自動(dòng)FOF邦定機(jī)上料部分中菲林、墊紙和吸塑盤檢測(cè)的探討

李春燕， 饒 欽， 白 楊

（中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度越來越高，并伴隨著勞務(wù)市場(chǎng)人力緊缺，人力勞動(dòng)不可避免地被機(jī)器替代。自動(dòng)FOF邦定機(jī)是根據(jù)客戶要求和市場(chǎng)需求而研發(fā)的。FOF邦定機(jī)是一種將TCP或FPC（柔性電路板）與ITO FILM（菲林：透明的導(dǎo)電膠片，具有良好的導(dǎo)電性、透光性、紅外反射性）之間建立穩(wěn)定的機(jī)械和電氣連接的生產(chǎn)設(shè)備，其主要功能為FILM自動(dòng)上料、FILM定位、ACF預(yù)貼、FPC上料、預(yù)壓、主壓、自動(dòng)下料。

1 FILM自動(dòng)上料機(jī)結(jié)構(gòu)

FILM自動(dòng)上料機(jī)由吸塑上料傳送帶、吸塑盤定位臺(tái)、吸塑盤-菲林料盤吸附料爪、吸塑下料傳送帶組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

FILM自動(dòng)上料機(jī)工作原理：將一摞吸塑盤放在上料位置，由上料傳送帶運(yùn)送到定位臺(tái)，由定位臺(tái)對(duì)吸塑盤進(jìn)行定位。定位完成后，吸塑盤-菲林料盤吸附料爪到定位臺(tái)位置并下降進(jìn)行抓?。喝绻ト〉氖欠屏謩t搬送到FOF邦定機(jī)的定位臺(tái)進(jìn)行菲林定位；如果是墊紙則搬送到下料傳送帶上的吸塑盤里；如果抓取的是菲林料盤則搬送到下料傳送帶，由下料皮帶運(yùn)送到下料口。其中菲林、墊紙、透明吸塑盤三者的識(shí)別是關(guān)鍵。

圖1 菲林上料機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 FILM自動(dòng)上料機(jī)中吸塑盤、墊紙與菲林的區(qū)分問題

吸塑盤主要采用優(yōu)質(zhì) PVC、PET、PP、PS、GAG 等各種塑膠材料制成，其中以透明色和黑色兩種居多。菲林是一種透明的導(dǎo)電膠片，具有良好的導(dǎo)電性、透光性和紅外反射性。墊紙由白色紙和紅色泡沫紙兩種組成。

吸塑盤內(nèi)，當(dāng)墊紙?jiān)诜屏稚厦鏁r(shí)可以通過傳感器檢測(cè)來識(shí)別；當(dāng)菲林在墊紙上面時(shí)，由于菲林具有較好的透光性，光束會(huì)透過菲林照到墊紙上，使得菲林跟墊紙無法區(qū)分；當(dāng)料盤里只剩菲林跟吸塑盤時(shí)傳感器無法識(shí)別。因此，考慮采用圖像系統(tǒng)來識(shí)別。在采用圖像系統(tǒng)識(shí)別的過程中，不算特殊來料，基本上通過圖像系統(tǒng)即可識(shí)別菲林，但到最后吸塑盤中只剩墊紙時(shí)，因吸塑盤和墊紙都沒有特殊的靶標(biāo)，圖像系統(tǒng)則無法識(shí)別料盤與墊紙。

3 FILM自動(dòng)上料機(jī)中吸塑盤、墊紙與菲林的區(qū)分方法

3.1 墊紙和菲林的區(qū)分

墊紙可以通過光纖傳感器檢測(cè)到。光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)物體與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，發(fā)生變化后的光稱為被調(diào)制的信號(hào)光，再利用被測(cè)量物體對(duì)光的傳輸特性施加的影響，完成測(cè)量[1]。墊紙的識(shí)別是通過識(shí)別光纖的光相位、光強(qiáng)變化來完成的，因此光纖傳感器對(duì)墊紙直接檢測(cè)較易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)菲林在墊紙上時(shí)，光束透過菲林照射到墊紙上再通過光纖反饋回調(diào)制器時(shí)，光強(qiáng)變化不大，使得菲林跟墊紙不易區(qū)分。

因傳感器不容易區(qū)分菲林和墊紙，因此考慮采用圖像識(shí)別。

圖像識(shí)別是以圖像的主要特征為識(shí)別依據(jù)來完成的，如三角形、圓形、十字形等特征，因此人們提出了不同的圖像識(shí)別模型，例如模板匹配模型、原型匹配模型。本次菲林圖像識(shí)別采用了模板匹配識(shí)別。模板就是一副已知的小圖像，而模板匹配就是在一副大圖像中搜尋目標(biāo)，已知該圖中有要找的目標(biāo)且該目標(biāo)同模板有相同的尺寸、方向和圖像元素，通過一定的算法可以在圖中找到目標(biāo)，確定其坐標(biāo)位置，這個(gè)圖像也就被識(shí)別了[2]。菲林上有兩個(gè)十字靶標(biāo)，圖像系統(tǒng)通過識(shí)別這兩個(gè)十字靶標(biāo)來識(shí)別菲林。在通常情況下，菲林被放在菲林料盤中間，通過識(shí)別十字靶標(biāo)能被區(qū)分。當(dāng)菲林在吸塑盤中間與在吸塑盤邊緣挨著料盤時(shí)靶標(biāo)對(duì)比如圖2所示，吸塑邊緣在光源的照射下投影到菲林靶標(biāo)上，使得圖像系統(tǒng)采集到靶標(biāo)有重影，無法識(shí)別到靶標(biāo)。在不考慮特殊來料的情況下，圖像系統(tǒng)可以識(shí)別菲林。

圖2 菲林在吸塑盤中間與在吸塑盤邊緣挨著料盤時(shí)靶標(biāo)對(duì)比圖

因圖像系統(tǒng)區(qū)分不開吸塑盤和墊紙，因此考慮采用擴(kuò)散反射型光電傳感器識(shí)別吸塑料盤。

光電傳感器是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把被測(cè)量物體的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體，可理解為一連串帶有一定能量的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)[3]。在擴(kuò)散反射型光電傳感器的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器。在檢測(cè)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)吸塑盤時(shí)擋住了光，并把部分光反射回來，收光器收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)給控制系統(tǒng)，吸塑盤被識(shí)別。因墊紙和吸塑盤都會(huì)被檢測(cè)到，因此我們通過檢測(cè)吸塑盤邊緣識(shí)別吸塑盤。通過上述實(shí)驗(yàn)可以得出，傳感器識(shí)別或圖像識(shí)別只對(duì)菲林、墊紙、料盤進(jìn)行直接檢測(cè)是可行的，因此考慮將菲林、墊紙、料盤抓取后再進(jìn)行檢測(cè)區(qū)分，而不是將它們疊成一摞進(jìn)行區(qū)分。

3.2 吸塑盤、墊紙與菲林的區(qū)分

根據(jù)上面實(shí)驗(yàn)得出，在定位臺(tái)上只使用傳感器識(shí)別或圖像系統(tǒng)識(shí)別不能直接將吸塑盤、菲林、墊紙區(qū)分開，因此考慮采用圖像系統(tǒng)識(shí)別菲林和墊紙、采用光電傳感器識(shí)別菲林和吸塑盤。在圖像系統(tǒng)識(shí)別菲林實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)菲林在吸塑盤邊緣緊挨料盤造成來料較多，誤識(shí)別也較多。為了解決這個(gè)問題，采取將原來圖像系統(tǒng)在定位臺(tái)位置先區(qū)分是菲林還是墊紙的方式改為料爪先抓取來料再通過圖像系統(tǒng)識(shí)別，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證出現(xiàn)特殊來料也能識(shí)別，不會(huì)出現(xiàn)誤檢，說明上述方法可行。因此，采用圖像系統(tǒng)檢測(cè)區(qū)分是菲林還是墊紙，由光電傳感器檢測(cè)識(shí)別料盤可以解決菲林、墊紙、吸塑盤區(qū)分不開的問題。

4 FILM自動(dòng)上料機(jī)中吸塑盤、墊紙與菲林的區(qū)分方法的確定

采用光纖傳感器在定位臺(tái)識(shí)別菲林跟墊紙時(shí)，因菲林透光性較好，菲林在吸塑盤里最上面一層時(shí)，光纖傳感器會(huì)透過菲林檢測(cè)到墊紙，導(dǎo)致菲林、墊紙區(qū)分不開。現(xiàn)在我們對(duì)料爪抓起來料后通過光纖傳感器對(duì)菲林和墊紙的區(qū)分進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明料爪抓起來料后，墊紙被識(shí)別，檢測(cè)菲林是光纖傳感器無變化，光纖傳感器檢測(cè)光束不會(huì)透過菲林檢測(cè)到下面的墊紙。因此料爪抓起來料后傳感器檢測(cè)有信號(hào)時(shí)是墊紙，檢測(cè)無信號(hào)時(shí)是菲林，光纖傳感器也能很好地將菲林、墊紙區(qū)分開來。

通過圖像系統(tǒng)加光電傳感器可以區(qū)分開菲林、墊紙、吸塑盤；通過光纖傳感器加光電傳感器也可以區(qū)分開菲林、墊紙、吸塑盤；考慮到成本問題，最終采用光纖傳感器加光電傳感器區(qū)分菲林、墊紙、吸塑盤。

5 結(jié)論

1）通過采用圖像系統(tǒng)、傳感器對(duì)FLIM上料機(jī)中菲林、墊紙、吸塑盤識(shí)別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終得出結(jié)論：在定位臺(tái)上通過圖像系統(tǒng)、傳感器不能將菲林、墊紙、吸塑盤區(qū)分開；在料爪將來料抓取后不論圖像系統(tǒng)還是傳感器都可以將菲林、墊紙、吸塑盤區(qū)分開。

2）因客戶沒有提出必須采用圖像系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的要求，加之通過傳感器也能很好地實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，最終決定采用傳感器進(jìn)行檢測(cè)。