机器视觉在拧紧工艺中的应用

2018-07-26毛扬刘俊曹倩伟

汽车实用技术 2018年13期

毛扬，刘俊，曹倩伟

（上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司，重庆 401135）

1 背景

发动机离合器固定螺栓有6颗，且旋转后在工件上的位置不固定，分布在一个同心圆周上，传统的拧紧工艺是人工将离合器旋转到固定的位置，再由设备进行拧紧，这样会出现人工操作浪费，以及手动旋转无法保证精度，造成合格率低等情况，采用视觉系统可以排除人为安装的影响，提高设备柔性，提高生产效率。

2 工作过程

工业相机对离合器进行拍照，将照片转换成图像信号，传输给处理系统，图像处理软件根据事先设定的螺栓模板在一定的范围内进行匹配，找到螺栓圆心坐标；根据离合器中一个圆弧面拟合出圆心坐标；圆心和螺母中心确定一条直线，再计算出与中轴线的夹角坐标，输出角度给PLC，PLC根据此角度控制拧紧轴去对应位置对螺栓进行拧紧。

图1

3 视觉系统硬件组成

光源、镜头、相机、图像采集卡、图像处理卡、图像处理软件、通讯单元。

（1）光源，机器视觉系统的重要组成部分。光源直接作用于特征对象，对于特征的准确识别起着非常重要的作用。在选择光源的时候遵循突出被摄对象的特征，增加与周围区域对比度的原则。

（2）镜头，起光学成像的作用。

（3）相机，机器视觉相机的目的是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和（或者）显示的机器设备上。

（4）图像采集卡，完成信号的采集与格式转换。可分为模拟(标准和非标准）/数字、单通道/多通道；主要参数为采集频率（速度）、接口、Buffer大小、预处理功能、支持相机的种类、控制功能、I/O点数。

（5）图像处理卡，完成图像处理的各种运算，种类：DSP、FPGA、PowerPC。

4 视觉软件处理过程

离合器螺栓共计6颗，分布在一个分度圆上（如图2），工业相机运动到拍照位置对离合器进行拍照。如下为康耐视in-sight软件处理过程：

图2

4.1 图像采集

图3

如图3，电子表格的A0单元格有函数“image”，即为相机图像采集设置区域，同时可以设置不同曝光参数提高拍照合格率。

4.2 查找螺母

①确定工件圆心的特征区域，训练特征，如红色区域所示；

②使用 TrainPatMaxPattern函数训练螺栓，确定模板（黄色区域），如图4。

图4

图5

③设定查找螺栓区域，在该区域内匹配第②步中设定的模板螺栓，确定螺栓坐标；（蓝色区域）。

4.3 查找工件圆心

图6

在图6红色方框内，使用FindCurve函数，利用圆弧计算出工件圆心坐标。

4.4 工件圆心和螺母圆心拟合出一条直线

图7

使用LineFromNPoints函数，根据螺母圆心和工件圆心拟合出一条直线，如图7绿色线。

4.5 绘制标准线

图8

如图8，使用EditLine函数绘制一条横向的中轴线（固定线），用于计算第四步中拟合线的角度。

4.6 角度计算

图9

如图9中，使用LineToLine函数，通过首次校准后得到的标准线和即时得到的工件圆心与螺钉圆心的连线计算他们的夹角就是我们所需要的工件偏转角度。

4.7 结果及输出

图10

如图10中，我们把得到的角度结果在简单处理后，使用FormatOutputBuffer函数写入缓冲区，通过“WriteResults”函数将结果传输到PLC，PLC根据收到的角度补偿给伺服电机，伺服电机带动拧紧轴到达螺栓位置实现精确拧紧。

5 PLC处理过程

视觉相机与PLC通过以太网实现通讯，采用PROFINET协议。PLC根据机型调用不用拍照程序，实现拍照，详细过程见图11流程图。

图11

6 优缺点

视觉系统广泛应用于零件防错、特征识别等方面，具有如下优点。精度高，视觉系统能够对多部件进行测量。因为此种测量不需要接触，所以对脆弱部件没有磨损和危险。连续性，视觉系统可以连续工作，没有疲劳。同时消除了人为造成的操作变化。成本效率高，随着硬件成本的急剧下降，机器视觉系统成本效率也变得越来越高。另外，视觉系统的操作和维持费用非常低。灵活性，视觉系统能够进行各种不同的测量。当应用变化以后，只需软件做相应变化或者升级以适应新的需求即可，当生产线重组后，视觉系统往往可以重复使用。