机器自动化与视觉系统在车灯制造行业的应用

武光泽，袁明月，薛亚峰，朱荣华，蒋敏

(常州星宇车灯股份有限公司,江苏常州 213000)

0 引言

近年来，随着工业4.0的推进，机器人在车灯制造行业得到广泛的应用。除了传统的工业机器人，协作辅助机器人也应运而生。国家2025计划已经把中国智造推上日程，围绕汽车、机械、电子行业的工业机器人的应用，促进了机器人标准化、模块化发展，扩大了机器人的市场应用。实现机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、视觉系统、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造[1]。

机器视觉作为自动化界高智能化产品，未来具有巨大的发展潜力。汽车行业的驱动器和车灯制造厂商过去几年正在采购大量自动化设备取代人工，以应对中国愈演愈烈的缺工现象，未来几年这一现象将达到高潮。国内一流的车灯制造商纷纷选择提高自动化程度，集成机器人和机器视觉的应用成为自动化生产线不可获取的主流技术[2]。

1 机器视觉系统概述

机器视觉系统是利用机器代替人眼作各种测量和判断[3]。它是计算机学科的一个重要分支，综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。图像处理和模式识别等技术的快速发展，也大大地推动了机器视觉的发展。

视觉系统与机器人集成，完成检测、识别、定位、抓取、测量等一系列工作，具有稳定可靠、长期工作、速度快、精度高等特点。

2 自动化领域中机器人和机器视觉的应用案例

(1)机器视觉引导机器人完成盖板自动上料

该视觉系统用于FE-6驱动器自动线的盖板上料工位，通过康耐视相机完成了盖板的纠正，引导UR机器人完成自动上料，精度达到±0.1 mm，节拍20 s。

盖板放置在料盒工装内，固定在自动线工作台面。相机和光源通过工装固定在拍照点下方的台面上，相机向上拍照，光源向上照射。料盒里面放置70片盖板，料盒下方有4个光电传感器，放料点侧方安装一个光电传感器。UR机器人通过I/O通信接受传感器的信号，按先后顺序从有料的储料盒吸取盖板。机器人给PLC发信号，PLC触发吸盘工装将盖板吸起来，移动到光源和相机上方。机器人到达拍照点后，触发智能相机拍照。智能相机通过照片和标准图片对比，计算出X、Y、角度偏差，把偏差值传送给UR机器人。UR机器人接受智能相机信号后移动到上料等待点，准备接受上料信号。台达机器人带动锁付系统完成壳体内PCB板的2颗螺钉锁付，PLC触发UR机器人上盖板，UR机器人将上盖板完成信号传给PLC后，台达机器人锁最后2个螺丝，PLC触发UR机器人完成成品下料。图1为机器视觉引导机器人上料。

图1 机器视觉引导机器人上料

图2为标准图片和机器视觉效果对比。该机器视觉引导的定位抓取系统，通过相机抓取的盖板照片与标准图片对比，计算盖板X、Y、角度偏差。其中X、Y向差值通过单位换算，对应机器人坐标系中的X、Y向的移动补偿值；角度值不需要换算，直接对应机器人坐标系中的Z轴转动角度值。同时对盖板的特征点进行判断，如果盖板抓取错误或偏差超出范围，则给机器人NG下料信号。通过以上步骤，即可完成对来料盖板的识别和纠正。

图2 视觉效果图

(2)机器视觉引导三轴机械手完成涂胶检测

搭载点胶系统的直角坐标检测平台[4]，满足工厂自动化线和手动线的点胶工位需求，实现高速精准的运动控制，智能检测视觉系统避免涂胶不合格品流出。该平台不仅可以用于涂胶、检测，还可以用于视觉引导螺丝机打螺丝。它通用性高、集成简单，可以广泛用于电子工厂生产线。其中三轴控制器采用台达的MH1控制器，可用于与多种模块通信，也可将涂胶面积、涂胶位置、螺丝扭矩等数据实时传输给PC端，完成数据采集和分析。智能视觉点胶系统如图3所示。

图3 智能视觉点胶系统

运动精度可以达到0.01～0.03 mm，在X轴、Y轴、Z轴的运动最远可分别达到500、400、300 mm，视觉检测精度可以达到15像素。

该平台以X、Y、Z三轴直角坐标系统为基本模型，以伺服电机驱动的单轴机械臂为基本运动单元，通过相机对涂胶结果做视觉检测：

①X、Y、Z三轴。三轴采用KK86系列模组，设计及安装容易，丝杆和线性滑轨结合在一起，精度高、安装快、钢性高、节省空间。

②电机及驱动器。采用ECMA系列电机搭配ASDA系列交流伺服驱动器，其中控制Z轴的电机带刹车功能，精度可以控制在0.01～0.03 mm。

③视觉系统。选用DMV系列视觉系统，操作界面人性化，编程方便。支持I/O以太网，RS232、RS485通信接口，可实现多功能检测任务运行处理。

(3)视觉测量系统

零件尺寸检测平台，采用智能相机方案，不同零件选择不同的测试程序，即可完成多个参数的自动测试、数据记录，尺寸测量系统如图4所示，图5为尺寸测量效果图。

图4 尺寸测量系统

图5 尺寸测量图

检测内容包括孔径、孔与孔之间的距离、孔到边的距离、边到边的距离。检测范围为130 mm×130 mm，检测精度可以达到±0.1 mm。

可以满足大部分驱动器、盖板、螺孔的尺寸检测，保证了现有驱动器来料的孔距、边缘尺寸的一致性，为自动化的装配保证了来料的质量。尺寸检测还可以应用在自动线体系中，通过相机把产品的合格、NG数据传输给PLC，保证了总装驱动器的产品质量，并且具有数据追溯功能，可以在后期集成MES系统，实时将信息传送给客户端。

3 总结

机械自动化已经打破了传统的生产模式，工业自动化离不开工业机器人、模组机器人、协作机器人的应用。

机器视觉系统与人类视觉系统类似，可以快速获取大量信息，适应各种恶劣环境，处理分析数据，满足自动化生产线无人化的要求。机器视觉就像人的眼睛，能够引导自己的手臂完成指定程度的动作，使得机器人在车灯自动化生产领域中得到广泛运用。这不仅解放了社会劳动力，降低了日益升高的人工成本，而且提升了生产效率，提高了产品合格率和产品一致性。

随着机器视觉集成机器人系统研究的日渐成熟，机器人和机器视觉的集成将会更好地为人类社会发展做出贡献。