陳鑫 李輝 盧從堅(jiān) 經(jīng)偉明 姜松伶

柳州賽克科技發(fā)展有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

2021年，全國(guó)汽車銷量累計(jì)達(dá)到2630萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)4%，汽車制造業(yè)正在蓬勃發(fā)展中，產(chǎn)銷量的增加會(huì)給車企帶來(lái)不可預(yù)知的售后質(zhì)量隱患，而作為有汽車心臟之稱的動(dòng)力總成，更不可出現(xiàn)質(zhì)量事故，輕則拋錨，重則車毀人亡。所謂防患于未然，發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控尤為重要。制造業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致防錯(cuò)設(shè)備的需求與日俱增，制造業(yè)帶動(dòng)了智能視覺防錯(cuò)設(shè)備及傳感器的更新迭代，智能相機(jī)、光電傳感器、視覺系統(tǒng)等等防錯(cuò)裝置層出不窮，應(yīng)用于動(dòng)力總成裝配過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控中，能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)制造質(zhì)量，預(yù)防質(zhì)量問(wèn)題逃逸。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)密封膠智能視覺系統(tǒng)防錯(cuò)

發(fā)動(dòng)機(jī)總成由多個(gè)零件裝配而成，但每一個(gè)零件的配合都必須嚴(yán)絲合縫，發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)密封的整體，型體較大的零件，如前蓋、油底殼、凸輪軸罩蓋等殼體件與缸體的配合，一般由密封硅膠來(lái)保證零件配合面的密封性，防止發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行工況下出現(xiàn)機(jī)油泄漏。

發(fā)動(dòng)機(jī)的零件配合面涂膠走勢(shì)并非一個(gè)完整的幾何圖形，傳統(tǒng)檢測(cè)方式依靠人工目視檢查，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量膠寬，不僅效率低下且存在較高誤判率，長(zhǎng)期人工檢查會(huì)增加制造成本及生產(chǎn)節(jié)拍。

筆者所在發(fā)動(dòng)機(jī)工廠某涂膠站采用康耐視CAM-CIC-5000R-14-G型號(hào)工業(yè)相機(jī)搭配COG-VC5-120-000視覺控制器的智能視覺系統(tǒng)，能很好識(shí)別膠線走勢(shì)，若在車間環(huán)境光線較暗情況下，對(duì)比度不明顯，可配合Betterway品牌BWTX30500X29R6W-24V-BC型號(hào)相機(jī)燈，燈光閃爍瞬間相機(jī)拍照，即可形成如圖1的二維圖像，智能視覺系統(tǒng)內(nèi)置膠線識(shí)別程序，可根據(jù)涂膠工藝要求進(jìn)行圖像示教，設(shè)置不同參數(shù)及閾值，識(shí)別各個(gè)位置的密封膠，有效識(shí)別涂膠寬度、膠線走勢(shì)、斷膠等多個(gè)問(wèn)題。智能視覺系統(tǒng)相比傳統(tǒng)方法檢測(cè)涂膠質(zhì)量，大大降低了誤判率，既可細(xì)微入至識(shí)別細(xì)小缺陷，又能降低生產(chǎn)節(jié)拍，從拍照檢測(cè)判斷再將信號(hào)與PLC進(jìn)行交互，過(guò)程不超過(guò)10s，高效把控發(fā)動(dòng)機(jī)密封質(zhì)量。

圖1 智能視覺系統(tǒng)形成二維圖像

2.1 智能視覺系統(tǒng)運(yùn)行常見問(wèn)題

工業(yè)4.0時(shí)代制造業(yè)自動(dòng)化率普遍提升，智能制造是每一個(gè)工廠的追求，但自動(dòng)設(shè)備并非完美無(wú)缺，偶發(fā)故障不可避免，智能視覺系統(tǒng)也一樣存在影響運(yùn)行的問(wèn)題。

根據(jù)筆者工廠智能相機(jī)工位運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以下問(wèn)題需重點(diǎn)關(guān)注：

①相機(jī)誤判率；視覺系統(tǒng)存在一定誤判率，為避免因誤判導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，前期防錯(cuò)規(guī)劃及調(diào)試需收集大量圖片樣本，包括合格及不合格圖片，持續(xù)示教相機(jī)以提高合格率；

②相機(jī)與PLC交互問(wèn)題；相機(jī)拍照判斷合格，但信號(hào)傳輸至PLC顯示不合格，或PLC發(fā)送拍照指令但相機(jī)不執(zhí)行等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，建議相機(jī)安調(diào)過(guò)程注重交互程序邏輯合理性，并備份程序，預(yù)防設(shè)備運(yùn)行過(guò)程程序缺失導(dǎo)致交互中斷，可立即恢復(fù)備份程序；

③工控機(jī)影響相機(jī)運(yùn)行；工控機(jī)存儲(chǔ)相機(jī)程序，不建議與多個(gè)相機(jī)共用，避免程序調(diào)用過(guò)程出現(xiàn)不可預(yù)知錯(cuò)誤，可增加顯示屏，便于程序調(diào)試；

④圖像存儲(chǔ)；相機(jī)若監(jiān)控多個(gè)點(diǎn)位，或多個(gè)相機(jī)同時(shí)運(yùn)行，需各自單獨(dú)保存文件夾區(qū)分OK及NG圖片，并關(guān)聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)EUN碼，便于區(qū)分故障圖像，進(jìn)行程序優(yōu)化；

⑤相機(jī)外設(shè)；工廠光線對(duì)相機(jī)運(yùn)行有一定影響，建議增加暗箱將光線調(diào)試至相機(jī)最佳狀態(tài)；相機(jī)及暗箱不可安裝在設(shè)備支架或托盤輥道，避免晃動(dòng)影響程序判斷，獨(dú)立支架安裝外設(shè)是最佳選擇。

流程1 涂膠工位相機(jī)運(yùn)行模式

3 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)簽碼與缸體碼防錯(cuò)

一輛汽車由成千上百的零件組裝而成，為了對(duì)汽車的零部件進(jìn)行精確追溯，重要零部件都有唯一的編碼，在裝配過(guò)程會(huì)把這個(gè)編碼與整車車架號(hào)綁定，車企通過(guò)車架號(hào)即可查詢到所有重要零部件的精確編號(hào)。汽車零部件中最重要的就是發(fā)動(dòng)機(jī)總成，一旦裝配出廠，就不可隨意更換，私自更換發(fā)動(dòng)機(jī)，更改汽車動(dòng)力后不進(jìn)行備案是違法行為，所以發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于汽車具有唯一性，而是否為原廠發(fā)動(dòng)機(jī)只能靠發(fā)動(dòng)機(jī)編碼來(lái)識(shí)別。

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體刻印有一個(gè)具有唯一性的編碼，在出廠前會(huì)額外打印黑色及白色標(biāo)簽，標(biāo)簽碼與缸體碼一致，用于整車裝配掃碼綁定及銷售隨車查詢。因涉及法律法規(guī)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)簽編碼與缸體碼的字符必須完全一致，人工目視檢查難免發(fā)生錯(cuò)漏，此時(shí)就需引入一個(gè)智能視覺系統(tǒng)識(shí)別字符。

3.1 智能視覺系統(tǒng)字符識(shí)別

康耐視XMIS8200是一套優(yōu)秀的智能視覺系統(tǒng)，通過(guò)收集字庫(kù)示教相機(jī)，足以應(yīng)對(duì)各種字符的識(shí)別判定。XMIS8200將整套完全獨(dú)立的視覺系統(tǒng)精密壓縮在極小空間內(nèi)，完全適應(yīng)生產(chǎn)線的緊湊結(jié)構(gòu)，可在較小空間內(nèi)完成相機(jī)布局，可自動(dòng)識(shí)別缸體碼，工作臺(tái)人工操作按鈕識(shí)別激光打印的標(biāo)簽碼，如圖2及圖3。

圖2 智能系統(tǒng)識(shí)別缸體碼

圖3 智能系統(tǒng)識(shí)別標(biāo)簽碼

智能視覺系統(tǒng)采集以上3種圖片并識(shí)別字符后，內(nèi)置程序自動(dòng)核對(duì)字符一致性，若字符均一致，則判定合格，完成三碼一致防錯(cuò)，合格信號(hào)傳遞至PLC放行發(fā)動(dòng)機(jī)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)合法合規(guī)性。

3.2 字庫(kù)收集示教

智能視覺系統(tǒng)出廠具有圖片采集功能，但不能直接識(shí)別字符，需要收集數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試示教，康耐視XMIS8200智能視覺系統(tǒng)在前期調(diào)試階段需進(jìn)行字符字庫(kù)收集，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體碼及標(biāo)簽碼字符數(shù)量，同時(shí)涵蓋大寫字母及阿拉伯?dāng)?shù)字的情況下，需收集約400臺(tái)量發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)簽碼字符，收錄于相機(jī)內(nèi)置程序中作為字庫(kù)依據(jù)，以此示教程序識(shí)別字符。程序示教完成后，每一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體碼及標(biāo)簽碼由相機(jī)拍照記錄，程序自動(dòng)調(diào)取字庫(kù)校核圖像中的字符，識(shí)別出缸體碼、標(biāo)簽碼后進(jìn)行對(duì)比判定。

4 光電傳感器在連桿配對(duì)中的應(yīng)用

發(fā)動(dòng)機(jī)連桿與連桿蓋在安裝軸瓦前需進(jìn)行震斷處理，此過(guò)程造成的斷裂缺口具有唯一配對(duì)性，若兩個(gè)連桿混裝連桿蓋，則會(huì)造成軸瓦與曲軸不貼合，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況下輕則頂氣門，重則引發(fā)爆缸故障。因此連桿與連桿蓋在裝配過(guò)程的配對(duì)尤為重要，此處介紹一款簡(jiǎn)單實(shí)用的光電傳感器作為配對(duì)防錯(cuò)裝置——邦納S18-2VNFF150-Q8型號(hào)光電開關(guān)。

邦納S18-2VNFF150-Q8利用光束發(fā)射與接收判斷操作員工是否拿起相配對(duì)的連桿蓋與連桿，發(fā)動(dòng)機(jī)包含4套連桿，共有8個(gè)連桿零件，筆者工廠通過(guò)非標(biāo)設(shè)計(jì)，將8個(gè)光電傳感器集成布置在工作臺(tái)，分別感應(yīng)一個(gè)零件，拿取傳感器感應(yīng)的連桿蓋進(jìn)行裝配就必須拿取其相匹配的連桿，若拿取另一連桿，則光電傳感器信號(hào)傳遞至PLC判斷拿取錯(cuò)誤，可連接蜂鳴器或指示燈提醒員工操作有誤，達(dá)到防錯(cuò)效果。

圖4 字符字庫(kù)收集

圖5 光電傳感器

5 其它智能視覺系統(tǒng)及傳感器防錯(cuò)案例

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件眾多，防錯(cuò)裝置應(yīng)用也多種多樣，除以上列舉防錯(cuò)案例外，以下零件也可配置智能視覺系統(tǒng)及傳感器進(jìn)行防錯(cuò)判定：

①進(jìn)排氣凸輪軸鏈輪防錯(cuò)；發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程進(jìn)排氣鏈輪不可裝反，裝反則進(jìn)排氣凸輪軸相位混亂，無(wú)法精準(zhǔn)控制氣門開啟及關(guān)閉，鏈輪防錯(cuò)可采用邦納IVU2PTCW08智能視覺相機(jī)，對(duì)鏈輪區(qū)分標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別，達(dá)到裝配防錯(cuò)效果；

②發(fā)動(dòng)機(jī)氣門間隙檢測(cè)防錯(cuò)；采用機(jī)械挺柱的發(fā)動(dòng)機(jī)需進(jìn)行氣門間隙檢測(cè)，一般使用卡鉗式氣門檢測(cè)工裝，更換位置測(cè)量8組氣門間隙，但若未移動(dòng)卡鉗進(jìn)行測(cè)量，存在漏測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，可使用邦納Q4X激光傳感器對(duì)卡鉗進(jìn)行定位，每一組氣門間隙測(cè)量位置設(shè)置一個(gè)傳感器進(jìn)行防錯(cuò)；

③機(jī)油泵墊片及油底殼墊片裝配防錯(cuò)；部分發(fā)動(dòng)機(jī)的油底殼和機(jī)油泵設(shè)計(jì)有密封墊片，人工安裝后依靠目視檢查不易發(fā)現(xiàn)安裝錯(cuò)位，也存在漏裝風(fēng)險(xiǎn)，可采用邦納IVU2PTCW12智能視覺相機(jī)，識(shí)別墊片無(wú)漏裝且安裝在正確位置；

④高壓油泵滾子挺柱漏裝防錯(cuò)；高壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)油泵下設(shè)計(jì)有油泵滾子挺柱，此零件在裝配油泵后無(wú)法目視檢查，可在裝配過(guò)程采用邦納Q4XTKLAF600-Q8激光傳感器，通過(guò)激光測(cè)距識(shí)別已裝配油泵滾子挺柱；

⑤凸輪軸軸承蓋防錯(cuò)；未采用一體式凸輪軸罩蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)有固定凸輪軸的凸輪軸軸承蓋，以四缸機(jī)為例，共有10個(gè)軸承蓋需依次按順序安裝，人工安裝存在混裝風(fēng)險(xiǎn)，可采用康耐視XMC5000R14型號(hào)智能視覺系統(tǒng)進(jìn)行軸承蓋字符標(biāo)記識(shí)別，以達(dá)到防錯(cuò)效果。

圖6 油底殼墊片及鏈輪智能系統(tǒng)相機(jī)識(shí)別

6 結(jié)語(yǔ)

制造業(yè)應(yīng)秉承“質(zhì)量三不”原則把控制造過(guò)程質(zhì)量，制造出工藝精湛、客戶滿意的產(chǎn)品，本文所論述的各項(xiàng)防錯(cuò)實(shí)例，適用于裝配過(guò)程防錯(cuò)，使產(chǎn)線自動(dòng)化、智能化，防止質(zhì)量缺陷逃逸，打造高質(zhì)量動(dòng)力總成，助力制造質(zhì)量發(fā)展。