2017-06-20 16:24:41

  山東濱州渤海活塞股份有限公司(以下簡稱渤海活塞)是國內活塞行業的領軍企業,渤海活塞的主導產品為Φ30mm~Φ350mm的高性能活塞,品種達1000多個、年產能力3000萬件,是國內唯一一家能夠全麵生產各種汽車、船舶、工程等動力機械用活塞的專業化企業。

  企業的所有生產線設備均采用了國內外先進技術,實現了自動上下料、自動料道連接,其中自動化上下料就應用了視覺技術來實現定位引導和檢測。

  過去,渤海活塞的生產都是采用單工位機床進行人工操作生產,自動化水平很低,且生產效率很慢。“之後,雖然使用了貫穿多個加工機床的料道,但還是無法實現自動上下料,占用人力比較多。”渤海活塞的生產主管介紹說,“於是我們決定進行技改,提升自動化生產水平。我們把整個自動化上下料線包給了一家料道設備廠家,對於其中的視覺設備,這個廠家向我們推薦了康耐視公司的In-Sight視覺係統。”

  但是,在生產現場由於活塞生產檢測有其特殊之處,應用視覺係統存在諸多挑戰。比如,生產線上的工件為活塞毛坯件,活塞中間區域有一類似“骨節”凹槽,兩邊區域呈對稱狀態,外觀很接近,視覺一方麵要獲取活塞的中心點坐標(X、Y),另一方麵還要獲取工件的角度(0°-360°)。

  “這裏最大的挑戰就是由於活塞為毛坯件,工件與工件之間存在差異,毛坯麵的反光也會不一樣,有些反光比較強,有些稍弱,要準確獲取特征還是挺難的,而且還要準確區分出工件是0°位置還是180°位置。”渤海活塞的生產主管表示,“此外,活塞在料道上是麵部朝下放置,由於活塞是毛坯件,活塞麵不是很平,中間會高出2mm左右的毛坯,之後要削掉,正因為活塞麵不平,所以相機拍照時,工件會存在傾斜的情況。”

  另外的挑戰就是,“上料區域較寬,相機取像視野相對大,因此要捕捉‘骨節’兩側較細小的特征點來反饋0°-360°角度。”他接著指出,“工件種類有多種,外觀、大小都有差異,‘骨節’凹槽深度在40mm左右,一方麵要凸顯骨節特征,另一方麵還要照顧到凸台小特征,光源比較苛刻。”

  麵臨這些檢測難題,康耐視的In-Sight視覺係統以其強大的技術性能打消了渤海活塞生產主管的擔憂。“生產驗證時,工件來料隨意,有些工件有時會有適當傾斜,相機依然可以準確檢測出活塞的中心位置及角度,從而引導機器人完成正確抓取。”渤海活塞的生產主管驚訝地表示。

  同時,事實證明,康耐視強大的PatMax工具可以輕鬆應對活塞的“骨節”特征查找,即使活塞毛坯麵反光有一定的差異,有傾斜發生,PatMax工具依然可以準確定位;再加上In-Sight視覺軟件強大的圖像預處理算法及計算處理能力,可以按照“骨節”凹槽的初定位(獲取X值、Y值),之後在凹槽的兩側,判別小凸台的位置,即凸台在凹槽左邊還是右邊來判別0°角度和180°角度。這樣,就可以準確地反映工件的中心坐標及角度。

  對於“骨節”凹槽有40mm左右的深度,既要凸顯凹槽特征,又要照顧凸台表麵特征,所以技術工程師就選用了一個較大的高亮度大顆粒環光,中間空洞很大。這樣,料道上全部的活塞凹槽都可以看到,而且視野邊緣處幾乎沒有什麼影響。

  此外,在測試的時候,In-Sight視覺係統是與某個品牌的PLC,通過編寫VC自定義代碼,實現兩者之間的通訊功能。“PLC有時需要發送兩次觸發指令,相機的檢測數據才會反饋到PLC,而有時一次就行,比較詭異。”渤海活塞的電氣工程師說道,“後來,料道設備廠家就換用施耐德PLC,改成Modbus TCP通訊。至此,就解決了相機與PLC之間的通訊問題。”

  這樣,渤海活塞的生產主管看到,活塞加工線在應用康耐視In-Sight視覺係統之後,“從視覺引導自動上料,到後麵的各個機床加工,通過料道加6軸機器人,提升了產品質量,產能得到快速提升。”他高興的表示,“實現了相機與PLC的直接通訊,保證了機器人抓取位置真實有效,避免抓取失敗。對於我們經常生產的幾種型號的活塞,相機事先編輯好程序後,PLC就可以自動控製相機程序的切換。”

  結合項目驗證和測試時的經驗,技術工程師們共同努力優化了視覺引導檢測流程和機器人抓取流程,兩者流程如下。

  視覺引導檢測流程:料道光電感應拍照區域無工件時,PLC控製料道向前運動,直至光電感應拍照區域有工件存在時,料道停止運動;PLC提供相機觸發信號,相機拍照檢測;先使用Find PatMax工具獲取“骨節”凹槽特征,計算出活塞的中心坐標,之後以“骨節”為定位,檢測兩側的小凸台,判別小凸台在凹槽的左側還是右側,繼而判別活塞是0°還是180°位置;期間會使用多種圖像處理工具及邏輯判別;檢測結束後,相機把X、Y、Angle值通過Modbus TCP通訊發送給PLC,繼而控製機器人抓取。

  機器人抓取流程:PLC接收相機發送的X、Y、Angle值後,控製機器人調整相應姿態,抓取工件;放置工件到料道旁圓環形工裝台上;之後機器人調整另一個抓手抓取並放置到運動的機床加工料道上,返回機器人等待位,觸發相機拍照;視野內若無工件,料道向前運動一段距離停止,相機再進行拍照,機器人再次抓取,之後周期循環。

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