毛揚(yáng)，劉俊，曹倩偉

（上汽通用五菱汽車股份有限公司重慶分公司，重慶 401135）

1 背景

發(fā)動(dòng)機(jī)離合器固定螺栓有6顆，且旋轉(zhuǎn)后在工件上的位置不固定，分布在一個(gè)同心圓周上，傳統(tǒng)的擰緊工藝是人工將離合器旋轉(zhuǎn)到固定的位置，再由設(shè)備進(jìn)行擰緊，這樣會(huì)出現(xiàn)人工操作浪費(fèi)，以及手動(dòng)旋轉(zhuǎn)無法保證精度，造成合格率低等情況，采用視覺系統(tǒng)可以排除人為安裝的影響，提高設(shè)備柔性，提高生產(chǎn)效率。

2 工作過程

工業(yè)相機(jī)對(duì)離合器進(jìn)行拍照，將照片轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳輸給處理系統(tǒng)，圖像處理軟件根據(jù)事先設(shè)定的螺栓模板在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行匹配，找到螺栓圓心坐標(biāo)；根據(jù)離合器中一個(gè)圓弧面擬合出圓心坐標(biāo)；圓心和螺母中心確定一條直線，再計(jì)算出與中軸線的夾角坐標(biāo)，輸出角度給PLC，PLC根據(jù)此角度控制擰緊軸去對(duì)應(yīng)位置對(duì)螺栓進(jìn)行擰緊。

圖1

3 視覺系統(tǒng)硬件組成

光源、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理卡、圖像處理軟件、通訊單元。

（1）光源，機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組成部分。光源直接作用于特征對(duì)象，對(duì)于特征的準(zhǔn)確識(shí)別起著非常重要的作用。在選擇光源的時(shí)候遵循突出被攝對(duì)象的特征，增加與周圍區(qū)域?qū)Ρ榷鹊脑瓌t。

（2）鏡頭，起光學(xué)成像的作用。

（3）相機(jī)，機(jī)器視覺相機(jī)的目的是將通過鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲(chǔ)存、分析和（或者）顯示的機(jī)器設(shè)備上。

（4）圖像采集卡，完成信號(hào)的采集與格式轉(zhuǎn)換?？煞譃槟M(標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)）/數(shù)字、單通道/多通道；主要參數(shù)為采集頻率（速度）、接口、Buffer大小、預(yù)處理功能、支持相機(jī)的種類、控制功能、I/O點(diǎn)數(shù)。

（5）圖像處理卡，完成圖像處理的各種運(yùn)算，種類：DSP、FPGA、PowerPC。

4 視覺軟件處理過程

離合器螺栓共計(jì)6顆，分布在一個(gè)分度圓上（如圖2），工業(yè)相機(jī)運(yùn)動(dòng)到拍照位置對(duì)離合器進(jìn)行拍照。如下為康耐視in-sight軟件處理過程：

圖2

4.1 圖像采集

圖3

如圖3，電子表格的A0單元格有函數(shù)“image”，即為相機(jī)圖像采集設(shè)置區(qū)域，同時(shí)可以設(shè)置不同曝光參數(shù)提高拍照合格率。

4.2 查找螺母

①確定工件圓心的特征區(qū)域，訓(xùn)練特征，如紅色區(qū)域所示；

②使用 TrainPatMaxPattern函數(shù)訓(xùn)練螺栓，確定模板（黃色區(qū)域），如圖4。

圖4

圖5

③設(shè)定查找螺栓區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)匹配第②步中設(shè)定的模板螺栓，確定螺栓坐標(biāo)；（藍(lán)色區(qū)域）。

4.3 查找工件圓心

圖6

在圖6紅色方框內(nèi)，使用FindCurve函數(shù)，利用圓弧計(jì)算出工件圓心坐標(biāo)。

4.4 工件圓心和螺母圓心擬合出一條直線

圖7

使用LineFromNPoints函數(shù)，根據(jù)螺母圓心和工件圓心擬合出一條直線，如圖7綠色線。

4.5 繪制標(biāo)準(zhǔn)線

圖8

如圖8，使用EditLine函數(shù)繪制一條橫向的中軸線（固定線），用于計(jì)算第四步中擬合線的角度。

4.6 角度計(jì)算

圖9

如圖9中，使用LineToLine函數(shù)，通過首次校準(zhǔn)后得到的標(biāo)準(zhǔn)線和即時(shí)得到的工件圓心與螺釘圓心的連線計(jì)算他們的夾角就是我們所需要的工件偏轉(zhuǎn)角度。

4.7 結(jié)果及輸出

圖10

如圖10中，我們把得到的角度結(jié)果在簡(jiǎn)單處理后，使用FormatOutputBuffer函數(shù)寫入緩沖區(qū)，通過“WriteResults”函數(shù)將結(jié)果傳輸?shù)絇LC，PLC根據(jù)收到的角度補(bǔ)償給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)帶動(dòng)擰緊軸到達(dá)螺栓位置實(shí)現(xiàn)精確擰緊。

5 PLC處理過程

視覺相機(jī)與PLC通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊，采用PROFINET協(xié)議。PLC根據(jù)機(jī)型調(diào)用不用拍照程序，實(shí)現(xiàn)拍照，詳細(xì)過程見圖11流程圖。

圖11

6 優(yōu)缺點(diǎn)

視覺系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于零件防錯(cuò)、特征識(shí)別等方面，具有如下優(yōu)點(diǎn)。精度高，視覺系統(tǒng)能夠?qū)Χ嗖考M(jìn)行測(cè)量。因?yàn)榇朔N測(cè)量不需要接觸，所以對(duì)脆弱部件沒有磨損和危險(xiǎn)。連續(xù)性，視覺系統(tǒng)可以連續(xù)工作，沒有疲勞。同時(shí)消除了人為造成的操作變化。成本效率高，隨著硬件成本的急劇下降，機(jī)器視覺系統(tǒng)成本效率也變得越來越高。另外，視覺系統(tǒng)的操作和維持費(fèi)用非常低。靈活性，視覺系統(tǒng)能夠進(jìn)行各種不同的測(cè)量。當(dāng)應(yīng)用變化以后，只需軟件做相應(yīng)變化或者升級(jí)以適應(yīng)新的需求即可，當(dāng)生產(chǎn)線重組后，視覺系統(tǒng)往往可以重復(fù)使用。

7 結(jié)束語

為了降低人工成本和提高制造質(zhì)量，制造業(yè)正快速向自動(dòng)化、智能化升級(jí)，工業(yè)視覺系統(tǒng)能夠代替人的眼睛對(duì)零件進(jìn)行識(shí)別，精準(zhǔn)尋找出目標(biāo)特征，為機(jī)構(gòu)的動(dòng)作提供依據(jù)，視覺也是實(shí)現(xiàn)零件錯(cuò)漏裝防錯(cuò)很好的工具，能極大提高了生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度，是實(shí)現(xiàn)智慧工廠的可靠保障。