機器自動化與視覺系統在車燈制造行業的應用

武光澤，袁明月，薛亞峰，朱榮華，蔣敏

(常州星宇車燈股份有限公司,江蘇常州 213000)

0 引言

近年來，隨著工業4.0的推進，機器人在車燈制造行業得到廣泛的應用。除了傳統的工業機器人，協作輔助機器人也應運而生。國家2025計劃已經把中國智造推上日程，圍繞汽車、機械、電子行業的工業機器人的應用，促進了機器人標準化、模塊化發展，擴大了機器人的市場應用。實現機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、視覺系統、傳感器與驅動器等關鍵零部件及系統集成設計制造[1]。

機器視覺作為自動化界高智能化產品，未來具有巨大的發展潛力。汽車行業的驅動器和車燈制造廠商過去幾年正在采購大量自動化設備取代人工，以應對中國愈演愈烈的缺工現象，未來幾年這一現象將達到高潮。國內一流的車燈制造商紛紛選擇提高自動化程度，集成機器人和機器視覺的應用成為自動化生產線不可獲取的主流技術[2]。

1 機器視覺系統概述

機器視覺系統是利用機器代替人眼作各種測量和判斷[3]。它是計算機學科的一個重要分支，綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領域。圖像處理和模式識別等技術的快速發展，也大大地推動了機器視覺的發展。

視覺系統與機器人集成，完成檢測、識別、定位、抓取、測量等一系列工作，具有穩定可靠、長期工作、速度快、精度高等特點。

2 自動化領域中機器人和機器視覺的應用案例

(1)機器視覺引導機器人完成蓋板自動上料

該視覺系統用于FE-6驅動器自動線的蓋板上料工位，通過康耐視相機完成了蓋板的糾正，引導UR機器人完成自動上料，精度達到±0.1 mm，節拍20 s。

蓋板放置在料盒工裝內，固定在自動線工作臺面。相機和光源通過工裝固定在拍照點下方的臺面上，相機向上拍照，光源向上照射。料盒里面放置70片蓋板，料盒下方有4個光電傳感器，放料點側方安裝一個光電傳感器。UR機器人通過I/O通信接受傳感器的信號，按先后順序從有料的儲料盒吸取蓋板。機器人給PLC發信號，PLC觸發吸盤工裝將蓋板吸起來，移動到光源和相機上方。機器人到達拍照點后，觸發智能相機拍照。智能相機通過照片和標準圖片對比，計算出X、Y、角度偏差，把偏差值傳送給UR機器人。UR機器人接受智能相機信號后移動到上料等待點，準備接受上料信號。臺達機器人帶動鎖付系統完成殼體內PCB板的2顆螺釘鎖付，PLC觸發UR機器人上蓋板，UR機器人將上蓋板完成信號傳給PLC后，臺達機器人鎖最后2個螺絲，PLC觸發UR機器人完成成品下料。圖1為機器視覺引導機器人上料。

圖1 機器視覺引導機器人上料

圖2為標準圖片和機器視覺效果對比。該機器視覺引導的定位抓取系統，通過相機抓取的蓋板照片與標準圖片對比，計算蓋板X、Y、角度偏差。其中X、Y向差值通過單位換算，對應機器人坐標系中的X、Y向的移動補償值；角度值不需要換算，直接對應機器人坐標系中的Z軸轉動角度值。同時對蓋板的特征點進行判斷，如果蓋板抓取錯誤或偏差超出范圍，則給機器人NG下料信號。通過以上步驟，即可完成對來料蓋板的識別和糾正。

圖2 視覺效果圖

(2)機器視覺引導三軸機械手完成涂膠檢測

搭載點膠系統的直角坐標檢測平臺[4]，滿足工廠自動化線和手動線的點膠工位需求，實現高速精準的運動控制，智能檢測視覺系統避免涂膠不合格品流出。該平臺不僅可以用于涂膠、檢測，還可以用于視覺引導螺絲機打螺絲。它通用性高、集成簡單，可以廣泛用于電子工廠生產線。其中三軸控制器采用臺達的MH1控制器，可用于與多種模塊通信，也可將涂膠面積、涂膠位置、螺絲扭矩等數據實時傳輸給PC端，完成數據采集和分析。智能視覺點膠系統如圖3所示。

圖3 智能視覺點膠系統

運動精度可以達到0.01～0.03 mm，在X軸、Y軸、Z軸的運動最遠可分別達到500、400、300 mm，視覺檢測精度可以達到15像素。

該平臺以X、Y、Z三軸直角坐標系統為基本模型，以伺服電機驅動的單軸機械臂為基本運動單元，通過相機對涂膠結果做視覺檢測：

①X、Y、Z三軸。三軸采用KK86系列模組，設計及安裝容易，絲桿和線性滑軌結合在一起，精度高、安裝快、鋼性高、節省空間。

②電機及驅動器。采用ECMA系列電機搭配ASDA系列交流伺服驅動器，其中控制Z軸的電機帶剎車功能，精度可以控制在0.01～0.03 mm。

③視覺系統。選用DMV系列視覺系統，操作界面人性化，編程方便。支持I/O以太網，RS232、RS485通信接口，可實現多功能檢測任務運行處理。

(3)視覺測量系統

零件尺寸檢測平臺，采用智能相機方案，不同零件選擇不同的測試程序，即可完成多個參數的自動測試、數據記錄，尺寸測量系統如圖4所示，圖5為尺寸測量效果圖。

圖4 尺寸測量系統

圖5 尺寸測量圖

檢測內容包括孔徑、孔與孔之間的距離、孔到邊的距離、邊到邊的距離。檢測范圍為130 mm×130 mm，檢測精度可以達到±0.1 mm。

可以滿足大部分驅動器、蓋板、螺孔的尺寸檢測，保證了現有驅動器來料的孔距、邊緣尺寸的一致性，為自動化的裝配保證了來料的質量。尺寸檢測還可以應用在自動線體系中，通過相機把產品的合格、NG數據傳輸給PLC，保證了總裝驅動器的產品質量，并且具有數據追溯功能，可以在后期集成MES系統，實時將信息傳送給客戶端。

3 總結

機械自動化已經打破了傳統的生產模式，工業自動化離不開工業機器人、模組機器人、協作機器人的應用。

機器視覺系統與人類視覺系統類似，可以快速獲取大量信息，適應各種惡劣環境，處理分析數據，滿足自動化生產線無人化的要求。機器視覺就像人的眼睛，能夠引導自己的手臂完成指定程度的動作，使得機器人在車燈自動化生產領域中得到廣泛運用。這不僅解放了社會勞動力，降低了日益升高的人工成本，而且提升了生產效率，提高了產品合格率和產品一致性。

隨著機器視覺集成機器人系統研究的日漸成熟，機器人和機器視覺的集成將會更好地為人類社會發展做出貢獻。