康耐視3D視覺軟件：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的高效精確抓取

客戶：一汽大眾EA211發(fā)動(dòng)機(jī)廠
行業(yè)：汽車（汽車發(fā)動(dòng)機(jī)）
解決方案：VisionPro 視覺軟件3D版

挑戰(zhàn)
? 人工上料方式影響生產(chǎn)節(jié)拍，存在質(zhì)量隱患；
? 視覺系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)用一個(gè)程序引導(dǎo)機(jī)器人快速精準(zhǔn)抓取多種型號(hào)的工件；
? 抓取夾具設(shè)計(jì)的是三面六個(gè)定位銷，視覺系統(tǒng)要能滿足三個(gè)方向的角度要求。
? 視覺系統(tǒng)精度在0.3mm，需要克服現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境光的不利影響。

效果
? 實(shí)現(xiàn)了上料工位的自動(dòng)化，替代10位人工，良品率提升；
? 四種型號(hào)工件可以通用一個(gè)程序，引導(dǎo)機(jī)器人高精度快速抓?。?
? 增加1個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)用來輔助角度矯正，并去掉1個(gè)定位銷，對(duì)角度要求降低；
? 實(shí)際視覺精度超過預(yù)期，穩(wěn)定的光環(huán)境保證了檢測(cè)效果；

一汽-大眾長春發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)器工廠（EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠）位于吉林省長春市，該工廠于2016年全面建成和投產(chǎn)后，進(jìn)一步強(qiáng)化了一汽大眾動(dòng)力總成供應(yīng)鏈。EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠擁有高精度的加工中心、世界一流的生產(chǎn)線和智能化工藝，采用大眾康采恩生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，主要制造基于德國大眾最新MQB平臺(tái)的EA211系列發(fā)動(dòng)機(jī)，并且預(yù)留生產(chǎn)1.4L MPI、1.2L TSI、1.0L TSI及混合動(dòng)力機(jī)型的能力。

人工上料方式影響生產(chǎn)節(jié)拍，引發(fā)質(zhì)量隱患
發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，其質(zhì)量與性能的好壞，決定了汽車運(yùn)行的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平穩(wěn)性和環(huán)保性。 而發(fā)動(dòng)機(jī)的制造水平，在很大程度上取決于其零部件的加工質(zhì)量。缸體和缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，它們的質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
在EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的缸體和缸蓋上料工序中，有5個(gè)生產(chǎn)工位是人工上料的方式來進(jìn)行工件的轉(zhuǎn)移。 但是，在生產(chǎn)過程中，這種人工方式遇到了棘手問題。
“由于上料工位是人工手動(dòng)操作，因此工作速度慢，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍。”EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠生產(chǎn)工程師指出，“另外，因?yàn)椴僮鞴げ荒芡耆凑詹僮魇謨?cè)操作，會(huì)造成缸體、缸蓋的定位孔和加工孔不同程度的磨損，以及缸體在精加工托盤上的位置發(fā)生變化。這樣就導(dǎo)致在后續(xù)的自動(dòng)裝配工序時(shí)，機(jī)器人會(huì)碰到缸體內(nèi)表面，出現(xiàn)凹痕和劃傷，使缸體整體密封性變差。而定位孔和加工孔的磨損將導(dǎo)致后續(xù)的攻絲螺紋不完整，在安裝螺絲時(shí)會(huì)受力甚至傾斜，造成缸體直接報(bào)廢的嚴(yán)重后果。”

為提升生產(chǎn)效率，消除質(zhì)量隱患，EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠決定進(jìn)行技術(shù)改造，引入先進(jìn)的視覺技術(shù)，引導(dǎo)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)缸體的快速精確抓取。EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠對(duì)視覺方案有明確的訴求。“我們要求視覺系統(tǒng)精度在0.3mm，需要克服現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境光的不利影響。抓取夾具設(shè)計(jì)的是三面六個(gè)定位銷，視覺系統(tǒng)要能滿足三個(gè)方向的角度要求。”工廠生產(chǎn)工程師表示，“由于車間現(xiàn)場(chǎng)MESS系統(tǒng)的原因，只能用一個(gè)程序抓取多種不同型號(hào)的缸體和缸蓋，它們的特征點(diǎn)不完全一樣、尺寸有偏差，而且工件注塑也會(huì)有誤差，因此視覺系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)用一個(gè)程序引導(dǎo)機(jī)器人快速精準(zhǔn)抓取多種型號(hào)的工件。”
另外，對(duì)選擇解決方案提供商，EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠也有自己的考慮。“從事視覺檢測(cè)行業(yè)要滿10年，技術(shù)服務(wù)人員應(yīng)是工廠本地人員，后續(xù)技術(shù)服務(wù)要能和我們的技術(shù)人員緊密配合。”工廠生產(chǎn)負(fù)責(zé)人強(qiáng)調(diào)，“另外，在大眾公司應(yīng)該有5個(gè)以上視覺檢測(cè)方面的部署項(xiàng)目。”

高性價(jià)比的康耐視3D視覺技術(shù)，引導(dǎo)機(jī)器人精準(zhǔn)抓取

經(jīng)過多方了解，EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的技術(shù)負(fù)責(zé)人發(fā)現(xiàn)康耐視在一汽-大眾多個(gè)車間擁有眾多成功應(yīng)用，如總裝車間引導(dǎo)機(jī)器人抓取車輛備胎、涂裝車間檢測(cè)車輛落位滑鞘到位、發(fā)動(dòng)機(jī)廠變速箱錯(cuò)漏裝及齒輪型號(hào)檢測(cè)、新能源車間利用A5000引導(dǎo)機(jī)器人抓取電池模組外殼等。

“大眾成都工廠也應(yīng)用了康耐視視覺技術(shù)，解決了跟我們類似的生產(chǎn)難題。我們接觸的所有車間同事，都對(duì)康耐視的設(shè)備表現(xiàn)反響不錯(cuò)。”工廠技術(shù)負(fù)責(zé)人講到，“而且，在視覺檢測(cè)技術(shù)剛剛興起的時(shí)候，我們公司就采購了一批康耐視產(chǎn)品應(yīng)用于生產(chǎn)，合作時(shí)間長達(dá)15年，雙方都已建立了很好的信任關(guān)系。”

于是，工廠技術(shù)負(fù)責(zé)人就聯(lián)系到了康耐視公司的代理商，“經(jīng)過多次交流溝通、產(chǎn)品演示，并考察其技術(shù)服務(wù)的水平和態(tài)度，我們覺得康耐視有能力把這個(gè)項(xiàng)目做好。”康耐視技術(shù)服務(wù)的細(xì)致，讓工廠的技術(shù)工程師動(dòng)心，“康耐視技術(shù)人員為我們提供了一份詳細(xì)的PPT，里面介紹了機(jī)器人控制相機(jī)所要發(fā)送的信號(hào)、檢測(cè)參數(shù)和注意事項(xiàng)，以及檢測(cè)過程中機(jī)器人所要做的工作等，內(nèi)容非常詳實(shí)。”
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況、設(shè)備特點(diǎn)和檢測(cè)需求，康耐視向工廠推薦了VisionPro® 視覺軟件3D版。因?yàn)闊o論是執(zhí)行一次輪廓測(cè)量還是掃描整個(gè)三維表面，該軟件都能提供最強(qiáng)大和穩(wěn)定的三維機(jī)器視覺工具，實(shí)現(xiàn)超越二維機(jī)器視覺技術(shù)的高精度表面特征測(cè)量。高分辨率3D圖像配備業(yè)界領(lǐng)先的康耐視3D視覺工具，可為裝配驗(yàn)證、在線測(cè)量和機(jī)器人引導(dǎo)等應(yīng)用提供可靠、準(zhǔn)確的解決方案。

機(jī)器人軌跡點(diǎn)圖片

隨后，工廠就安排了樣機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在現(xiàn)場(chǎng)，康耐視代理商先把設(shè)備與機(jī)器人建立通訊，通訊協(xié)議為TCP。“康耐視代理商早就提前準(zhǔn)備好了與機(jī)器人通訊的擴(kuò)展包，把擴(kuò)展包提供給機(jī)器人安裝之后，就可以直接與康耐視設(shè)備進(jìn)行通訊。”建立通訊的過程，令EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的技術(shù)工程師印象深刻。
而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)之順利更讓工程師們感到驚喜，“確定工作范圍之后，機(jī)器人就配合視覺進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，完成檢測(cè)程序，一切就緒后開始測(cè)試。我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，在缸體位置度、高度發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)過視覺檢測(cè)后給出的修正坐標(biāo)，可以精準(zhǔn)地引導(dǎo)機(jī)器人找到了定位孔，這就一下子解決了我們的大問題！”
這樣，高性價(jià)比的康耐視3D視覺解決方案，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中表現(xiàn)出色，一舉解決車間的生產(chǎn)難題。EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠在綜合考量后，就決定采用了康耐視的3D視覺解決方案。

生產(chǎn)效率大幅提高，良品率增至99.4%
在實(shí)際運(yùn)行中，康耐視反復(fù)雕琢其解決方案，不斷優(yōu)化方案細(xì)節(jié)。
1）相機(jī)選型問題：由于機(jī)器人在拍攝位置可以靜止不動(dòng)1秒左右，所以未選用500萬像素的全局快門工業(yè)相機(jī)，而是選擇了卷簾快門1000萬像素相機(jī)，光源由原來的2根藍(lán)色條形光源增加至4根；
2）夾具問題：更改夾具，增加1個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)用來輔助角度矯正并且去掉1個(gè)定位銷；
3）多種型號(hào)工件測(cè)量問題：康耐視請(qǐng)工廠提供“零誤差”工件（就是三坐標(biāo)測(cè)量后基本接近生產(chǎn)圖紙尺寸的工件），分別測(cè)試四種型號(hào)的缸體和四種型號(hào)的缸蓋，尋找特征規(guī)律，找到幾種型號(hào)通用的特征點(diǎn)；
4）光線問題：在相機(jī)和光源整體結(jié)構(gòu)外增加遮光板，既可以屏蔽外界光又可以保證條光的聚集性。
目前，EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠在車間已經(jīng)成功部署了康耐視3D視覺產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人高精度快速抓取發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋，極大提高了生產(chǎn)效率。另外，工廠將節(jié)約下來的5個(gè)工位共計(jì)10位工人，投入到了其他工位。原有工位和新加工位創(chuàng)造的價(jià)值已經(jīng)達(dá)到原有的兩倍之多，整體的生產(chǎn)成本大幅度下降。

缸體引導(dǎo)圖片

“實(shí)際視覺精度超過預(yù)期，降低了對(duì)角度的要求，而且穩(wěn)定的光環(huán)境保證了檢測(cè)效果，現(xiàn)在，四種型號(hào)工件可以通用一個(gè)程序引導(dǎo)機(jī)器人抓取，非常方便車間的生產(chǎn)。”工廠生產(chǎn)負(fù)責(zé)人高興地說道，“而且引導(dǎo)效果穩(wěn)定，自動(dòng)化上料速度遠(yuǎn)超人工上料，缸體磨損基本不再出現(xiàn)，工件良品率從96％提升至99.4％左右。”

視覺檢查在替代傳統(tǒng)人工檢查的時(shí)候，出于對(duì)新技術(shù)的陌生感，人們往往會(huì)對(duì)其可靠性存在疑慮。“生產(chǎn)部門一直覺得視覺檢測(cè)是不穩(wěn)定因素，擔(dān)心會(huì)影響生產(chǎn)。”工廠技術(shù)負(fù)責(zé)人指出，“但是經(jīng)過此次項(xiàng)目，改變了對(duì)視覺檢測(cè)的看法，生產(chǎn)部門對(duì)視覺檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用有了很大的信心！”

現(xiàn)在，EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的視覺引導(dǎo)機(jī)器人抓取工件項(xiàng)目，已經(jīng)成為全廠的經(jīng)典學(xué)習(xí)案例，也順利實(shí)現(xiàn)了今年車間提倡的口號(hào)——“開源節(jié)流合理化建設(shè)，把問題點(diǎn)消除，把不可能實(shí)現(xiàn)！”
“與康耐視合作比較明智的選擇，最打動(dòng)我的是康耐視技術(shù)團(tuán)隊(duì)的專業(yè)性、項(xiàng)目的整體把控能力和對(duì)細(xì)節(jié)的注重。我們沒有想到的一些項(xiàng)目細(xì)節(jié)和問題，他們都能全面考慮和配合上，并提供可行性建 議。”EA211發(fā)動(dòng)機(jī)工廠負(fù)責(zé)人對(duì)康耐視的技術(shù)水準(zhǔn)和服務(wù)質(zhì)量點(diǎn)了大大的贊，“和專業(yè)團(tuán)隊(duì)合作，可以精準(zhǔn)、輕松地完成項(xiàng)目。本次技改完美解決了車間面臨的技術(shù)難題，未來有機(jī)會(huì)我們會(huì)很期待和康耐視的再次攜手合作！”