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        機(jī)器自動(dòng)化與視覺(jué)系統(tǒng)在車燈制造行業(yè)的應(yīng)用

        2020-03-06 02:08:14武光澤袁明月薛亞峰朱榮華蔣敏
        汽車零部件 2020年1期
        關(guān)鍵詞:檢測(cè)系統(tǒng)

        武光澤,袁明月,薛亞峰,朱榮華,蔣敏

        (常州星宇車燈股份有限公司,江蘇常州 213000)

        0 引言

        近年來(lái),隨著工業(yè)4.0的推進(jìn),機(jī)器人在車燈制造行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。除了傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人,協(xié)作輔助機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)家2025計(jì)劃已經(jīng)把中國(guó)智造推上日程,圍繞汽車、機(jī)械、電子行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用,促進(jìn)了機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展,擴(kuò)大了機(jī)器人的市場(chǎng)應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體、減速器、伺服電機(jī)、控制器、視覺(jué)系統(tǒng)、傳感器與驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)制造[1]。

        機(jī)器視覺(jué)作為自動(dòng)化界高智能化產(chǎn)品,未來(lái)具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。汽車行業(yè)的驅(qū)動(dòng)器和車燈制造廠商過(guò)去幾年正在采購(gòu)大量自動(dòng)化設(shè)備取代人工,以應(yīng)對(duì)中國(guó)愈演愈烈的缺工現(xiàn)象,未來(lái)幾年這一現(xiàn)象將達(dá)到高潮。國(guó)內(nèi)一流的車燈制造商紛紛選擇提高自動(dòng)化程度,集成機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用成為自動(dòng)化生產(chǎn)線不可獲取的主流技術(shù)[2]。

        1 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)概述

        機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是利用機(jī)器代替人眼作各種測(cè)量和判斷[3]。它是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個(gè)重要分支,綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的技術(shù),涉及到計(jì)算機(jī)、圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、信號(hào)處理、光機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域。圖像處理和模式識(shí)別等技術(shù)的快速發(fā)展,也大大地推動(dòng)了機(jī)器視覺(jué)的發(fā)展。

        視覺(jué)系統(tǒng)與機(jī)器人集成,完成檢測(cè)、識(shí)別、定位、抓取、測(cè)量等一系列工作,具有穩(wěn)定可靠、長(zhǎng)期工作、速度快、精度高等特點(diǎn)。

        2 自動(dòng)化領(lǐng)域中機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用案例

        (1)機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人完成蓋板自動(dòng)上料

        該視覺(jué)系統(tǒng)用于FE-6驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)線的蓋板上料工位,通過(guò)康耐視相機(jī)完成了蓋板的糾正,引導(dǎo)UR機(jī)器人完成自動(dòng)上料,精度達(dá)到±0.1 mm,節(jié)拍20 s。

        蓋板放置在料盒工裝內(nèi),固定在自動(dòng)線工作臺(tái)面。相機(jī)和光源通過(guò)工裝固定在拍照點(diǎn)下方的臺(tái)面上,相機(jī)向上拍照,光源向上照射。料盒里面放置70片蓋板,料盒下方有4個(gè)光電傳感器,放料點(diǎn)側(cè)方安裝一個(gè)光電傳感器。UR機(jī)器人通過(guò)I/O通信接受傳感器的信號(hào),按先后順序從有料的儲(chǔ)料盒吸取蓋板。機(jī)器人給PLC發(fā)信號(hào),PLC觸發(fā)吸盤(pán)工裝將蓋板吸起來(lái),移動(dòng)到光源和相機(jī)上方。機(jī)器人到達(dá)拍照點(diǎn)后,觸發(fā)智能相機(jī)拍照。智能相機(jī)通過(guò)照片和標(biāo)準(zhǔn)圖片對(duì)比,計(jì)算出X、Y、角度偏差,把偏差值傳送給UR機(jī)器人。UR機(jī)器人接受智能相機(jī)信號(hào)后移動(dòng)到上料等待點(diǎn),準(zhǔn)備接受上料信號(hào)。臺(tái)達(dá)機(jī)器人帶動(dòng)鎖付系統(tǒng)完成殼體內(nèi)PCB板的2顆螺釘鎖付,PLC觸發(fā)UR機(jī)器人上蓋板,UR機(jī)器人將上蓋板完成信號(hào)傳給PLC后,臺(tái)達(dá)機(jī)器人鎖最后2個(gè)螺絲,PLC觸發(fā)UR機(jī)器人完成成品下料。圖1為機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人上料。

        圖1 機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人上料

        圖2為標(biāo)準(zhǔn)圖片和機(jī)器視覺(jué)效果對(duì)比。該機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)的定位抓取系統(tǒng),通過(guò)相機(jī)抓取的蓋板照片與標(biāo)準(zhǔn)圖片對(duì)比,計(jì)算蓋板X、Y、角度偏差。其中X、Y向差值通過(guò)單位換算,對(duì)應(yīng)機(jī)器人坐標(biāo)系中的X、Y向的移動(dòng)補(bǔ)償值;角度值不需要換算,直接對(duì)應(yīng)機(jī)器人坐標(biāo)系中的Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度值。同時(shí)對(duì)蓋板的特征點(diǎn)進(jìn)行判斷,如果蓋板抓取錯(cuò)誤或偏差超出范圍,則給機(jī)器人NG下料信號(hào)。通過(guò)以上步驟,即可完成對(duì)來(lái)料蓋板的識(shí)別和糾正。

        圖2 視覺(jué)效果圖

        (2)機(jī)器視覺(jué)引導(dǎo)三軸機(jī)械手完成涂膠檢測(cè)

        搭載點(diǎn)膠系統(tǒng)的直角坐標(biāo)檢測(cè)平臺(tái)[4],滿足工廠自動(dòng)化線和手動(dòng)線的點(diǎn)膠工位需求,實(shí)現(xiàn)高速精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制,智能檢測(cè)視覺(jué)系統(tǒng)避免涂膠不合格品流出。該平臺(tái)不僅可以用于涂膠、檢測(cè),還可以用于視覺(jué)引導(dǎo)螺絲機(jī)打螺絲。它通用性高、集成簡(jiǎn)單,可以廣泛用于電子工廠生產(chǎn)線。其中三軸控制器采用臺(tái)達(dá)的MH1控制器,可用于與多種模塊通信,也可將涂膠面積、涂膠位置、螺絲扭矩等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給PC端,完成數(shù)據(jù)采集和分析。智能視覺(jué)點(diǎn)膠系統(tǒng)如圖3所示。

        圖3 智能視覺(jué)點(diǎn)膠系統(tǒng)

        運(yùn)動(dòng)精度可以達(dá)到0.01~0.03 mm,在X軸、Y軸、Z軸的運(yùn)動(dòng)最遠(yuǎn)可分別達(dá)到500、400、300 mm,視覺(jué)檢測(cè)精度可以達(dá)到15像素。

        該平臺(tái)以X、Y、Z三軸直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本模型,以伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的單軸機(jī)械臂為基本運(yùn)動(dòng)單元,通過(guò)相機(jī)對(duì)涂膠結(jié)果做視覺(jué)檢測(cè):

        ①X、Y、Z三軸。三軸采用KK86系列模組,設(shè)計(jì)及安裝容易,絲桿和線性滑軌結(jié)合在一起,精度高、安裝快、鋼性高、節(jié)省空間。

        ②電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器。采用ECMA系列電機(jī)搭配ASDA系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器,其中控制Z軸的電機(jī)帶剎車功能,精度可以控制在0.01~0.03 mm。

        ③視覺(jué)系統(tǒng)。選用DMV系列視覺(jué)系統(tǒng),操作界面人性化,編程方便。支持I/O以太網(wǎng),RS232、RS485通信接口,可實(shí)現(xiàn)多功能檢測(cè)任務(wù)運(yùn)行處理。

        (3)視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)

        零件尺寸檢測(cè)平臺(tái),采用智能相機(jī)方案,不同零件選擇不同的測(cè)試程序,即可完成多個(gè)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)記錄,尺寸測(cè)量系統(tǒng)如圖4所示,圖5為尺寸測(cè)量效果圖。

        圖4 尺寸測(cè)量系統(tǒng)

        圖5 尺寸測(cè)量圖

        檢測(cè)內(nèi)容包括孔徑、孔與孔之間的距離、孔到邊的距離、邊到邊的距離。檢測(cè)范圍為130 mm×130 mm,檢測(cè)精度可以達(dá)到±0.1 mm。

        可以滿足大部分驅(qū)動(dòng)器、蓋板、螺孔的尺寸檢測(cè),保證了現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)器來(lái)料的孔距、邊緣尺寸的一致性,為自動(dòng)化的裝配保證了來(lái)料的質(zhì)量。尺寸檢測(cè)還可以應(yīng)用在自動(dòng)線體系中,通過(guò)相機(jī)把產(chǎn)品的合格、NG數(shù)據(jù)傳輸給PLC,保證了總裝驅(qū)動(dòng)器的產(chǎn)品質(zhì)量,并且具有數(shù)據(jù)追溯功能,可以在后期集成MES系統(tǒng),實(shí)時(shí)將信息傳送給客戶端。

        3 總結(jié)

        機(jī)械自動(dòng)化已經(jīng)打破了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式,工業(yè)自動(dòng)化離不開(kāi)工業(yè)機(jī)器人、模組機(jī)器人、協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用。

        機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與人類視覺(jué)系統(tǒng)類似,可以快速獲取大量信息,適應(yīng)各種惡劣環(huán)境,處理分析數(shù)據(jù),滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線無(wú)人化的要求。機(jī)器視覺(jué)就像人的眼睛,能夠引導(dǎo)自己的手臂完成指定程度的動(dòng)作,使得機(jī)器人在車燈自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域中得到廣泛運(yùn)用。這不僅解放了社會(huì)勞動(dòng)力,降低了日益升高的人工成本,而且提升了生產(chǎn)效率,提高了產(chǎn)品合格率和產(chǎn)品一致性。

        隨著機(jī)器視覺(jué)集成機(jī)器人系統(tǒng)研究的日漸成熟,機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)的集成將會(huì)更好地為人類社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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