目前在汽車(chē)和卡車(chē)中使用的大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體采用砂型鑄造工藝制造，該工藝涉及將熔融金屬澆注到砂模中。完成鑄造后，將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體冷卻，然后進(jìn)一步加工以去除表面缺陷。

 

圖1：一家大型汽車(chē)供應(yīng)商正在使用配備了機(jī)器人視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的定制自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)缸體是否存在缺陷。

 

完成機(jī)械加工步驟后，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行檢查，檢測(cè)缸體加工面上是否存在缺陷，例如劃痕等。

此外，系統(tǒng)必須確保能夠檢查鉆孔和冷卻劑通道中是否存在螺紋，并檢查是否有鑄造過(guò)程中的氣體和污染物造成的空隙或孔（孔隙效應(yīng)）。

還需要在同一個(gè)檢查站讀取缸體上打印或激光標(biāo)記的條形碼或字母數(shù)字組合數(shù)據(jù)，然后才能進(jìn)入下一階段的裝配過(guò)程。

 

這是一家為母公司和其他汽車(chē)制造商供應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的大型汽車(chē)制造商所面臨的任務(wù)。為了完成發(fā)動(dòng)機(jī)缸體檢查任務(wù)，該公司與Harry Major Machine公司簽訂了分包合同，建立一條配備機(jī)器人視覺(jué)檢查系統(tǒng)的定制自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)（見(jiàn)圖1）。

 

與許多此類(lèi)系統(tǒng)一樣，機(jī)械工程和機(jī)器人視覺(jué)的結(jié)合，使得這種系統(tǒng)獨(dú)一無(wú)二。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體完成最后的加工并進(jìn)入系統(tǒng)傳送帶時(shí)，通過(guò)與工廠(chǎng)的可編程邏輯控制器（PLC）連接的接近開(kāi)關(guān)，在視覺(jué)站檢查到它們的存在。該P(yáng)LC驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)提升機(jī)構(gòu)（圖1中顯示的紅色部分），將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體（未顯示）提升到輸送機(jī)上方。

由于不要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的平底面進(jìn)行檢查，所以?xún)H需檢查頂部的氣缸蓋表面和缸體四周的側(cè)面。這可以通過(guò)具有視覺(jué)功能的機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)，機(jī)器人能夠圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的四個(gè)側(cè)面移動(dòng)，保持缸體在生產(chǎn)線(xiàn)上靜止不動(dòng)。然而，為了生產(chǎn)出低成本高效益的系統(tǒng)，Harry Major Machine的工程師決定將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體旋轉(zhuǎn)180°，這樣就可以使用低價(jià)的Fanuc LR Mate 200iD來(lái)完成相同的任務(wù)。

自動(dòng)化檢查

為了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行自動(dòng)化檢查，需要為L(zhǎng)R Mate 200iD機(jī)器人配備兩個(gè)相機(jī)系統(tǒng)。由于Harry Major Machine的專(zhuān)家正在為汽車(chē)制造商建立自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)，該公司與Leoni Engineering Products & Services公司簽訂了分包合同，合同任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)能夠檢查發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)。

 

圖2：雖然可以使用寬視場(chǎng)（FOV）相機(jī)檢查孔隙區(qū)域、并檢查是否存在塞和鉆孔內(nèi)的螺紋，但需要較高的分辨率來(lái)捕獲缸體上的條形碼和凸起點(diǎn)噴字母數(shù)字。從圖1中可以看出機(jī)器人上裝配的相機(jī)。

 

雖然可以使用寬視場(chǎng)（FOV）相機(jī)檢查孔隙區(qū)域、并檢查是否存在塞和鉆孔內(nèi)的螺紋，但需要較高的分辨率來(lái)捕獲缸體上的條形碼和凸起點(diǎn)噴字母數(shù)字（見(jiàn)圖2）。

 

為了獲取孔隙區(qū)域的圖像，使用配備Edmund Optics 8.5mm鏡頭的康耐視In-Sight 7802智能相機(jī)，將其安裝在LR Mate 200iD機(jī)器人上。為了高亮顯示發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的缺陷，將Smart Vision Lights光源的平面漫射光耦合到相機(jī)。通過(guò)使用這種較小波長(zhǎng)的光線(xiàn)，并將8.5mm鏡頭與Midwest Optical Systems公司的藍(lán)色帶通濾光片相結(jié)合，可以看出劃痕等缺陷的對(duì)比，并且可以更有效地捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的任何空隙和孔。

 

圖3：由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的尺寸非常大，因此機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)需要穿過(guò)預(yù)編程的路徑，以獲取需要檢查的突出部件的圖像。

 

為了獲取發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的激光蝕刻和點(diǎn)噴標(biāo)記的圖像，需要較高分辨率的成像。再一次，使用安裝在LR Mate 200iD上的康耐視In-Sight 7802智能相機(jī)來(lái)獲取代碼的圖像，但該智能相機(jī)配備了Edmund Optics的16mm鏡頭，以獲得所需的更精細(xì)的細(xì)節(jié)。16mm鏡頭不是使用平面漫射光來(lái)照亮字母數(shù)字和條形碼，而是配備了Smart Vision Lights的RM75藍(lán)色LED環(huán)形燈。這樣允許以部分明場(chǎng)/暗場(chǎng)模式使用光源，一旦16mm鏡頭配備藍(lán)色帶通濾光片，字母數(shù)字和2D條形碼的對(duì)比度將變得更加明顯。

機(jī)器人和視覺(jué)

在操作中，圖像表面、螺紋孔、字母數(shù)字和二維條碼的檢查分兩個(gè)階段進(jìn)行。在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體升高到位后，捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)缸體頂部和最近的兩個(gè)側(cè)面的圖像。捕獲到這些圖像后，將缸體旋轉(zhuǎn)180°再捕獲剩余兩側(cè)的圖像。然后使用安裝在兩個(gè)In-Sight 7802智能相機(jī)中的In-Sight Explorer軟件分析這些圖像。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的尺寸非常大，因此機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)需要穿過(guò)預(yù)編程的路徑，以捕獲需要檢查的突出部件的圖像（見(jiàn)圖3）。這包括檢查缸體表面是否有劃痕和孔隙缺陷、檢查安裝孔中是否有螺紋、是否有密封塞，并讀取打印在零件上的二維碼以及人類(lèi)可讀代碼。在圖3中，可以在圖像的中心看到要查找的密封塞，而在上部中心可以看到字母數(shù)字和二維碼。

 

當(dāng)視覺(jué)系統(tǒng)在缸體的表面上方移動(dòng)時(shí)，由相機(jī)系統(tǒng)捕獲圖像。但是，沒(méi)有必要處理整幅圖像，因?yàn)橹恍枰治鰣D像中的特定區(qū)域。

 

圖4：對(duì)于任何孔隙缺陷，可能只需要分析圖像的一部分。為此，首先將機(jī)器人移動(dòng)到特定的已知位置，并捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的一個(gè)區(qū)域的圖像（a）。然后使用預(yù)編程的方式隔離需要檢查的區(qū)域（以紅色顯示）（b）。

 

例如，對(duì)于任何孔隙缺陷，可能只需要分析圖像的一部分。為此，首先將機(jī)器人移動(dòng)到特定的已知位置并捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的一個(gè)區(qū)域的圖像（見(jiàn)圖4a）。然后使用預(yù)編程的方式隔離需要檢查的區(qū)域（見(jiàn)圖4b）。這些區(qū)域是針對(duì)每個(gè)具體的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體手動(dòng)預(yù)編程的，之后系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。

 

在圖4b中，要檢查的區(qū)域以紅色突出顯示。為了檢查孔隙缺陷，使用配有8.5mm鏡頭和平面漫射光源的In-Sight 7802智能相機(jī)捕獲圖像。然后使用在In-Sight 7802相機(jī)中運(yùn)行的康耐視In-Sight blob finder工具來(lái)分析圖像。

類(lèi)似地，為了檢查零件的鉆孔中是否存在螺紋，同樣使用了康耐視PatMax視覺(jué)工具。然后使用配有16mm透鏡和環(huán)形燈的In-Sight 7802智能相機(jī)讀取字母數(shù)字和點(diǎn)噴數(shù)據(jù)，在智能相機(jī)中運(yùn)行康耐視2DMax二維碼讀取器和讀取字母數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的OCR/OCV工具。

然后，將檢查任務(wù)的結(jié)果通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)较到y(tǒng)的PLC中。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體通過(guò)所有檢查任務(wù)后，可以繼續(xù)在輸送機(jī)上輸送到下一個(gè)裝配站。如果發(fā)現(xiàn)任何缺陷，則將二維碼發(fā)動(dòng)機(jī)缸體轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的工位進(jìn)行再加工。

目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在汽車(chē)制造商處運(yùn)行，用于檢查發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的機(jī)加工表面上小至0.8mm的缺陷，并驗(yàn)證是否存在螺紋孔和芯塞。系統(tǒng)還以72秒的周期測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上軸承蓋的定位，并驗(yàn)證缸體上的字母數(shù)字和二維碼。