTe或InSb。这些器件需要更低的激发能量，经常与CMOS读出IC（即ROIC）配合使用，以控制和读出传感器。

     Z常见的两种检测器技术分别是CCD和CIS，电荷耦合器件被视为模拟器件，因此要集成到数字系统中就需要使用片外ADC以及所需模拟电压电平下的时钟生成功能。每个像素存储由光子产生的电荷。大多数情况下将像素排列成2D阵列，组成多个行，每行包含多个像素。读出CCD时通过行传输将每行并行传递到读出寄存器，再通过读出寄存器将每行串行读出。这个寄存器读出过程中，电荷转换为电压。

    CMOS成像传感器能实现更紧密集成，使ADC、偏置和驱动电路都集成在同一晶片上。这大大降低了系统集成要求，同时也提高了CIS设计的复杂性。CIS的核心是有源像素传感器(APS)，其中每个像素同时包含光电二极管和读出放大器，因此，与CCD不同，CIS能够读出阵列中的任意像素地址。

     尽管大多数嵌入式视觉都采用CIS器件，但是CCD仍用于非常注重性能的高端科研应用领域。

项目：铁板自动化焊接机器人
项目描述：
1、焊接产品有直板、法兰、两块板搭成一个角焊外角；
2、焊接厚度是3mm—5mm,直板长度是1m—4m，精度要求不高；
3、材质基本为铁板；

项目分析:
1、 放置材料采用人工还是自动化
2、 机器人需要按照材料的Z大尺寸进行选型，无法确认产品详细参数
3、 需要焊接的产品是否是独立进行焊接，且每个焊接的产品材质是否都是一样的。

机器视觉系统的原理

    通过光学系统，将需要拍摄的目标转换成为图像信号，再将图像信号传送至图像采集卡，并根据像素分布、亮度、颜色等信息，转换成为数字信号。

机器视觉系统的构成模块

    一个完整的机器视觉系统一般由光学系统(光源、镜头、工业相机)、图像采集单元、图像处理单元、执行机构及人机界面等模块组成，所有功能模块相辅相成，缺一不可。

1.照明(光源)

    照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，光源系统的设计至关重要，直接关系到输入数据，即图像的质量和应用效果。

工程师需根据用户需求和产品特性，首先确定有效的照明条件，选择相应的照明装置，才能确保在此光照条件下生成的图像能突显出用户需要的目标信息特征。

    光源一般分为可见光源和不可见光源，工业上常用的可见光源有LED、卤素灯、荧光灯等;不可见光源主要为近红外光、紫外光、X射线等。LED光源是目前运用Z多的机器视觉光源，它具有效率高、寿命长、防潮抗震、节能环保等特点，是工程师在设计照明系统时的Z佳选择。不可见光源主要用来应对一些特定的需求，如管道焊接工艺的检测，由于不可见光的可穿透性，才能到达检测点。

2.镜头

    镜头是机器视觉系统中的重要组件，其作用是光学成像。镜头的主要参数有焦距、景深(DOF，Depth of Field)、分辨率、工作距离、视场(FOV，Field of View)等。

   景深，是指镜头能够获得Z佳图像时，被摄物体离此Z佳焦点前后的距离范围。

视场，表示摄像头所能观测到的Z大范围，通常以角度表示，一般说来，视场越大，观测范围越大。

    工作距离，是指镜头到被摄物体的距离，工作距离越长，成本越高。

    在设计机器视觉系统时，要选择参数与用户需求相匹配的镜头。

3.工业相机

    在机器视觉系统中工业相机必不可少，它就像人眼一样，用来捕获图像。相机按其感光器的不同，可分为：CCD相机;CMOS 相机。

    CCD—Charge Coupled Device

    CMOS —Complementary MetalOxide Semiconductor

    CCD相机的成本较高，但成像品质、成像通透性、色彩的丰富性等较CMOS相机出色很多。CCD相机按其使用的CCD感光元件可分为线阵式和面阵式两大类。

    线阵相机，是呈“线”状的，对图像的信息只能以行为单位进行处理，分辨率高，速度快，主要应用于工业、YL、科研等领域中，相配套的机器视觉系统上。

    面阵式相机则一次可以获得整幅图像的信息，价格相对便宜。

4.图像采集单元

    图像采集单元中Z重要的元件是图像采集卡，它是图像采集单元与图像处理单元的接口，用来将采集到的图像进行数字化，并输入、存储到计算机中。

图像处理单元包含大量图像处理算法。在取得图像后，用这些算法对数字图像进行处理，分析计算，并输出结果。

5.执行机构与人机界面

在完成图像采集和处理工作之后，需要将图像处理的结果输出，并做出与结果相匹配的动作，如剔废、报警等，并通过人机界面显示生产信息。

    镜头的选择过程，是将镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑：

一、波长、变焦与否

    镜头的工作波长和是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。

关于镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段的应用。是否需要另外采取滤光措施？单色光还是多色光？能否有效避开杂散光的影响？把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。

二、特殊要求优先考虑

    结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先予明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。

三、工作距离、焦距

    工作距离和焦距往往结合起来考虑。一般地，可以采用这个思路：先明确系统的分辨率，结合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离，进一步估算镜头的焦距。所以镜头的焦距是和镜头的工作距离、系统分辨率（及CCD像素尺寸）相关的。

四、像面大小和像质

    所选镜头的像面大小要与相机感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原则——相机感光面不能超出镜头标示的像面尺寸——否则边缘视场的像质不保。

像质的要求主要关注MTF和畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。

五、光圈和接口

镜头的光圈主要影响像面的亮度。但是现在的机器视觉中，Z终的图像亮度是由很多因素共同决定的：光圈、相机增益、积分时间、光源等等。所以为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。

镜头的接口指它与相机的连接接口，它们两者需匹配，不能直接匹配就需考虑转接。

六、镜头的其它类别：

    线阵镜头：配合线阵相机使用的镜头。采用扫描式的工作方式，需要镜头与目标相对运动，每次曝光成像一条线，多次曝光组成一幅图像。线阵扫描成像的特点：CCD线阵方向的图像分辨率固定，而在目标的运动方向上，空间采样频率与运动的相对速度有关。

    从成像的角度讲，线阵镜头和其它类型的镜头并没有本质的差异。只是对镜头的使用方式不同而已。

    显微镜头：为了看清目标的细节特征，显微镜头一般使用在高分辨率的场合。它们基本的特点是工作距离短，放大倍率高，视场小。

    远心镜头：物方主光线平行于光轴主光线的会聚ZX位于物方无限远，称之为物方远心光路。作用：可以消除物方由于调焦不准确带来的测量误差。

在包装生产线上整合机器人技术并得以应用，其实没有想象的那么复杂、危险与高成本，反而是非常简易而安全的，同时也可能获得经济优势。

1.生产安全性

    在安装时，机器人通常被正立或倒置安装在封闭的自动化工作单元上。工作单元的外层一般由铝框、防碎塑料或孔状金属网包裹。机器人及其他相关设备一般使用螺栓固定在工作单元的钢铁机台平面上。工作单元的采用使得工作人员可在外围观察机器人工作台的工作状况，而无须进入工作单元内部。

    为安全起见，一旦打开了工作单元的检修门，机器人将自动停止工作。对于那些不能完全密闭在一个工作单元内的机器人，如门帘、压力感应地垫等装置同样可以提供自动关闭功能。

2.生产简易性

    而包含控制机器人运行的电子电路控制器，通常位于工作单元平台的下端。一般而言，大多数机器人制造商为用户提供了友好的编程软件，操作人员不需要掌握专业的机器人编程技术即可自如操控。通过手持接口设备或计算机，操作人员可以对机器人进行程序设置。

    而教学模块允许操作人员控制机器人从一个地点移动到另一个地点，并指示其在每个位置的动作，也就是说，操作人员可以“教”机器人它工作所需的常规动作。

而借助相关软件，操作人员也可以通过计算机远程对机器人编程，从而节省开发时间。此外，通过一个模拟的三维环境，操作人员也可以对机器人和其他外围设备进行配置，而不必直接操作机器人的部件。

3.低成本生产优势

    相对于传统自动化设备，在包装生产流程中使用装配机器人Z重要的好处在于能够降低生产成本。使用机器人不仅初始成本较低，而且因为其高度的灵活性，很快就能获得投资回报。小尺寸和低维护费用使总成本也较低。

    机器人与传统自动化设备相配合，还可以使包装生产更有效率，更能保证包装产品的质量一致性，与人工作业相比，具有更好的成本效益比。但需要指出的是，虽然机器人能够填补一些自动化生产的空白，但生产线上的其他任务可能仍然需要手工完成，因为一个传统的全自动化解决方案会过于昂贵。

    同时，与专门为特定生产过程设计的固定式自动化设备不同，机器人由于基于模块化设计，因而能够相对容易地适应一个自动化系统，大大减少了昂贵的工程设计费用。此外，机器人工作单元通常比固定自动化设备的体积更小，这也节约了宝贵的厂房空间。如果需要，机器人可以移动到其他生产线中，从而减少企业的设备投资。

    而且，与固定自动化设备不同，机器人并不需要更新昂贵的工具以满足产品变化的需求。通常，只需对程序进行简单修改，对臂端操作装置进行更换就能满足产品变化的需求。这特别有利于包装设计变化频繁的小批量包装生产。通常固定自动化生产线无法满足这种变化的需求，或者实现成本过于昂贵。

    此外，装配了多功能自动夹取器或自动工具切换器的机器人，可以执行多种操作，如先对产品进行装卸、检查和贴商标，然后再将其放入包装中。同时多功能机器人能轻松应付多种大小和形状的产品。此外，如装配视觉检测系统和输送带跟踪系统等可选配件，还能进一步提高机器人的能力。

    Z后还需指出的是，机器人技术由于采用封闭式结构（通常自动化设备的一些部件，如马达等设备是敞开的，因而容易进入灰尘和碎片对机器造成磨损），因而保养成本要低得多。

    工业机器人Z早应用于汽车制造领域，但技术发展至今，工业机器人的应用早已不局限于某个领域，现代工业的方方面面都有工业机器人的身影。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。工业机器人的分类方式很多，可以按机械结构、操作机坐标形式和程序输入方式等进行分类，下面就盘点一下工业机器人的种类：

1.关节机器人

    关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中Z常见的工业机器人的形态之一。适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。机器人前3个关节决定机器人在空间的位置，后3个关节决定其姿态，多以旋转关节形式构成。

2.直角坐标机器人

    也称桁架机器人或龙门式机器人。是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。特点：简单，控制方便，占地空间大。

3.串联和并联机器人

    串联机器人其串联式结构是一个开放的运动链，其所有运动杆并没有形成一个封闭的结构链。串联机器人的工作空间大，运动分析比较容易可以避免驱动轴之间的耦合效应。但其机构各轴必须要独立控制，并且需要搭配编码器和传感器来提高机构运动时的jing准度。

    而并联机器人和传统工业用串联机器人在应用上构成互补关系，它是一个封闭的运动链。并联机器人不易产生动态误差，无误差积累精度较高。另外其结构紧凑稳定，输出轴大部分承受轴向力，机器刚性高，承载能力大。但是，并联机器人在位置求解上正解比较困难，而反解容易。

4.平面SCARA机器人

    平面内运动，结构简单，性能优良，运算简单，适于精度较高的装配操作;SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。这类机器人的结构轻便、响应快，Z适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。

项目：散热器自动化视觉检测
需求：1、散热器自动化视觉检测设备，笔记本散热器检测有无贴料以及贴料的完整度有无残缺； 
2、速度是4.5s/30cm； 
3、安装方式流水线上安装； 
4、检测种类不止一种，样式类似，检测方式差不多。

    验室初步估计可实现概率80%以上

    该项目采用识别检测工具，可用于医药、食品、产品包装、印刷等一维码、二维码识别，OCR/OCV的检测。   
   【识别检测】：支持多种类型的条码和二维码检测、设置简单，识别稳定。 
    具有可独立配置的多码识别功能。相机一次拍照可读取多达50个码，一个视野范围内可根据不同位置码的图像质量单独配置参数，龙睿可读取28种码制且自带训练功能。还可结合检测、定位和测量应用，大大提高了现代化生产的效率。

    机器视觉系统，解决识别、定位、检测等主要核心功能，将人工从繁复的工作中解放出来，并为智能智造及智能化提前打好基础，徕深科技是不可错过的选择！

1.光路原理

4.构造光源

3.按输出信号区分

1.主要参数

项目需求:

1.需要焊接的位置：上面各零件互相接触到的地方都要焊接

2.精度：焊接精度±0.8mm

3.产品材料：SAPH440 采用二保焊   汽车前悬臂

项目分析：

1.综合需求情况，可采用人工上下料或自动化上下料；

2.建议选用自动化上下料，主要原因有：速度可控、质量可控、效率快（预计可以达到人工的两倍及以上）。

项目解决方案：

流程说明：

1.人工把前悬臂零部件放入变位机夹具上进行夹紧；

2.焊接机器人自动焊接，同时人工放入第二个前悬臂零部件至另一变位机夹具上夹紧；

3.焊接完diyi个产品后，机器人自动焊接第二个产品，同时人工取下diyi个产品并上料；

4.重复以上步骤即可。

生产节拍：

根据焊缝长度计算是38.3秒每件；焊接夹具可以做成一出四；

按照每天：8小时计算8*60*60÷39*4=2952件每天；

两班生产：2952*2=5904件每天。

项目需求：

1.将条状产品卷绕至gong字管上（产品上有绒毛，不得严重压坏绒毛），排列整齐，并记录软绕米数，根据设定米数，自动停机；

2.产品规格繁多，几十上百种规格 ；

3.效率：平均50000米/天/人，Z多的时候90000米/天/人 ，不得低于人工；

4.规格（Z小及Z大规格）：底宽3.5mm--13.3mm，绒毛高度2.5mm--25mm。

项目分析：

1. 排线，夹线装置采用快换设计，根据产品快速切换。

2. 增加张力稳定机构和实时监测

工艺流程：

设备参数

自动卷绕设备---GX、敏捷、方便

1.CNC微电脑控制；资料设定容易。

2.设备工作效率高，采用进口三菱伺服电机驱动，精度高；

3.可分段设定幅宽；起绕点，速度，线距，张力；

4.张力，米数，卷数实时显示在控制器，自动监测，无料或者错误自动停机。

    Z近几年机器人被广泛用于各个行业，其中移动焊接机器人应用的比较广泛，那么一起来了解移动焊接机器人。

    移动焊接机器人是从事焊接工作的机器人，主要包括机器人和焊接设备两部分，焊接机器人一般分为点焊和弧焊两种。

1.点焊机器人的特点

    由于采用了一体化焊钳，焊接变压器装在焊钳后面，所以点焊机器人的变压器必须尽量小型化。目前，新型定时器已经微机化，因此机器人控制柜可以直接控制定时器，无需另配接口。

     点焊机器人的焊钳，用电伺服点焊钳，焊钳的张开和闭合由伺服电机驱动，码盘反馈，使焊钳的张开度可以根据实际需要任意选定并预置，而且电极间的压紧力也可以无级调节。

2.弧焊机器人的特点

    弧焊机器人多采用气体保护焊方法，通常的晶闸管式、逆变式、波形控制式、脉冲或非脉冲式等的焊接电源都可以装到机器人上作电弧焊。由于机器人控制柜采用数字控制，而焊接电源多为模拟控制，所以需要在焊接电源与控制柜之间加一个接口。

    有关移动焊接机器人的分类及特点的内容就介绍完了。移动焊接机器人在各行各业中得到了广泛的应用，它的出现改善了人工的劳动强度，可以在复杂的环境中进行工作，可以连续工作，提高了劳动生产率，减少了企业的投资。

焊接机器人的基本工作原理是示教再现，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、焊接参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个起动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作，实际示教与再现。焊接机器人分弧焊机器人和点焊机器人两大类。弧焊机器人可以应用在所有电弧焊、切割技术及类似的工业方法中。Z常用的范围是结构钢和铬镍钢的熔化极活性气体保护焊(CO2焊、MAG焊)、铝及特殊合金熔化极惰性气体保护焊(MIC焊)、铬镍钢和铝的惰性气体保护焊以及埋弧焊。

    一套完整的弧焊机器人系统，应包括机器人机械手、控制系统、焊接装置、焊件夹持装置。夹持装置上有二组可以轮番进入机器人工作范围的旋转工作台。弧焊机器人通常有五个自由度以上，具有六个自由度的弧焊机器人可以保证焊枪的任意空间轨迹和姿态。点至点方式移动速度可达60m/min以上，其轨迹重复精度可达到±0.2mm。这种弧焊机器人应具有直线的及环形内插法摆动的功能，共六种摆动方式，以满足焊接工艺要求，机器人的负荷为5kg。

    点焊机器人使用Z多的领域应当属汽车车身的自动装配车间。点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，由于为了适应灵活动作的工作要求，通常电焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的，并且具有与外部设备通信的接口，可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。

    焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分，机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成。而焊接装备，以弧焊及点焊为例，则由焊接电源，（包括其控制系统）、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成。对于智能机器人还应有传感系统，如激光或摄像传感器及其控制装置等。

    采用机器人进行焊接，光有一台机器人是不够的，还必须配备外围设备。常规的弧焊机器人系统由以5部分组成。

1.机器人本体，一般是伺服电机驱动的6轴关节式操作机，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成。它的任务是精确地保证机械手末端（悍枪）所要求的位置、姿态和运动轨迹。

2.机器人控制柜，它是机器人系统的神经，包括计算机硬件、软件和一些专用电路，负责处理机器人工作过程中的全部信息和控制其全部动作。

3.焊接电源系统，包括焊接电源、专用焊枪等。

4.焊接传感器及系统安全保护设施。

5.焊接工装夹具。

    随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人, 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，在各行各业已得到了广泛的应用，主要有以下优点：

1.稳定和提高焊接质量，能将焊接质量以数值的形式反映出来；

2.提高劳动生产率；

3.改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；

4.降低了对工人操作技术的要求；

5.缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。

    随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人, 从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，焊接技术进步的突出的表现就是焊接过程由机械化向自动化、信息化和智能化发展，焊接机器人突破了焊自动化的传统方式，使小批量自动化生产成为可能。

焊接机器人的编程技巧

1.选择合理的焊接顺序，以减小焊接变形、焊枪行走路径长度来制定焊接顺序。

2.焊枪空间过渡要求移动轨迹较短、平滑、安全。

3.优化焊接参数，为了获得Z佳的焊接参数，制作工作试件进行焊接试验和工艺评定。

4.采用合理的变位机位置、焊枪姿态、焊枪相对接头的位置。工件在变位机上固定之后，若焊缝不是理想的位置与角度，就要求编程时不断调整变位机，使得焊接的焊缝按照焊接顺序逐次达到水平位置。同时，要不断调整机器人各轴位置，合理地确定焊枪相对接头的位置、角度与焊丝伸出长度。工件的位置确定之后，焊枪相对接头的位置必须通过编程者的双眼观察，难度较大。这就要求编程者善于总结积累经验。

5.及时插入清枪程序，编写一定长度的焊接程序后，应及时插入清枪程序，可以防止焊接飞溅堵塞焊接喷嘴和导电嘴，保证焊枪的清洁，提高喷嘴的寿命，确保可靠引弧、减少焊接飞溅。

6.编制程序一般不能一步到位，要在机器人焊接过程中不断检验和修改程序，调整焊接参数及焊枪姿态等，才会形成一个好程序。

机器人系统故障

1.发生撞枪

可能是由于工件组装发生偏差或焊枪的TCP不准确，可检查装配情况或修正焊枪TCP。

2.出现电弧故障，不能引弧

可能是由于焊丝没有接触到工件或工艺参数太小，可手动送丝，调整焊枪与焊缝的距离，或者适当调节工艺参数。

3.保护气监控报警

冷却水或保护气供给存有故障，检查冷却水或保护气管路。

焊接机器人常见缺陷

1.出现焊偏问题

可能为焊接的位置不正确或焊枪寻找时出现问题。这时，要考虑TCP(焊枪ZX点位置)是否准确，并加以调整。如果频繁出现这种情况就要检查一下机器人各轴的零位置，重新校零予以修正。

2.出现咬边问题

可能为焊接参数选择不当、焊枪角度或焊枪位置不对，可适当调整。

3.出现气孔问题

可能为气体保护差、工件的底漆太厚或者保护气不够干燥，进行相应的调整就可以处理。

4.飞溅过多问题

可能为焊接参数选择不当、气体组分原因或焊丝外伸长度太长，可适当调整机器功率的大小来改变焊接参数，调节气体配比仪来调整混合气体比例，调整焊枪与工件的相对位置。

5.焊缝结尾处冷却后形成一弧坑问题

可编程时在工作步中添加埋弧坑功能，可以将其填满。