機(jī)器視覺系統(tǒng)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上的應(yīng)用

1 機(jī)器視覺簡(jiǎn)介

機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)比較結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

人們運(yùn)用機(jī)器視覺系統(tǒng)是為了提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線自動(dòng)化程度，尤其在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人眼難以滿足要求的場(chǎng)合，同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。與機(jī)器視覺關(guān)聯(lián)的學(xué)科有圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。

2 西門子機(jī)器視覺系統(tǒng)

西門子機(jī)器視覺系統(tǒng)屬于嵌入式視覺系統(tǒng)，分為VS100系列和VS700系列。VS100系列是專用型視覺產(chǎn)品，SIMATIC VS 100 系列視覺系統(tǒng)用于特定的圖像處理任務(wù)。SIMATIC VS 110用于輪廓檢測(cè);SIMATIC VS 120用于目標(biāo)查找和搜索;SIMATIC VS 130適合二維碼的檢測(cè)。

SIMATIC VS 700 系列通用視覺系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制。這種通用系統(tǒng)可以通過編程完成圖像采集、圖像處理、負(fù)載驅(qū)動(dòng)以及聯(lián)網(wǎng)通訊(通過PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng))等功能，非常適宜于在一個(gè)測(cè)試循環(huán)中完成許多的測(cè)試任務(wù)。新型VS720生產(chǎn)線專門用于處理更為復(fù)雜的任務(wù)，比如圖像捕捉、圖像加工、最終結(jié)果的生成以及通信都是結(jié)合在一個(gè)緊湊的過程中的，是在一個(gè)檢測(cè)周期進(jìn)行幾種檢測(cè)任務(wù)的理想方案。

VS721 CMOS和VS722基本型代表了適用于大批常規(guī)任務(wù)、較為經(jīng)濟(jì)的解決方案。而帶有CMOS攝像頭的VS721，特別適用于精度要求不是非常高而價(jià)格比較經(jīng)濟(jì)的場(chǎng)合。VS723是一臺(tái)用于高速攝影的攝像機(jī)，例如包裝技術(shù)領(lǐng)域，以及眾多需要執(zhí)行性能檢測(cè)任務(wù)的領(lǐng)域，例如表面檢測(cè)。VS724是高分辨率傳感器，提供高達(dá)130萬像素，能拍攝非常詳細(xì)的圖像，因此非常適合需要高精度的檢測(cè)任務(wù)。VS725彩色傳感器系統(tǒng)具備分析色彩和檢測(cè)特定色彩值的能力，因此可以通過彩色碼，安全、可靠地區(qū)分零部件，檢測(cè)標(biāo)簽的打印色或是識(shí)別膠珠。

VS720系列中的傳感器提供1個(gè)集成以太網(wǎng)接口和8個(gè)可自由配置的數(shù)字輸入、輸出端。攝像機(jī)可以很容易地通過以太網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，并接受幾乎任何一臺(tái)PC機(jī)的訪問，因此極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備的維護(hù)和診斷。VS鏈接接口模塊可以在一臺(tái)監(jiān)視器顯示幾個(gè)攝像機(jī)所拍攝的圖像。也可以通過PROFIBUS與連接模塊相連，這樣可以省去用做監(jiān)測(cè)功能的另外的PC機(jī)。而且，由工業(yè)以太網(wǎng)提供的帶寬，能使質(zhì)量數(shù)據(jù)和故障圖像快速在外部設(shè)備上做備份。

作為VS720系列傳感器的組態(tài)軟件SPECTATION提供了多種檢測(cè)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(dāng)無視覺傳感器在線連接時(shí)，也可以使用仿真器來進(jìn)行組態(tài)。

3 工藝描述

在某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)合資生產(chǎn)廠擴(kuò)容新建的裝配車間中，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，決定采用VS722來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體號(hào)碼打刻質(zhì)量的自動(dòng)檢測(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成后的外觀檢查。

3.1 缸體打刻號(hào)碼檢查工位

缸體打刻號(hào)碼檢查工位位于缸體標(biāo)簽打刻工位的后面，主要功能是通過VS722拍照檢查缸體標(biāo)簽打刻的質(zhì)量和號(hào)碼正確與否。缸體共有兩大系列：FR(打刻面在左邊)和FF(打刻面在右邊)系列，共有97種不同的型號(hào)，在本工位需要系統(tǒng)自動(dòng)讀取被檢測(cè)缸體的型號(hào)，以便進(jìn)行比較。

3.2 總成后的發(fā)動(dòng)機(jī)外觀檢查工位

發(fā)動(dòng)機(jī)外觀檢查工位位于外裝線的線尾端，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成之后，利用五個(gè)VS722傳感器分別從頂部和左右兩側(cè)拍照檢查，在左右兩側(cè)各裝兩個(gè)傳感器，工件進(jìn)入工位之后通過定位抬起首先進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，然后開始拍照，然后再旋轉(zhuǎn)90度再次拍照。這樣保證將發(fā)動(dòng)機(jī)的前后左右四個(gè)方向都能檢查到。

總共有97種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，每種發(fā)動(dòng)機(jī)的檢查項(xiàng)目大致有：放水塞是否漏裝, 發(fā)動(dòng)機(jī)吊鉤是否漏裝, 機(jī)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(jī)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。