文/劉志祥·北京寶沃汽車(chē)股份有限公司

汽車(chē)行業(yè)沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)板料進(jìn)行對(duì)中才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化上料，而行業(yè)中解決方案大多為重力對(duì)中、機(jī)械對(duì)中和視覺(jué)對(duì)中，重力對(duì)中和機(jī)械對(duì)中系統(tǒng)響應(yīng)速度慢、部件易磨損，且不能滿(mǎn)足高速?zèng)_壓線(xiàn)；而視覺(jué)對(duì)中具有響應(yīng)速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、維護(hù)工作量小、板料形狀適用性強(qiáng)，且可以滿(mǎn)足高速自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。

隨著人們生活水平的提高和科技的不斷進(jìn)步，汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，為了快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，滿(mǎn)足人們對(duì)汽車(chē)高質(zhì)量、高性能的需求，汽車(chē)制造業(yè)中高速?zèng)_壓生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)用日趨廣泛。適應(yīng)于高速?zèng)_壓線(xiàn)，視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)為其提供了不可或缺的技術(shù)保障，本文就著重對(duì)高速?zèng)_壓生產(chǎn)線(xiàn)中視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行闡述，分析日常生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題和處理措施。

現(xiàn)場(chǎng)布局

本生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)節(jié)拍為15SPM，整線(xiàn)由拆垛系統(tǒng)、清洗涂油系統(tǒng)、視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)、板料及沖壓件傳輸機(jī)器人、2400t壓力機(jī)、1300t壓力機(jī)、三臺(tái)1000t壓力機(jī)、出料傳輸系統(tǒng)、自動(dòng)裝箱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。圖1所示為拆垛對(duì)中布局圖，線(xiàn)首部分由拆垛系統(tǒng)1、拆垛系統(tǒng)2、拆垛機(jī)器人1、拆垛機(jī)器人2、進(jìn)料皮帶機(jī)、清洗機(jī)、涂油機(jī)及視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)組成。

視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)

系統(tǒng)組成

視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)由視覺(jué)皮帶機(jī)、上料皮帶機(jī)、上料機(jī)器人1(含控制系統(tǒng))、上料機(jī)器人2(含控制系統(tǒng))、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、工控機(jī)、視覺(jué)相機(jī)1、視覺(jué)相機(jī)2、視覺(jué)照明系統(tǒng)、整線(xiàn)主控PLC 及其他控制單元組成。視覺(jué)相機(jī)、工控機(jī)、上料機(jī)器人和主控PLC 通過(guò)預(yù)設(shè)的PROFINET 通訊網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的傳輸(圖2)。

工控機(jī)中預(yù)裝了視覺(jué)軟件，通過(guò)工控機(jī)網(wǎng)卡將2臺(tái)視覺(jué)相機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，視覺(jué)機(jī)器人1 控制系統(tǒng)選配了PROFINET 通訊卡，從而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將工控機(jī)中視覺(jué)相機(jī)、工控機(jī)、機(jī)器人控制系統(tǒng)集成在了同一個(gè)PROFINET 網(wǎng)絡(luò)中，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過(guò)PROFINET 網(wǎng)絡(luò)與主控PLC 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交互。

系統(tǒng)工藝流程

調(diào)試運(yùn)行：新零件上線(xiàn)調(diào)試時(shí)，首先在各單元設(shè)定對(duì)應(yīng)的零件編碼和零件名稱(chēng)，然后啟動(dòng)拆垛系統(tǒng)并設(shè)定拆垛機(jī)器人運(yùn)行軌跡，拆垛機(jī)器人搬運(yùn)一張板料放置于進(jìn)料皮帶機(jī)，手動(dòng)搬運(yùn)板料至視覺(jué)皮帶上，根據(jù)板料特征制作視覺(jué)模板，然后將視覺(jué)系統(tǒng)切換至離線(xiàn)狀態(tài)并手動(dòng)拍照，拍照完成后手動(dòng)運(yùn)行視覺(jué)皮帶機(jī)和上料皮帶機(jī)，將板料運(yùn)送至上料皮帶；依據(jù)拍照數(shù)據(jù)設(shè)定上料機(jī)器人BEFORE PICK 點(diǎn)、PICK 點(diǎn)、AFTER PICK 點(diǎn)位置，根據(jù)板料在模具中的狀態(tài)設(shè)定上料機(jī)器人BEFORE DROP點(diǎn)、DROP點(diǎn)、AFTER DROP點(diǎn)位置，逆序運(yùn)行設(shè)定WAIT LOAD 點(diǎn)、OUT LOAD 點(diǎn)、WAIT UNLOAD點(diǎn)、OUT UNLOAD點(diǎn)位置并保存機(jī)器人軌跡；將機(jī)器人運(yùn)行至等待位，視覺(jué)切換至在線(xiàn)狀態(tài)，準(zhǔn)備自動(dòng)生產(chǎn)。

如圖3 所示，自動(dòng)運(yùn)行：按下整線(xiàn)循環(huán)啟動(dòng)按鈕，拆垛工位機(jī)器人開(kāi)始進(jìn)行拆垛并運(yùn)送板料至送料皮帶和清洗機(jī)、涂油機(jī)，經(jīng)清洗涂油后將板料運(yùn)送至對(duì)中皮帶，對(duì)中皮帶檢測(cè)皮帶機(jī)有料并停止運(yùn)行，主控PLC根據(jù)預(yù)設(shè)的程序發(fā)送預(yù)啟動(dòng)皮帶機(jī)指令并由此指令觸發(fā)視覺(jué)相機(jī)拍照，視覺(jué)相機(jī)拍照完成后，工控機(jī)將計(jì)算板料位置數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)板料模板的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、計(jì)算；同時(shí)主控PLC 控制對(duì)中皮帶將板料運(yùn)送至上料皮帶和上料機(jī)器人工位，上料機(jī)器人根據(jù)工控機(jī)傳送的板料位置數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后上料機(jī)器人修正PICK 位置、抓料，上料機(jī)器人運(yùn)送板料至2400t 壓力機(jī)，上料機(jī)器人投放板料后返回等待位置。整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入下一循環(huán)。

視覺(jué)模板

新零件上線(xiàn)時(shí)，在整線(xiàn)控制系統(tǒng)中設(shè)定對(duì)應(yīng)的零件編碼，相應(yīng)的在工控機(jī)中設(shè)定對(duì)應(yīng)的零件編碼，手動(dòng)從拆垛工位運(yùn)送一張板料至對(duì)中皮帶機(jī)，使用預(yù)裝在工控機(jī)中的視覺(jué)軟件切換相機(jī)為手動(dòng)模式，觸發(fā)視覺(jué)相機(jī)拍照，在軟件制作視覺(jué)模板：設(shè)定視覺(jué)特征—設(shè)定搜索范圍—設(shè)定特征得分下限—設(shè)定旋轉(zhuǎn)許可角度—特征TRAINING—查驗(yàn)特征—保存模板—切換相機(jī)為自動(dòng)模式—運(yùn)送板料至上料工位—設(shè)定上料機(jī)器人PICK 和DROP 軌跡。關(guān)于視覺(jué)模板特征，設(shè)定過(guò)多的特征或許會(huì)影響數(shù)據(jù)傳輸速度，導(dǎo)致故障率提升；而設(shè)定的太少則不能準(zhǔn)確識(shí)別板料位置；一般單件設(shè)定1 ～2 個(gè)特征，雙件設(shè)定2 ～4 個(gè)特征，且每個(gè)零件至少1 個(gè)特征。

信號(hào)交互

整線(xiàn)主控PLC 與上料機(jī)器人1、上料機(jī)器人2、視覺(jué)相機(jī)、工控機(jī)之間通過(guò)PROFINET 通訊進(jìn)行信號(hào)交互，主要信號(hào)為皮帶機(jī)預(yù)啟動(dòng)、觸發(fā)相機(jī)拍照、相機(jī)拍照完成、手動(dòng)拍照、板料坐標(biāo)X、Y 和轉(zhuǎn)角Deg，如表1、表2、表3 所示。

控制原理

整線(xiàn)具備生產(chǎn)條件后，在整線(xiàn)主控臺(tái)進(jìn)行整線(xiàn)啟動(dòng)，整線(xiàn)所有機(jī)器人運(yùn)行至等待工位，拆垛工位機(jī)器人將板料從拆垛臺(tái)搬運(yùn)至送料皮帶，經(jīng)清洗機(jī)清洗和涂油機(jī)涂油后，板料到達(dá)對(duì)中皮帶，對(duì)中皮帶板料傳感器檢測(cè)到有料后發(fā)信號(hào)給主控PLC，主控PLC 運(yùn)行對(duì)中皮帶停止控制程序，該控制程序按照預(yù)設(shè)的公式進(jìn)行計(jì)算并停止皮帶運(yùn)行，然后運(yùn)行皮帶停穩(wěn)濾波程序；此時(shí)主控PLC 觸發(fā)對(duì)中皮帶預(yù)啟動(dòng)指令，并且觸發(fā)視覺(jué)相機(jī)拍照(圖4)，視覺(jué)相機(jī)拍照完成后發(fā)送TRIGGER DONE 指令給機(jī)器人控制系統(tǒng)，同時(shí)工控機(jī)計(jì)算板料位置數(shù)據(jù)并傳送給上料機(jī)器人控制系統(tǒng)，對(duì)中皮帶和上料皮帶以對(duì)中皮帶機(jī)為基準(zhǔn)同時(shí)啟動(dòng)并且運(yùn)行定長(zhǎng)2400mm，此時(shí)板料已經(jīng)運(yùn)送至上料皮帶，上料機(jī)器人也已經(jīng)運(yùn)行到了上料皮帶上方，上料機(jī)器人控制系統(tǒng)計(jì)算接收到的板料位置數(shù)據(jù)和修正PICK位置軌跡進(jìn)行板料抓取，上料機(jī)器人按照預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行軌跡將板料準(zhǔn)確的放入首臺(tái)壓力機(jī)的模腔內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

表1 主控PLC 與機(jī)器人1/2

表2 機(jī)器人與工控機(jī)

表3 板料位置數(shù)據(jù)

常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

在生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)的可靠運(yùn)行無(wú)疑是每一位設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理者最期望的，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了以下常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施( 表4)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)最多的就是找不到視覺(jué)特征、板料照片反光和視覺(jué)得分低，一般需要進(jìn)行如下處理：調(diào)整板料在托盤(pán)位置/ 調(diào)整拆垛機(jī)器人投放板料位置/ 檢查調(diào)整皮帶機(jī)、減少涂油機(jī)噴油量/ 適當(dāng)調(diào)大清洗機(jī)擠干輥壓力、清理皮帶機(jī)底板/ 清理皮帶/ 增大板料與皮帶機(jī)底板間色差/ 優(yōu)化視覺(jué)特征位置；除此之外，要按照維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃定期對(duì)通訊線(xiàn)纜、線(xiàn)纜接頭、皮帶機(jī)傳動(dòng)裝置、視覺(jué)燈具進(jìn)行檢查和維護(hù)保養(yǎng)。

結(jié)束語(yǔ)

表4 常見(jiàn)問(wèn)題及處理措施

隨著視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用的普及和技術(shù)的不斷完善，相信視覺(jué)對(duì)中系統(tǒng)在汽車(chē)以及家電等行業(yè)沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中使用越來(lái)越廣泛，其產(chǎn)品應(yīng)用方案也日趨成熟、穩(wěn)定，視覺(jué)系統(tǒng)精度、性能也會(huì)逐步得到提升，為高速?zèng)_壓自動(dòng)化提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。