發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線視覺系統(tǒng)項(xiàng)目的策劃與分析

萬陽　江益群　周智勇　于建新　鄒文峰　管大林

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)上線前，現(xiàn)場員工對(duì)每臺(tái)機(jī)器的二維碼進(jìn)行讀取，將讀取后的二維碼內(nèi)容發(fā)送到現(xiàn)場的服務(wù)器中，同時(shí)也將讀取到的二維碼發(fā)送至視覺上位機(jī)中，視覺上位機(jī)對(duì)讀取到的二維碼的內(nèi)容進(jìn)行分析，判斷出該發(fā)動(dòng)機(jī)為什么型號(hào)，將信息發(fā)送給機(jī)器人，PLC 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)進(jìn)行機(jī)械動(dòng)作，將相機(jī)和光源調(diào)整到對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的檢測位置。發(fā)動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)線上流動(dòng)，到達(dá)指定位置后，機(jī)器人給相機(jī)發(fā)送拍照信號(hào)，相機(jī)進(jìn)行照片采集，相機(jī)并將圖片發(fā)送至工控機(jī)中，計(jì)算機(jī)對(duì)圖片進(jìn)行分析處理，并綜合所有的檢測結(jié)果，給出一個(gè) OK（合格）或者 NG（不合格）的信號(hào)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝;視覺采集;策劃與分析

中圖分類號(hào)：TB497 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）11-234-03

Abstract：?Before the engine is put on line， the field staff will read the Qr Code of each machine， send the content of the Qr Code to the field server， and also send the Qr code to the visual host computer， the visual host computer analyzes the content of the two-dimensional code it reads， determines the type of the engine， sends the information to the robot， and the PLC performs mechanical actions according to the type of the engine， adjust the camera and light source to the detection position of the corresponding engine. The engine flows on the production line， after reaching the designated position， the robot sends a photo signal to the camera， the camera collects the photo， the camera sends the picture to the industrial control computer， and the computer analyzes and processes the picture， and synthesize all the test results， give a OK qualified or NG unqualified signal.

Keywords： Engine Painting;?Visual Acquisition; Planning and Analysis

CLC NO.： TB497??Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-234-03

1 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)（E_MVI系統(tǒng)）主要是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)表面的錯(cuò)、漏裝檢測。機(jī)器視覺就是利用機(jī)器代替人眼做各種測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線效率和自動(dòng)化程度的提高。且該系統(tǒng)可與原有信息管理系統(tǒng)接軌，是智能工廠的重要支持?？梢栽诒Ｙ|(zhì)保量完成生產(chǎn)任務(wù)的前提下，快速分辨質(zhì)量缺陷并記錄，方便后期質(zhì)量追溯，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)優(yōu)化。

2 方案策劃

2.1 方案設(shè)計(jì)輸入

設(shè)備運(yùn)行節(jié)拍4min/臺(tái);檢測發(fā)動(dòng)機(jī)5個(gè)表面的零部件錯(cuò)裝漏裝情況，記錄并儲(chǔ)存;有不合格情況，設(shè)備報(bào)警轉(zhuǎn)入人工處理;多種產(chǎn)品可共用此套設(shè)備，通過掃描二維碼識(shí)別產(chǎn)品信息;噪音工作環(huán)境下不大于70db，環(huán)境條件濕度59%～87%，溫度-10～40℃。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)輪廓尺寸及重量特性收集可行性分析

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)最終下線進(jìn)行外圍輪廓尺寸掃描并記錄數(shù)據(jù)這項(xiàng)功能可以集成到此視覺系統(tǒng)中。如若使用相機(jī)拍照識(shí)別測量技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的話，將要面對(duì)因發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸較大需將鏡頭放置較遠(yuǎn)位置拍攝發(fā)動(dòng)機(jī)全貌的問題（但因?yàn)樾枰獙?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)表面進(jìn)行整體拍照留存，故此問題不可避免），針對(duì)此問題可以采用類似光幕掃描傳感儀器進(jìn)行外部尺寸的測量記錄工作。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)重量特性的收集工作不能使用視覺系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，但可以添加設(shè)備進(jìn)行測量并傳輸數(shù)據(jù)至系統(tǒng)中進(jìn)行存儲(chǔ)記錄。在后整理線在線測量發(fā)動(dòng)機(jī)重量需將發(fā)動(dòng)機(jī)抬升一定高度進(jìn)行測量，相關(guān)視覺系統(tǒng)廠家無類似應(yīng)用案列，但表示可以實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行重量特性數(shù)據(jù)收集有利于為發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化工作提供詳細(xì)的理論數(shù)據(jù)支撐。

綜上所述，發(fā)動(dòng)機(jī)下線外圍尺寸及重量特性收集功能是可以集成到視覺系統(tǒng)中的。

2.3 初步方案

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場以及相關(guān)要求，初步提出兩種可行方案備選：①私服系統(tǒng)配合視覺系統(tǒng)、②機(jī)器人系統(tǒng)配合視覺系統(tǒng)，簡圖如下：

需要被檢測的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備體積較大，為 1.5m*1.2m*1m，如果每一面都用一臺(tái)相機(jī)進(jìn)行拍攝，則相機(jī)需要拍攝的最大視場要達(dá)到1.5m*1.2m，但是由光學(xué)計(jì)算公式可知，視場較大時(shí)相機(jī)工作距離就會(huì)比較遠(yuǎn)。由于相機(jī)需要安裝在暗箱內(nèi)部，需要考慮到相機(jī)的工作距離不能過大。故本方案中將含有1.5m邊長的面用兩臺(tái)相機(jī)來拍攝。故相機(jī)需要拍攝的最大視場為 1.2m*1m。綜合考慮，為達(dá)到厘米級(jí)的拍攝精度，選擇分辨率較大的相機(jī)拍攝該發(fā)動(dòng)機(jī)。初步選定相機(jī)分辨率為400萬像素，配合8mm焦距鏡頭進(jìn)行拍攝?？蛇_(dá)到0.58mm/ pixel 的精度。經(jīng)計(jì)算，相機(jī)可以放置在距被測發(fā)動(dòng)機(jī)平面 0.86m 左右的距離進(jìn)行拍攝。含有1.5m邊長的面（共3個(gè)面）各需要2臺(tái)相機(jī)進(jìn)行拍攝，其他各面（共2個(gè)面）均用 1 臺(tái)相機(jī)即可。對(duì)于機(jī)器人方案，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，可以在 1.5m*1.0m 的面各放置一個(gè)機(jī)器人，共需兩臺(tái)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)前后左右和上方共 5 個(gè)面的視覺檢測。根據(jù)檢測的角度需求，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的相機(jī)工裝夾具。

3 系統(tǒng)工作流程

私服系統(tǒng)配合視覺系統(tǒng)：相機(jī)和光源配置在暗箱內(nèi)，當(dāng)待檢測的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入檢測點(diǎn)位前先進(jìn)行人工掃描二維碼，得到該發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)，E_MVI 系統(tǒng)獲取到發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)，查詢得出該發(fā)動(dòng)機(jī)是否有檢測項(xiàng)，若沒有檢測項(xiàng)，則發(fā)動(dòng)機(jī)流轉(zhuǎn)至下一個(gè)對(duì)應(yīng)生產(chǎn)區(qū)域;若有檢測項(xiàng)，則彩色相機(jī)拍照存檔，同時(shí)查詢得出具體檢測項(xiàng)目，并解析出具體的相機(jī)的檢測區(qū)域信息，同時(shí)，暗箱得到信號(hào)，經(jīng)過一定的延遲后，暗箱從初始位置移動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)處，使得發(fā)動(dòng)機(jī)整體包含在暗箱內(nèi)，然后相機(jī)根據(jù)解析出的監(jiān)測區(qū)域信息來采集照片發(fā)送至上位機(jī)端，上位機(jī)端進(jìn)行處理，將檢測結(jié)果顯示到界面，將檢測結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，將檢測圖片存入ftp服務(wù)器;檢測完成后發(fā)動(dòng)機(jī)流轉(zhuǎn)到下一個(gè)對(duì)應(yīng)區(qū)域。其中，延遲是根據(jù)流水線的速度和暗箱移動(dòng)速度提前計(jì)算規(guī)定的;發(fā)動(dòng)機(jī)待檢測面共有5個(gè)，相機(jī)和光源的具體位置是根據(jù)待檢測的區(qū)域來配置;配置完成后，相機(jī)和光源的位置是固定的整個(gè)檢測過程在4分鐘內(nèi)完成。

機(jī)器人系統(tǒng)配合視覺系統(tǒng)：相機(jī)和光源配置在機(jī)器人上，當(dāng)待檢測的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入檢測點(diǎn)位前會(huì)先進(jìn)行人工掃描二維碼;獲取到該發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào);查詢得出該發(fā)動(dòng)機(jī)是否有檢測項(xiàng);若無檢測項(xiàng)，則發(fā)動(dòng)機(jī)流轉(zhuǎn)至下一個(gè)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)區(qū)域;若有檢測項(xiàng)，則彩色相機(jī)拍照存檔，并得出具體檢測項(xiàng)目，然后解析出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)點(diǎn);機(jī)器人得到信號(hào)后，移動(dòng)到解析出的按計(jì)劃的坐標(biāo)點(diǎn)位置，相機(jī)采集照片，發(fā)送至上位機(jī)端，上位機(jī)端進(jìn)行處理得出檢測結(jié)果，將檢測結(jié)果顯示到界面，將檢測結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，將檢測圖片存入?ftp 服務(wù)器;判斷相機(jī)采集點(diǎn)是否是計(jì)劃內(nèi)的最后一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，若是，則發(fā)動(dòng)機(jī)流轉(zhuǎn)到下一個(gè)區(qū)域;若否，則機(jī)械手臂移動(dòng)到下一個(gè)計(jì)劃監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行檢測直至檢測出所有的計(jì)劃檢測點(diǎn)，即轉(zhuǎn)。其中，當(dāng)檢測區(qū)域多個(gè)時(shí)，機(jī)器人的移動(dòng)路徑需提前規(guī)劃;發(fā)動(dòng)機(jī)待檢測面共有5個(gè)，相機(jī)和光源的具體位置是根據(jù)待檢測的區(qū)域來配置;配置完成后，相機(jī)和光源的位置相對(duì)于機(jī)器人來說是固定的，整個(gè)檢測過程在4分鐘內(nèi)完成。

4 效果分析

4.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

彩色相機(jī)拍全局照片存檔;采集到計(jì)劃中的采集點(diǎn);處理和分析結(jié)果;檢測結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，照片存入 ftp 服務(wù)器;具有手動(dòng)錄入結(jié)果功能。

4.2 檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

通過數(shù)據(jù)庫表記錄發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)的質(zhì)量狀態(tài)。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體拍攝圖片，作為記錄存檔，發(fā)動(dòng)和圖片一一對(duì)應(yīng)。對(duì)于同種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，統(tǒng)計(jì)各個(gè)質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)的質(zhì)量狀態(tài)并作柱狀圖，分析各監(jiān)測點(diǎn)的質(zhì)量狀態(tài)變化和合格率，為管理和改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持;對(duì)于不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)計(jì)各種類型的合格率。

5 結(jié)語

隨著社會(huì)的發(fā)展，產(chǎn)品的全生命周期管理已被廣泛關(guān)注，顧客對(duì)產(chǎn)品的要求也越來越高，一款全自動(dòng)檢查和可追溯系統(tǒng)已不可或缺，這將更加有利于企業(yè)管控產(chǎn)品質(zhì)量并進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)，在激烈的市場競爭中提升自身優(yōu)勢。