康耐视3D机器视觉在汽车行业的应用

文:2015年4月

    在现代汽车行业中,几乎所有组件、子系统或系统都得益于机器视觉技术,成功完成跟踪、装配或检测。超短的交货时间、精益的库存管理、跨越各大洲的复杂供应链以及零缺陷的OEM要求均需要在整个现代汽车制造厂采用机器视觉技术。

机器视觉提高生产率
    最初,汽车行业采用2D机器视觉技术跟踪传送带上的元件、测量车身面板之间的间隙以及提高生产的可视性及质量。现在,面对日益苛刻的客户基础和竞争激烈的全球市场,汽车行业正努力将生产率提高到新的水平,并将机器视觉提升到新维度。

    一些成熟的3D机器视觉技术正在帮助汽车制造商将新的汽车设计更快地推向市场,同时降低模具成本。单、双和多摄像头3D机器视觉技术正在帮助机器人成为能够根据生产需求变化重新部署的灵活生产机器。通过向他们的机器视觉自动化系统增加一个额外的维度,工业工程师能够享受2D视觉的所有传统优势和功能,同时自动化一度被认为是对于传统工厂自动化太具挑战性的危险应用,如涂胶、喷漆和焊接。

    简而言之,3D视觉引导应用可帮助汽车制造商:提高质量,防止缺陷;实现新的可追溯性要求的符合性;以及减少浪费,增加成品率和提高生产率。

    然而,为有效开发和部署3D机器视觉应用,汽车制造商及其供应商、机器制造商和系统集成商需要了解3D机器视觉技术如何能够改进汽车制造流程、各种应用的挑战及潜在优势。

KWDAutomobiltechnikGmbH的3D机器视觉应用
    为在不到30秒内生产出一块汽车侧面板,Schnellecke集团AG&Co.KG的子公司KWDAutomobiltechnikGmbH(德国沃尔夫斯堡)开发了机器人焊台,采用康耐视智能VisionPro3D图像处理软件,通过来自W计划的自定义运动控制引导机器人。在KWD监督程序的引导下,视觉引导的拾放机器人收集组成元件、将元件焊接到侧面板、检测侧面板的精度并将成品侧面板放置到生产线上。

精确同步
    为将三个组成元件精确地装配到完整的汽车侧面板中,焊接机器人需要了解每个元件在形状上与编程元件如何不同,包括钣金元件中的任何扭曲或变形,以及每个组件在焊接之前位于何处。

    为生成这种几何和位置数据,KWD的工作间采用康耐视VisionPro3D视觉软件识别元件位置和供应机架中侧面板的可能扭曲,然后将数据转发到工作间中的两个机器人之一。VisionPro3D视觉软件利用PatMax几何图案搜索算法和内置校准程序提供3D位置数据。

    起初,第一个机器人通过夹持器和集成视觉系统将自身定位在组件箱前面,其夹住水平堆放的车身元件。在将机器人引导至组件堆的第一个元件之前,VisionPro3D视觉软件将分析来自不同摄像头的图像并测量元件的位置。

    夹紧分两步完成。首先,元件通过真空抽吸,随之,销栓将钣金元件传递过去安装且固定。同时,第二个机器人通过其双面夹持系统和集成3D视觉技术将自身定位在运输机架前面,其夹住汽车面板的较大型组件。第二个机器人检查运输锁的位置、测量元件的位置并在正确的位置拾取组件。随后,两个机器人移动至一个转台,在正确的位置按照逻辑顺序放下元件进行焊接。

    利用来自VisionPro3D视觉软件的数据,每个机器人控制器可根据实际元件位置实时调整夹持器路径。相比手动焊接和加工,产品质量获得改进,操作员亦能更专注于系统的操作,而不是元件的正确装载和卸载。


全面的可追溯性
    在焊接流程通过点焊机器人完成后,第一个和第二个机器人将进行光学点焊检验。其将检验点焊的数量和定位精度。3D视觉系统检查焊缝是否位于预定义的区域内。基于焊接控制参数,系统检查焊接点的根部是否正确。将通过测试获得的数据进行存档,并把图像分配到相关参数。通过这种方式,KWDAutomobiltechnik公司实现了全面的可追溯性和可靠记录的质量验证。

    在最后的工作步骤中,第二个机器人将取出焊接好的组件,将其放置到成品元件的运输框架中。如果所需数量的成品元件已堆放在运输框架中,信号将发送至运输物流部,其将收集装满的运输机架并提供新的空机架。

全面的检查
    除机器人引导元件采集、置放和焊接之外,康耐视VisionPro3D视觉软件还可检验高质量生产和高效率运行所需的一些起始和结束位置,如焊台的张紧控制杆。另外,其还可检查容器的运输制转杆以确定它们是否开启或关闭。

    经验证,照明是3D视觉系统实施过程中面临的最大挑战之一。侧面板的单个组件在运输机架上没有确定的位置,因此可能扭曲或倾斜,这会改变光线如何从钣金上反射。工作间设计师通过以下方式解决了这个问题:用白色内墙构建一个外壳,白色光线通过其在金属元件上均匀地分散,且具有最大可能的入射角;利用VisionPro3D视觉软件的强大位姿估计功能,其具有检测由反射造成的异常特征并从位姿估计计算中将其消除的能力。

    经过为期九个月的开发和调试期间后,新工厂正在全速运行三班倒。

康耐视3D机器视觉助力汽车制造商取得成功
    康耐视公司供应一系列汽车行业3D机器视觉应用硬件和软件,包括VisionPro®3D软件,用以机器人引导、元件尺寸测量和质量检验。

    康耐视广泛的产品目录及行业最佳的全球系统集成商(SI)网络意味着其能够提供汽车行业利用3D机器视觉技术所需的一切,包括传感器、照明、图像处理引擎和图像处理软件。通过提供经过广泛兼容性和易于集成性测试的硬件和软件,康耐视公司简化了系统设计,加快了客户的投资回报。并且,如果您的3D机器视觉系统设计证明具有挑战性,康耐视公司作为全球最大的机器视觉公司意味着能够为汽车客户提供全球最大的系统集成商和产品支持网络。


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