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2021-04-12

機器視覺系統在汽車發動機裝配線上的應用

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機器視覺系統在汽車發動機裝配線上的應用

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關于視覺相機

     機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷,機器視覺系統是指通過機器視覺産品(即圖像攝取裝置,分CMOS和CDD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統,根據像素分布和亮度、顔色等信息,轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,進而根據比較結果來控制現場的設備動作。

 

人們運用機器視覺系統是爲了提高生産的産品質量和生産線自動化程度,尤其在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人眼難以滿足要求的場合,同時在大批量工業生産過程中,用人工視覺檢查産品質量效率和生産的自動化程度。而且機器視覺易于實現信息集成,是實現計算機集成制造的基礎技術。與機器視覺關聯的學科有圖像處理、計算機圖形學、模式識別、人工智能、人工神經元網絡等。

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視覺相機系統

       以一款机器视觉系统为例,其属于嵌入式视觉系统,分为VS100系列和VS700系列。VS100系列是专用型视觉产品,SIMATIC VS 100 系列视觉系统用于特定的图像处理任务。SIMATIC VS 110 用于轮廓检测;SIMATIC VS 120 用于目标查找和搜索;SIMATIC VS  130 适合二维码的检测。

 

SIMATIC VS 700 系列通用视觉系统主要用于生产过程中的质量检测和质量控制。这种通用系统可以通过编程完成图像采集、图像处理、负载驱动以及联网通讯(通过PROFIBUS或工业以太网)等功能,非常适宜于在一个测试循环中完成许多的测试任务。新型VS720生产线专门用于处理更为复杂的任务,比如图像捕捉、图像加工、最终结果的生成以及通讯都是结合在一个紧凑的过程中的,是在一个检测周期进行几种检测任务的理想方案。

 

VS721 CMOS 和 VS722基本型代表了适用于大批常规任务、较为经济的解决方案。而带有CMOS摄像头的VS721,特别适用于精度要求不是非常高而价格比较经济的场合。VS732是一台用于高速摄影的摄像机,例如包装技术领域,以及众多需要执行性能检测任务的领域,例如表面检测。VS724是高分辨传感器,提供高达130万像素,能拍摄非常详细的图像,因此非常适合需要高精度的检测任务。VS725彩色传感器系统具备分析色彩和检测特定色彩值的能力,因此可以通过彩色码,安全、可靠的区分零部件,检测标签的打印色或是识别胶珠。

 

VS720系列中的傳感器提供一個集成以太網接口和8個可自由配置的數字輸入、輸出端。攝像機可以很容易地通過以太網連接到網絡上,並接受幾乎任何一台PC機的訪問,因此極大的簡化了設備的維護和診斷。VS鏈接接口模塊可以在一台監視器顯示幾個攝像機所拍攝的圖像。也可以通過PROFIBUS與鏈接模塊相連,這樣可以省去用做監測功能的另外的PC機。而且,由工業以太網提供的寬帶,能使質量數據和故障圖像快速在外部設備上做備份。

 

作爲VS720系列傳感器的組態軟件SPECTATION提供了多種檢測功能算法,通過非常友好的界面來建立定制圖像處理解決方案,當無視覺傳感器在線連接時,也可以使用仿真器來進行組態。

 

 

03

工藝描述

在某汽車發動機合資生産廠擴容新建的裝配車間中,爲了確保産品質量,決定采用VS722來實現發動機缸體號碼打刻質量的自動檢測和發動機裝配完成後的外觀檢查。

 

1、缸體打刻號碼檢查工位

缸體打刻號碼檢查工位位于缸體標簽打刻工位的後面,主要功能是通過VS722拍照檢查缸體標簽打刻的質量和號碼正確與否。缸體共有量大系列:FR(打刻面在右邊)系列,共有97種不同的型號,在本工位需要系統自動讀取被檢測缸體的型號,以便進行比較。

 

2、總成後的發動機外觀檢查工位

發動機外觀檢查工位位于外裝線的線尾端,在發動機裝配完成之後,利用5個VS722傳感器分別從頂部和左右兩側拍照檢查,在左右兩側各裝兩個傳感器,工件進入工位之後通過定位擡起首先進行信號識別,然後開始拍照,然後再旋轉90度再次拍照。這樣保證發動機的前後左右四個方向都能檢查到。

總共有97種型號的發動機,每種發動機的檢查項目大致有:放水塞是否漏裝,發動機吊鈎是否漏裝、機油尺是否漏裝、通氣軟管漏裝、出水接頭誤裝、隔熱罩螺栓漏裝、機油冷卻軟管是否漏裝、氧傳感器是否誤裝(線束黑色或灰色)等。

 

3、系統工作原理

VS722與PLC之間的數據傳遞可以通過三種方式:

VS722提供了8DI/DO的硬件接口,可以與PLC硬件連接實現拍照觸發指令,結果返回等簡單的數據傳遞。

通过PROFIBUS或以太网实现VS722与PLC之间简单通讯,这种通讯方式使用标准通讯功能块FC72,通过VS link 用PROFIBUS总线方式能实现28K字节的通讯,通过以太网可以实现60K字节的通讯。在这次应用中VS722和PLC之间的通讯就是通过这种方式实现的。

 

如果數據通訊要求更高可以選擇增強型通訊,通過PROFIBUS可以用背景腳本映射虛擬I/O的方式來實現;如果要用以太網來實現增強型數據通訊,可以選用兩種驅動模式:系統/數據連接驅動和背景腳本觸發。

總之,VS722提供的通訊方式非常靈活方便,在實際應用中要根據數據通訊量、實時反饋速度要求、項目成本等實際情況來選用合適的通訊方式。

 

4、缸體打刻號碼的識別

缸體打刻檢查控制系統由主控PLC、VS722、ELS、TP170B以及RFID讀寫識別系統構成。VS722與PLC的信息傳遞通過以太網實現。

 

進入工位的缸體攜帶M/P存儲卡,卡中存有缸體號碼信息,PLC通過串口利用RFID讀寫器從存儲卡中讀取號碼信息,並在觸摸屏TP170B上顯示出來。PLC通過讀取的號碼信息判斷是需要啓動左邊或者右邊的傳感器進行拍照,顯示了拍照的實物圖像,VS722完成拍照後馬上進行字符識別。

 

爲實現號碼的識別,需要在SPECTATION軟件中進行編程,創建一個PRODUCT下載至VS722中,在PRODUCT裏定義了16個OCR軟傳感器。

 

5、發動機零部件錯裝漏裝的實現

發動機外觀檢查工位由主控PLC(CPU313-PtP),VS711,ELS以及用戶指定的OMRON的RFID讀寫系統構成。VS722與PLC的信息傳遞通過以太網實現。監控計算機的上位軟件采用WINCC。

 

發動機工件進入工位,定位擡起上升到位後開始拍照,每個傳感器對比檢查不同的部件,如果發現有工件與標准圖像不同將發出預警,同時WINCC畫面上將不合格項對應的圖片自動彈出。由于已將VS722拍攝的圖像顯示畫面集成在WINCC軟件中,如果出現不合格項將自動捕捉實時畫面,由操作人員根據畫面或實物進行最終檢查確認。

 

对于发动机零部件错装漏装的检查,SPECTATION提供了下列软传感器,特征值(Feature Count)、边沿技术(Edge Count)目标发现(Object Find)、模块匹配(Template Match),计算工具(Math Tools)。针对不同的检查部位,根据不同的图像特征选择合适的软传感器进行检测。

04

總結

      在此次项目的实施过程中,我们深深体会到,如果要让机器视觉系统发挥最佳效果,有三个基本要素缺一不可:選擇合適的光源,設計理想的機械結構,對視覺傳感器正確合理的編程

 

      在VS722使用在该发动机之前,所有的相关检测都需要设置人工工位由工人肉眼来完成,由于工作量大,内容枯燥,非常容易出现人为错判,漏判的现象,由此出现的质量事件曾经给用户造成很大的负面影响。此次采用机器视觉系统后取消了相关的人工岗位,大大提高了工作效率,并保证了产品质量,取得了良好的经济和社会效益。


 

轉載自

汽車制造網

 

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