山東濱州渤海活塞股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱渤?；钊?是國(guó)內(nèi)活塞行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，渤?；钊闹鲗?dǎo)產(chǎn)品為Φ30mm~Φ350mm的高性能活塞，品種達(dá)1000多個(gè)、年產(chǎn)能力3000萬(wàn)件，是國(guó)內(nèi)唯一一家能夠全面生產(chǎn)各種汽車(chē)、船舶、工程等動(dòng)力機(jī)械用活塞的專業(yè)化企業(yè)。

企業(yè)的所有生產(chǎn)線設(shè)備均采用了國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)上下料、自動(dòng)料道連接，其中自動(dòng)化上下料就應(yīng)用了視覺(jué)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位引導(dǎo)和檢測(cè)。

過(guò)去，渤?；钊纳a(chǎn)都是采用單工位機(jī)床進(jìn)行人工操作生產(chǎn)，自動(dòng)化水平很低，且生產(chǎn)效率很慢。“之后，雖然使用了貫穿多個(gè)加工機(jī)床的料道，但還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料，占用人力比較多。”渤?；钊纳a(chǎn)主管介紹說(shuō)，“于是我們決定進(jìn)行技改，提升自動(dòng)化生產(chǎn)水平。我們把整個(gè)自動(dòng)化上下料線包給了一家料道設(shè)備廠家，對(duì)于其中的視覺(jué)設(shè)備，這個(gè)廠家向我們推薦了康耐視公司的In-Sight視覺(jué)系統(tǒng)。”

但是，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)由于活塞生產(chǎn)檢測(cè)有其特殊之處，應(yīng)用視覺(jué)系統(tǒng)存在諸多挑戰(zhàn)。比如，生產(chǎn)線上的工件為活塞毛坯件，活塞中間區(qū)域有一類似“骨節(jié)”凹槽，兩邊區(qū)域呈對(duì)稱狀態(tài)，外觀很接近，視覺(jué)一方面要獲取活塞的中心點(diǎn)坐標(biāo)(X、Y)，另一方面還要獲取工件的角度(0°-360°)。

“這里最大的挑戰(zhàn)就是由于活塞為毛坯件，工件與工件之間存在差異，毛坯面的反光也會(huì)不一樣，有些反光比較強(qiáng)，有些稍弱，要準(zhǔn)確獲取特征還是挺難的，而且還要準(zhǔn)確區(qū)分出工件是0°位置還是180°位置。”渤海活塞的生產(chǎn)主管表示，“此外，活塞在料道上是面部朝下放置，由于活塞是毛坯件，活塞面不是很平，中間會(huì)高出2mm左右的毛坯，之后要削掉，正因?yàn)榛钊娌黄?，所以相機(jī)拍照時(shí)，工件會(huì)存在傾斜的情況。”

另外的挑戰(zhàn)就是，“上料區(qū)域較寬，相機(jī)取像視野相對(duì)大，因此要捕捉‘骨節(jié)’兩側(cè)較細(xì)小的特征點(diǎn)來(lái)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(jié)’凹槽深度在40mm左右，一方面要凸顯骨節(jié)特征，另一方面還要照顧到凸臺(tái)小特征，光源比較苛刻。”

面臨這些檢測(cè)難題，康耐視的In-Sight視覺(jué)系統(tǒng)以其強(qiáng)大的技術(shù)性能打消了渤?；钊a(chǎn)主管的擔(dān)憂。“生產(chǎn)驗(yàn)證時(shí)，工件來(lái)料隨意，有些工件有時(shí)會(huì)有適當(dāng)傾斜，相機(jī)依然可以準(zhǔn)確檢測(cè)出活塞的中心位置及角度，從而引導(dǎo)機(jī)器人完成正確抓取。”渤海活塞的生產(chǎn)主管驚訝地表示。

同時(shí)，事實(shí)證明，康耐視強(qiáng)大的PatMax工具可以輕松應(yīng)對(duì)活塞的“骨節(jié)”特征查找，即使活塞毛坯面反光有一定的差異，有傾斜發(fā)生，PatMax工具依然可以準(zhǔn)確定位;再加上In-Sight視覺(jué)軟件強(qiáng)大的圖像預(yù)處理算法及計(jì)算處理能力，可以按照“骨節(jié)”凹槽的初定位(獲取X值、Y值)，之后在凹槽的兩側(cè)，判別小凸臺(tái)的位置，即凸臺(tái)在凹槽左邊還是右邊來(lái)判別0°角度和180°角度。這樣，就可以準(zhǔn)確地反映工件的中心坐標(biāo)及角度。

對(duì)于“骨節(jié)”凹槽有40mm左右的深度，既要凸顯凹槽特征，又要照顧凸臺(tái)表面特征，所以技術(shù)工程師就選用了一個(gè)較大的高亮度大顆粒環(huán)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(méi)有什么影響。

此外，在測(cè)試的時(shí)候，In-Sight視覺(jué)系統(tǒng)是與某個(gè)品牌的PLC，通過(guò)編寫(xiě)VC自定義代碼，實(shí)現(xiàn)兩者之間的通訊功能。“PLC有時(shí)需要發(fā)送兩次觸發(fā)指令，相機(jī)的檢測(cè)數(shù)據(jù)才會(huì)反饋到PLC，而有時(shí)一次就行，比較詭異。”渤海活塞的電氣工程師說(shuō)道，“后來(lái)，料道設(shè)備廠家就換用施耐德PLC，改成Modbus TCP通訊。至此，就解決了相機(jī)與PLC之間的通訊問(wèn)題。”

這樣，渤?；钊纳a(chǎn)主管看到，活塞加工線在應(yīng)用康耐視In-Sight視覺(jué)系統(tǒng)之后，“從視覺(jué)引導(dǎo)自動(dòng)上料，到后面的各個(gè)機(jī)床加工，通過(guò)料道加6軸機(jī)器人，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)能得到快速提升。”他高興的表示，“實(shí)現(xiàn)了相機(jī)與PLC的直接通訊，保證了機(jī)器人抓取位置真實(shí)有效，避免抓取失敗。對(duì)于我們經(jīng)常生產(chǎn)的幾種型號(hào)的活塞，相機(jī)事先編輯好程序后，PLC就可以自動(dòng)控制相機(jī)程序的切換。”

結(jié)合項(xiàng)目驗(yàn)證和測(cè)試時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)工程師們共同努力優(yōu)化了視覺(jué)引導(dǎo)檢測(cè)流程和機(jī)器人抓取流程，兩者流程如下。

視覺(jué)引導(dǎo)檢測(cè)流程：料道光電感應(yīng)拍照區(qū)域無(wú)工件時(shí)，PLC控制料道向前運(yùn)動(dòng)，直至光電感應(yīng)拍照區(qū)域有工件存在時(shí)，料道停止運(yùn)動(dòng);PLC提供相機(jī)觸發(fā)信號(hào)，相機(jī)拍照檢測(cè);先使用Find PatMax工具獲取“骨節(jié)”凹槽特征，計(jì)算出活塞的中心坐標(biāo)，之后以“骨節(jié)”為定位，檢測(cè)兩側(cè)的小凸臺(tái)，判別小凸臺(tái)在凹槽的左側(cè)還是右側(cè)，繼而判別活塞是0°還是180°位置;期間會(huì)使用多種圖像處理工具及邏輯判別;檢測(cè)結(jié)束后，相機(jī)把X、Y、Angle值通過(guò)Modbus TCP通訊發(fā)送給PLC，繼而控制機(jī)器人抓取。

機(jī)器人抓取流程：PLC接收相機(jī)發(fā)送的X、Y、Angle值后，控制機(jī)器人調(diào)整相應(yīng)姿態(tài)，抓取工件;放置工件到料道旁圓環(huán)形工裝臺(tái)上;之后機(jī)器人調(diào)整另一個(gè)抓手抓取并放置到運(yùn)動(dòng)的機(jī)床加工料道上，返回機(jī)器人等待位，觸發(fā)相機(jī)拍照;視野內(nèi)若無(wú)工件，料道向前運(yùn)動(dòng)一段距離停止，相機(jī)再進(jìn)行拍照，機(jī)器人再次抓取，之后周期循環(huán)。

現(xiàn)在，自從渤?；钊捎每的鸵旾n-Sight視覺(jué)系統(tǒng)后，整條活塞加工線實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)合格率可達(dá)99.8%以上。“對(duì)于活塞毛坯面差異較大的工件，In-Sight視覺(jué)系統(tǒng)也能提示機(jī)器人抓取并放置到廢料盒中，”渤?；钊纳a(chǎn)主管最后總結(jié)說(shuō)，“對(duì)于后面的活塞打碼及后續(xù)幾條自動(dòng)上下料線，我們也會(huì)考慮增加視覺(jué)技術(shù)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。”

相機(jī)固定安裝，滿足較大視野，引導(dǎo)機(jī)器人抓取得分最高工件，之后再拍照進(jìn)行抓取。

機(jī)器人抓取后放置固定工裝臺(tái)，切換另一個(gè)抓手抓取工件倒置工件180°(凹槽朝下)放置機(jī)床料道上。

Insight軟件程序界面-自定義視圖，按客戶要求，顯示主要檢測(cè)數(shù)據(jù)。