智能相機及傳感器在動力總成裝配防錯中的應用

陳鑫 李輝 盧從堅 經偉明 姜松伶

柳州賽克科技發展有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

2021年，全國汽車銷量累計達到2630萬輛，同比增長4%，汽車制造業正在蓬勃發展中，產銷量的增加會給車企帶來不可預知的售后質量隱患，而作為有汽車心臟之稱的動力總成，更不可出現質量事故，輕則拋錨，重則車毀人亡。所謂防患于未然，發動機制造過程中的質量監控尤為重要。制造業的迅猛發展，導致防錯設備的需求與日俱增，制造業帶動了智能視覺防錯設備及傳感器的更新迭代，智能相機、光電傳感器、視覺系統等等防錯裝置層出不窮，應用于動力總成裝配過程質量監控中，能有效提高發動機制造質量，預防質量問題逃逸。

2 發動機密封膠智能視覺系統防錯

發動機總成由多個零件裝配而成，但每一個零件的配合都必須嚴絲合縫，發動機是一個密封的整體，型體較大的零件，如前蓋、油底殼、凸輪軸罩蓋等殼體件與缸體的配合，一般由密封硅膠來保證零件配合面的密封性，防止發動機在運行工況下出現機油泄漏。

發動機的零件配合面涂膠走勢并非一個完整的幾何圖形，傳統檢測方式依靠人工目視檢查，使用游標卡尺測量膠寬，不僅效率低下且存在較高誤判率，長期人工檢查會增加制造成本及生產節拍。

筆者所在發動機工廠某涂膠站采用康耐視CAM-CIC-5000R-14-G型號工業相機搭配COG-VC5-120-000視覺控制器的智能視覺系統，能很好識別膠線走勢，若在車間環境光線較暗情況下，對比度不明顯，可配合Betterway品牌BWTX30500X29R6W-24V-BC型號相機燈，燈光閃爍瞬間相機拍照，即可形成如圖1的二維圖像，智能視覺系統內置膠線識別程序，可根據涂膠工藝要求進行圖像示教，設置不同參數及閾值，識別各個位置的密封膠，有效識別涂膠寬度、膠線走勢、斷膠等多個問題。智能視覺系統相比傳統方法檢測涂膠質量，大大降低了誤判率，既可細微入至識別細小缺陷，又能降低生產節拍，從拍照檢測判斷再將信號與PLC進行交互，過程不超過10s，高效把控發動機密封質量。

圖1 智能視覺系統形成二維圖像

2.1 智能視覺系統運行常見問題

工業4.0時代制造業自動化率普遍提升，智能制造是每一個工廠的追求，但自動設備并非完美無缺，偶發故障不可避免，智能視覺系統也一樣存在影響運行的問題。

根據筆者工廠智能相機工位運行經驗，以下問題需重點關注：

①相機誤判率；視覺系統存在一定誤判率，為避免因誤判導致生產中斷，前期防錯規劃及調試需收集大量圖片樣本，包括合格及不合格圖片，持續示教相機以提高合格率；

②相機與PLC交互問題；相機拍照判斷合格，但信號傳輸至PLC顯示不合格，或PLC發送拍照指令但相機不執行等問題，會導致生產中斷，建議相機安調過程注重交互程序邏輯合理性，并備份程序，預防設備運行過程程序缺失導致交互中斷，可立即恢復備份程序；

③工控機影響相機運行；工控機存儲相機程序，不建議與多個相機共用，避免程序調用過程出現不可預知錯誤，可增加顯示屏，便于程序調試；

④圖像存儲；相機若監控多個點位，或多個相機同時運行，需各自單獨保存文件夾區分OK及NG圖片，并關聯發動機EUN碼，便于區分故障圖像，進行程序優化；

⑤相機外設；工廠光線對相機運行有一定影響，建議增加暗箱將光線調試至相機最佳狀態；相機及暗箱不可安裝在設備支架或托盤輥道，避免晃動影響程序判斷，獨立支架安裝外設是最佳選擇。

流程1 涂膠工位相機運行模式

3 發動機標簽碼與缸體碼防錯

一輛汽車由成千上百的零件組裝而成，為了對汽車的零部件進行精確追溯，重要零部件都有唯一的編碼，在裝配過程會把這個編碼與整車車架號綁定，車企通過車架號即可查詢到所有重要零部件的精確編號。汽車零部件中最重要的就是發動機總成，一旦裝配出廠，就不可隨意更換，私自更換發動機，更改汽車動力后不進行備案是違法行為，所以發動機對于汽車具有唯一性，而是否為原廠發動機只能靠發動機編碼來識別。

發動機缸體刻印有一個具有唯一性的編碼，在出廠前會額外打印黑色及白色標簽，標簽碼與缸體碼一致，用于整車裝配掃碼綁定及銷售隨車查詢。因涉及法律法規要求，發動機標簽編碼與缸體碼的字符必須完全一致，人工目視檢查難免發生錯漏，此時就需引入一個智能視覺系統識別字符。

3.1 智能視覺系統字符識別

康耐視XMIS8200是一套優秀的智能視覺系統，通過收集字庫示教相機，足以應對各種字符的識別判定。XMIS8200將整套完全獨立的視覺系統精密壓縮在極小空間內，完全適應生產線的緊湊結構，可在較小空間內完成相機布局，可自動識別缸體碼，工作臺人工操作按鈕識別激光打印的標簽碼，如圖2及圖3。

圖2 智能系統識別缸體碼

圖3 智能系統識別標簽碼

智能視覺系統采集以上3種圖片并識別字符后，內置程序自動核對字符一致性，若字符均一致，則判定合格，完成三碼一致防錯，合格信號傳遞至PLC放行發動機，保證發動機合法合規性。

3.2 字庫收集示教

智能視覺系統出廠具有圖片采集功能，但不能直接識別字符，需要收集數據進行調試示教，康耐視XMIS8200智能視覺系統在前期調試階段需進行字符字庫收集，針對發動機缸體碼及標簽碼字符數量，同時涵蓋大寫字母及阿拉伯數字的情況下，需收集約400臺量發動機的標簽碼字符，收錄于相機內置程序中作為字庫依據，以此示教程序識別字符。程序示教完成后，每一臺發動機缸體碼及標簽碼由相機拍照記錄，程序自動調取字庫校核圖像中的字符，識別出缸體碼、標簽碼后進行對比判定。

4 光電傳感器在連桿配對中的應用

發動機連桿與連桿蓋在安裝軸瓦前需進行震斷處理，此過程造成的斷裂缺口具有唯一配對性，若兩個連桿混裝連桿蓋，則會造成軸瓦與曲軸不貼合，發動機運行工況下輕則頂氣門，重則引發爆缸故障。因此連桿與連桿蓋在裝配過程的配對尤為重要，此處介紹一款簡單實用的光電傳感器作為配對防錯裝置——邦納S18-2VNFF150-Q8型號光電開關。

邦納S18-2VNFF150-Q8利用光束發射與接收判斷操作員工是否拿起相配對的連桿蓋與連桿，發動機包含4套連桿，共有8個連桿零件，筆者工廠通過非標設計，將8個光電傳感器集成布置在工作臺，分別感應一個零件，拿取傳感器感應的連桿蓋進行裝配就必須拿取其相匹配的連桿，若拿取另一連桿，則光電傳感器信號傳遞至PLC判斷拿取錯誤，可連接蜂鳴器或指示燈提醒員工操作有誤，達到防錯效果。

圖4 字符字庫收集

圖5 光電傳感器

5 其它智能視覺系統及傳感器防錯案例

發動機零部件眾多，防錯裝置應用也多種多樣，除以上列舉防錯案例外，以下零件也可配置智能視覺系統及傳感器進行防錯判定：

①進排氣凸輪軸鏈輪防錯；發動機裝配過程進排氣鏈輪不可裝反，裝反則進排氣凸輪軸相位混亂，無法精準控制氣門開啟及關閉，鏈輪防錯可采用邦納IVU2PTCW08智能視覺相機，對鏈輪區分標識進行識別，達到裝配防錯效果；

②發動機氣門間隙檢測防錯；采用機械挺柱的發動機需進行氣門間隙檢測，一般使用卡鉗式氣門檢測工裝，更換位置測量8組氣門間隙，但若未移動卡鉗進行測量，存在漏測風險，可使用邦納Q4X激光傳感器對卡鉗進行定位，每一組氣門間隙測量位置設置一個傳感器進行防錯；

③機油泵墊片及油底殼墊片裝配防錯；部分發動機的油底殼和機油泵設計有密封墊片，人工安裝后依靠目視檢查不易發現安裝錯位，也存在漏裝風險，可采用邦納IVU2PTCW12智能視覺相機，識別墊片無漏裝且安裝在正確位置；

④高壓油泵滾子挺柱漏裝防錯；高壓直噴發動機油泵下設計有油泵滾子挺柱，此零件在裝配油泵后無法目視檢查，可在裝配過程采用邦納Q4XTKLAF600-Q8激光傳感器，通過激光測距識別已裝配油泵滾子挺柱；

⑤凸輪軸軸承蓋防錯；未采用一體式凸輪軸罩蓋的發動機設計有固定凸輪軸的凸輪軸軸承蓋，以四缸機為例，共有10個軸承蓋需依次按順序安裝，人工安裝存在混裝風險，可采用康耐視XMC5000R14型號智能視覺系統進行軸承蓋字符標記識別，以達到防錯效果。

圖6 油底殼墊片及鏈輪智能系統相機識別

6 結語

制造業應秉承“質量三不”原則把控制造過程質量，制造出工藝精湛、客戶滿意的產品，本文所論述的各項防錯實例，適用于裝配過程防錯，使產線自動化、智能化，防止質量缺陷逃逸，打造高質量動力總成，助力制造質量發展。