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康耐視3D視覺軟件:實現機器人對汽車發動機缸體的高效精確抓取

2021-11-08 12:09:54·  來源:汽車制造網
 
客戶:一汽大眾EA211發動機廠 行業:汽車(汽車發動機) 解決方案:VisionPro 視覺軟件3D版挑戰 ? 人工上料方式影響生產節拍,存在質量隱患; ? 視覺系統要能實現用一個程序引導機器人快速精準抓取多種型號的工件; ? 抓取夾具設計的
客戶:一汽大眾EA211發動機廠
行業:汽車(汽車發動機)
解決方案:VisionPro 視覺軟件3D版

挑戰
? 人工上料方式影響生產節拍,存在質量隱患;
? 視覺系統要能實現用一個程序引導機器人快速精準抓取多種型號的工件;
? 抓取夾具設計的是三面六個定位銷,視覺系統要能滿足三個方向的角度要求。
? 視覺系統精度在0.3mm,需要克服現場環境光的不利影響。

效果
? 實現了上料工位的自動化,替代10位人工,良品率提升;
? 四種型號工件可以通用一個程序,引導機器人高精度快速抓??;
? 增加1個機械結構用來輔助角度矯正,并去掉1個定位銷,對角度要求降低;
? 實際視覺精度超過預期,穩定的光環境保證了檢測效果;

一汽-大眾長春發動機傳動器工廠(EA211發動機工廠)位于吉林省長春市,該工廠于2016年全面建成和投產后,進一步強化了一汽大眾動力總成供應鏈。EA211發動機工廠擁有高精度的加工中心、世界一流的生產線和智能化工藝,采用大眾康采恩生產標準,主要制造基于德國大眾最新MQB平臺的EA211系列發動機,并且預留生產1.4L MPI、1.2L TSI、1.0L TSI及混合動力機型的能力。

人工上料方式影響生產節拍,引發質量隱患
發動機作為汽車的心臟,其質量與性能的好壞,決定了汽車運行的動力性、經濟性、平穩性和環保性。 而發動機的制造水平,在很大程度上取決于其零部件的加工質量。缸體和缸蓋是發動機的關鍵部件,它們的質量直接影響發動機的性能。
在EA211發動機工廠的缸體和缸蓋上料工序中,有5個生產工位是人工上料的方式來進行工件的轉移。 但是,在生產過程中,這種人工方式遇到了棘手問題。
“由于上料工位是人工手動操作,因此工作速度慢,嚴重影響生產節拍。”EA211發動機工廠生產工程師指出,“另外,因為操作工不能完全按照操作手冊操作,會造成缸體、缸蓋的定位孔和加工孔不同程度的磨損,以及缸體在精加工托盤上的位置發生變化。這樣就導致在后續的自動裝配工序時,機器人會碰到缸體內表面,出現凹痕和劃傷,使缸體整體密封性變差。而定位孔和加工孔的磨損將導致后續的攻絲螺紋不完整,在安裝螺絲時會受力甚至傾斜,造成缸體直接報廢的嚴重后果。”

為提升生產效率,消除質量隱患,EA211發動機工廠決定進行技術改造,引入先進的視覺技術,引導機器人實現對缸體的快速精確抓取。EA211發動機工廠對視覺方案有明確的訴求。“我們要求視覺系統精度在0.3mm,需要克服現場環境光的不利影響。抓取夾具設計的是三面六個定位銷,視覺系統要能滿足三個方向的角度要求。”工廠生產工程師表示,“由于車間現場MESS系統的原因,只能用一個程序抓取多種不同型號的缸體和缸蓋,它們的特征點不完全一樣、尺寸有偏差,而且工件注塑也會有誤差,因此視覺系統要能實現用一個程序引導機器人快速精準抓取多種型號的工件。”
另外,對選擇解決方案提供商,EA211發動機工廠也有自己的考慮。“從事視覺檢測行業要滿10年,技術服務人員應是工廠本地人員,后續技術服務要能和我們的技術人員緊密配合。”工廠生產負責人強調,“另外,在大眾公司應該有5個以上視覺檢測方面的部署項目。”

高性價比的康耐視3D視覺技術,引導機器人精準抓取

經過多方了解,EA211發動機工廠的技術負責人發現康耐視在一汽-大眾多個車間擁有眾多成功應用,如總裝車間引導機器人抓取車輛備胎、涂裝車間檢測車輛落位滑鞘到位、發動機廠變速箱錯漏裝及齒輪型號檢測、新能源車間利用A5000引導機器人抓取電池模組外殼等。

“大眾成都工廠也應用了康耐視視覺技術,解決了跟我們類似的生產難題。我們接觸的所有車間同事,都對康耐視的設備表現反響不錯。”工廠技術負責人講到,“而且,在視覺檢測技術剛剛興起的時候,我們公司就采購了一批康耐視產品應用于生產,合作時間長達15年,雙方都已建立了很好的信任關系。”

于是,工廠技術負責人就聯系到了康耐視公司的代理商,“經過多次交流溝通、產品演示,并考察其技術服務的水平和態度,我們覺得康耐視有能力把這個項目做好。”康耐視技術服務的細致,讓工廠的技術工程師動心,“康耐視技術人員為我們提供了一份詳細的PPT,里面介紹了機器人控制相機所要發送的信號、檢測參數和注意事項,以及檢測過程中機器人所要做的工作等,內容非常詳實。”
根據現場工況、設備特點和檢測需求,康耐視向工廠推薦了VisionPro® 視覺軟件3D版。因為無論是執行一次輪廓測量還是掃描整個三維表面,該軟件都能提供最強大和穩定的三維機器視覺工具,實現超越二維機器視覺技術的高精度表面特征測量。高分辨率3D圖像配備業界領先的康耐視3D視覺工具,可為裝配驗證、在線測量和機器人引導等應用提供可靠、準確的解決方案。
康耐視3D視覺軟件:實現機器人對汽車發動機缸體的高效精確抓取
機器人軌跡點圖片

隨后,工廠就安排了樣機的現場測試。在現場,康耐視代理商先把設備與機器人建立通訊,通訊協議為TCP。“康耐視代理商早就提前準備好了與機器人通訊的擴展包,把擴展包提供給機器人安裝之后,就可以直接與康耐視設備進行通訊。”建立通訊的過程,令EA211發動機工廠的技術工程師印象深刻。
而現場試驗之順利更讓工程師們感到驚喜,“確定工作范圍之后,機器人就配合視覺進行相機標定,完成檢測程序,一切就緒后開始測試。我們驚訝地發現,在缸體位置度、高度發生變化時,經過視覺檢測后給出的修正坐標,可以精準地引導機器人找到了定位孔,這就一下子解決了我們的大問題!”
這樣,高性價比的康耐視3D視覺解決方案,在現場測試中表現出色,一舉解決車間的生產難題。EA211發動機工廠在綜合考量后,就決定采用了康耐視的3D視覺解決方案。

生產效率大幅提高,良品率增至99.4%
在實際運行中,康耐視反復雕琢其解決方案,不斷優化方案細節。
1)相機選型問題:由于機器人在拍攝位置可以靜止不動1秒左右,所以未選用500萬像素的全局快門工業相機,而是選擇了卷簾快門1000萬像素相機,光源由原來的2根藍色條形光源增加至4根;
2)夾具問題:更改夾具,增加1個機械結構用來輔助角度矯正并且去掉1個定位銷;
3)多種型號工件測量問題:康耐視請工廠提供“零誤差”工件(就是三坐標測量后基本接近生產圖紙尺寸的工件),分別測試四種型號的缸體和四種型號的缸蓋,尋找特征規律,找到幾種型號通用的特征點;
4)光線問題:在相機和光源整體結構外增加遮光板,既可以屏蔽外界光又可以保證條光的聚集性。
目前,EA211發動機工廠在車間已經成功部署了康耐視3D視覺產品,實現了機器人高精度快速抓取發動機缸體、缸蓋,極大提高了生產效率。另外,工廠將節約下來的5個工位共計10位工人,投入到了其他工位。原有工位和新加工位創造的價值已經達到原有的兩倍之多,整體的生產成本大幅度下降。
康耐視3D視覺軟件:實現機器人對汽車發動機缸體的高效精確抓取2
缸體引導圖片

“實際視覺精度超過預期,降低了對角度的要求,而且穩定的光環境保證了檢測效果,現在,四種型號工件可以通用一個程序引導機器人抓取,非常方便車間的生產。”工廠生產負責人高興地說道,“而且引導效果穩定,自動化上料速度遠超人工上料,缸體磨損基本不再出現,工件良品率從96%提升至99.4%左右。”

視覺檢查在替代傳統人工檢查的時候,出于對新技術的陌生感,人們往往會對其可靠性存在疑慮。“生產部門一直覺得視覺檢測是不穩定因素,擔心會影響生產。”工廠技術負責人指出,“但是經過此次項目,改變了對視覺檢測的看法,生產部門對視覺檢測技術的進一步應用有了很大的信心!”

現在,EA211發動機工廠的視覺引導機器人抓取工件項目,已經成為全廠的經典學習案例,也順利實現了今年車間提倡的口號——“開源節流合理化建設,把問題點消除,把不可能實現!”
“與康耐視合作比較明智的選擇,最打動我的是康耐視技術團隊的專業性、項目的整體把控能力和對細節的注重。我們沒有想到的一些項目細節和問題,他們都能全面考慮和配合上,并提供可行性建 議。”EA211發動機工廠負責人對康耐視的技術水準和服務質量點了大大的贊,“和專業團隊合作,可以精準、輕松地完成項目。本次技改完美解決了車間面臨的技術難題,未來有機會我們會很期待和康耐視的再次攜手合作!”
 
 
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