機(jī)器人視覺在線檢測技術(shù)在汽車焊接中的應(yīng)用
來源：網(wǎng)絡(luò)2015年03月17日熱度：596
焊接是汽車制造過程中的重要工序之一，具有很高的技術(shù)指標(biāo)要求，因此必須對焊接質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)真檢測。傳統(tǒng)的檢測方式通常是采用固定三坐標(biāo)測量機(jī)，但這種方式操縱復(fù)雜，速度慢，周期長，只能對產(chǎn)品進(jìn)行抽檢。機(jī)器人視覺檢測作為一種新型的檢測手段，具有大量程、非接觸、直觀、快速及精度高等優(yōu)點(diǎn)，因而可以應(yīng)用于汽車車身的在線檢測，及時(shí)反饋產(chǎn)品的誤差信息，不僅提高了產(chǎn)品的合格率，同時(shí)也為工藝改進(jìn)、減小誤差提供了閉環(huán)反饋的尺寸控制手段，符合現(xiàn)代制造的質(zhì)量工程要求。因此，在轎車焊裝自動(dòng)化生產(chǎn)線上增加了機(jī)器人紅外線檢測系統(tǒng)的應(yīng)用。
機(jī)器人在線檢測系統(tǒng)構(gòu)成
本測量系統(tǒng)由兩臺(tái)對角布置的KUKA機(jī)器人、視覺傳感器、測量控制柜（內(nèi)含測量計(jì)算機(jī)及圖像處理系統(tǒng)，用戶界面程序，服務(wù)器模塊等）、PLC控制柜系統(tǒng)（安全門模塊，光柵，RFID系統(tǒng)，Z向傳感器）等部分構(gòu)成。其中激光視覺測頭是獲取被測對象圖像信息的直接器件。采用半導(dǎo)體激光器作為光源的測頭，可以非接觸、在線測量車身上棱邊、定位孔的空間三維坐標(biāo)或功能尺寸。其主要技術(shù)參數(shù)為：分辨率0.01mm，精度±0.05mm，測量時(shí)間0.5s，工作距離200mm，激光測頭和傳感器支架的總質(zhì)量約為12kg。
應(yīng)用案例
1.系統(tǒng)布置
在轎車自動(dòng)化下線MB110工位車身兩側(cè)布置兩臺(tái)檢測機(jī)器人。為了對車身內(nèi)部的一些重要的特征點(diǎn)也可以進(jìn)行測量，并兼顧車身前后關(guān)鍵功能點(diǎn)，經(jīng)過機(jī)器人三維仿真模擬，并結(jié)合現(xiàn)場布局，確定檢測工作站布局如圖1所示。
圖1 在線檢測工作站布局
2.測量點(diǎn)方案及模擬
（1）測量點(diǎn)數(shù)的計(jì)算 A車焊裝自動(dòng)化線的生產(chǎn)節(jié)拍為130s/臺(tái)，滑橇輸送時(shí)間20s，機(jī)器人單個(gè)特征點(diǎn)的檢測時(shí)間約2.5s。按此計(jì)算，兩機(jī)器人最多的測量點(diǎn)數(shù)為：（130－20）/2.5＝88個(gè)點(diǎn)。
（2）測量點(diǎn)的選擇、模擬與確認(rèn) 整個(gè)焊裝生產(chǎn)線共有四個(gè)關(guān)鍵的總成狀態(tài)：側(cè)圍總成、發(fā)動(dòng)機(jī)艙總成、地板總成及車身總成。我們只采用了一套在線檢測系統(tǒng)，即白車身的在線檢測系統(tǒng)，因此，測量的點(diǎn)數(shù)越多，在線監(jiān)控的視野也就越廣闊。在計(jì)算機(jī)仿真之前，以固定式三坐標(biāo)測量點(diǎn)為基礎(chǔ)，并根據(jù)測量點(diǎn)的重要性，經(jīng)過計(jì)算機(jī)三維仿真模擬及現(xiàn)場調(diào)試，共確定了77個(gè)測量點(diǎn)。
3.檢測的實(shí)現(xiàn)及可實(shí)現(xiàn)的功能
（1）檢測過程 如圖2所示，白車身在滑撬上運(yùn)動(dòng)到檢測工作站停下并精確定位，線控制器給檢測站控制器發(fā)“到位”信號(hào)→站控制器給機(jī)器人發(fā)“車型”及“啟動(dòng)”信號(hào)→機(jī)器人接到信號(hào)后開始工作，機(jī)器人在每個(gè)測量點(diǎn)向測量控制器發(fā)“測量請求”和“測點(diǎn)ID” 信號(hào)，等待測量控制器發(fā)回的“測量完成信號(hào)”→測量系統(tǒng)接到信號(hào)后開始測量并記錄數(shù)據(jù)，然后傳遞到測量分析軟件進(jìn)行處理，測量結(jié)束后向機(jī)器人發(fā)“測量完成”信號(hào)→機(jī)器人收到“測量完成信號(hào)”后開始向下一測量點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，至此完成全部待測點(diǎn)的測量。
圖2 在線檢測過程示意
?。?）檢測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能 具體有三種功能：
1）整車數(shù)據(jù)查詢與分析。整車數(shù)據(jù)查詢是按整個(gè)車身進(jìn)行查詢，反映整個(gè)車身的情況。整車數(shù)據(jù)查詢既可以按照車身的生產(chǎn)時(shí)間進(jìn)行查詢，也可以按照車身的編號(hào)進(jìn)行查詢。查詢數(shù)據(jù)的列表可以采用多種排序方式：車身編號(hào)和點(diǎn)號(hào)、點(diǎn)號(hào)和車身編號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間及生產(chǎn)班次等。數(shù)據(jù)的顯示采用三種不同的底色來反映測量點(diǎn)制造誤差的大小。
2）功能尺寸分析。功能尺寸分析是對一個(gè)車身的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行綜合評價(jià)。可以選擇一定時(shí)間段生產(chǎn)的車身進(jìn)行功能尺寸評價(jià)，也可以選取一定的車身編號(hào)段內(nèi)的車身進(jìn)行功能尺寸評價(jià)。最后在評價(jià)表中會(huì)列出車身編號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間以及各功能尺寸，表中數(shù)據(jù)的顯示可以按照選定的功能尺寸項(xiàng)進(jìn)行排序，也可以選擇圖示顯示。
3）統(tǒng)計(jì)功能。對整個(gè)生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以分為月統(tǒng)計(jì)和年統(tǒng)計(jì)：對于每月逐日的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以選擇統(tǒng)計(jì)條件，如需要統(tǒng)計(jì)的月份、分歧格數(shù)目等。圖表顯示的形式可以是合格率也可以是日產(chǎn)量；年統(tǒng)計(jì)數(shù)目是根據(jù)月統(tǒng)計(jì)數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，所以每個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，就會(huì)出現(xiàn)在年統(tǒng)計(jì)表格中。
4.測量影響因素及注意事項(xiàng)
在測量過程中，反復(fù)驗(yàn)證，總結(jié)影響測量精度的主要因素有以下四個(gè)方面：
（1）傳感器采集圖片時(shí)的姿態(tài) 垂直于檢測特征面時(shí)精度最高，隨著傾斜角的增大，測量精度隨著降低。
?。?）溫度的影響 環(huán)境溫度的影響可以忽略，但機(jī)器人本體運(yùn)行過程中溫度的變化對測量的數(shù)值影響較大，溫度變化主要在檢測特征面的法線方向上產(chǎn)生偏差（垂直測量時(shí)）。在極限條件下，對精度最大影響約為0.2mm。通常情況下，溫度影響不大。
（3）測量特征的影響 測量特征越明顯，測量的精度越高，例如棱線上測量點(diǎn)的測量精度要比口邊線上的測量精度高，平面孔的測量精度比螺母孔的測量精度高。
?。?）機(jī)器人 機(jī)器人本身的重復(fù)性定位精度越高，測量的精度就越高。
5.實(shí)際效果
在A車焊裝自動(dòng)化線下線工位MB110工位增加的在線檢測系統(tǒng)，對下線白車身的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，經(jīng)驗(yàn)證明有以下效果：測量速度快、精度高，實(shí)現(xiàn)了在線產(chǎn)品的100%檢測。當(dāng)檢測數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)小批量偏差時(shí)，控制站會(huì)自動(dòng)報(bào)警，工作人員可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。根據(jù)監(jiān)測的趨勢圖表分析，現(xiàn)場工程師可大概判定問題產(chǎn)生的原因，為解決問題指引了方向，壓縮了問題產(chǎn)生原因的范圍，縮短了解決問題的時(shí)間。
通過該系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，降低了白車身的返修率及報(bào)廢率。安裝此測量系統(tǒng)至今，未出現(xiàn)產(chǎn)品批量返修及報(bào)廢現(xiàn)象。
結(jié)語
目前，基于工業(yè)機(jī)器人的視覺檢測技術(shù)已經(jīng)成為國外大公司研究的熱點(diǎn)，而且，各大汽車生產(chǎn)廠家也都把工業(yè)機(jī)器人柔性視覺檢測定為今后在線檢測的應(yīng)用趨勢。目前，工業(yè)機(jī)器人視覺檢測技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了汽車白車身的在線柔性檢測、擋風(fēng)玻璃的自動(dòng)安裝、轎車車門的自動(dòng)安裝、激光焊縫的檢測等，并成功應(yīng)用于BMW、DaimlerChrysler、GM等國際著名汽車生產(chǎn)廠家，在自主品牌汽車生產(chǎn)廠家也正逐步應(yīng)用。
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