機器視覺線上檢測汽車零件的位置和朝向

James Carroll

在汽車製造行業，用塗膠來代替焊接，有利於工程師設計出更加輕量化、甚至在某些情況下更加強大的裝配件。汽車的保險槓、側圍板，以及需要用粘合劑與車身主體或其他零件連線起來的各種汽車殼體，它們都需要非常精準的粘合，以確保實現零件和裝配件的既定功能。

位於杭州的吉利汽車公司的粘接生產線，就是一個很好的例子。載入到粘接生產線上的零件，如果放置的位置或朝向不正確，將會導致材料浪費、零件過早失效，或是導致自動塗膠機與托盤上的零件相碰撞，進而導致停機狀況。

過去，將零件裝載到托盤中，一直是透過人工操作完成的，而且之前的零件檢測，也是人工藉助計量器來手動檢測的，這個步驟不僅非常耗時，而且容易出錯。對於操作員來說，要滿足零件放置的位置誤差在0。5mm以內、角度誤差少於1°，是一項非常艱鉅的挑戰；並且，如果生產商需要在1分鐘內彙報多達20個零件的位置，僅靠人工檢測是不可能完成這些任務的。

位置和朝向檢測

這正是為什麼吉利要積極與加拿大Bluewrist公司合作的原因，吉利希望為其塗膠應用工序開發出一種“能夠自動調整零件朝向的更快速、更精準的方法”。

要確定多達40種不同種類的汽車零件的正確朝向，需要五個單獨的生產線，每條生產線能容納5~8個不同的零件。將每批零件放進一個尺寸為1m×2m的托盤中，托盤攜帶著零件一起透過來自基恩士公司的SR-1000視覺感測器。視覺感測器對每個托盤中特定的條形碼進行識別，以確定哪一批零件正在接受系統檢測。執行在工業計算機上的Bluewrist軟體中擁有預裝的托盤資訊，從而使操作員能夠知道托盤中應該有哪些零件。

一旦視覺感測器開始掃描條形碼，托盤就會移動到一個通道中，在那裡，隨著托盤沿著傳送帶移動，兩個來自德國Wenglor公司的MLWL223 weCat3D 3D輪廓感測器，從頂部掃描托盤和零件內部（見圖1）。MLWL223感測器的Z軸向工作範圍為300~1000mm，測量範圍達700mm，X軸向的測量範圍為280~830mm，並配備一個波長660nm的紅色鐳射源。Bluewrist公司工程部總監Jay Lu介紹說，“Bluewrist公司的scanXtream軟體能在幾百毫秒的時間內執行3D點雲處理、特徵提取和3D對齊，並且能在5s內確認零件的位置和朝向。”

圖1：隨著托盤沿著傳送帶移動，兩個3D輪廓感測器從頂部掃描裝滿汽車零件的托盤

“這些都是尺寸很大的托盤，因此我們要同時處理大量的3D資料。如果沒有最佳化的軟體支援，這個處理過程所花費的時間，對於線上檢測系統而言會非常長。”Jay Lu說，“在離線軟體中對多達20個零件進行掃描和處理，提取出所有這些資訊需要會花上幾分鐘的時間；而在線上檢測中，我們必須在幾秒鐘的時間內提取出所需要的一切資訊。”

強大的軟體

在生成點雲之後，軟體會識別每一個零件，並確定其位置。如果一個零件放置的位置不對或者出現了漏放，亦或是機器人不能施加粘合劑，系統就會針對這個零件發出報警，並且會在操作員的人機介面上彈出通知視窗，指示哪個零件出現了位置問題。

如果所有的零件位置都處於位置公差允許的範圍內，部件的六個空間座標XYZWPR姿態會透過TCP/IP協議和西門子的可程式設計邏輯控制器（PLC）傳送給來自日本Fanuc公司的一臺機器人，用於塗膠應用（見圖2）。

Jay Lu介紹說，靈活性和定製化是scanXtream軟體的附加優勢。

“吉利有很多種型號的零件，因此它的工廠生產線自然也是靈活且具有彈性的。”Jay Lu說到，“利用scanXtream軟體，他們可以輕鬆地根據需要，針對新的或者不同的零件，對生產線進行重新程式設計。我們可以幫助他們在軟體內進行這些更新，這樣他們就不用從零做起開始新的處理過程了。”

Bluewrist公司的SPCWorks線上空間資料控制和報告軟體，能讓吉利跟蹤單個零件的歷史和資料，它允許操作員更新處理程序，以包括裝載和解除安裝的過程資料。

Bluewrist公司表示，該軟體收集和報告來自機器視覺系統的位置和朝向資料，生成的報告可以被團隊成員使用，用以監測和訪問過程的穩定性，以便預測和防止缺陷或其他異常問題的產生。