目前在汽車和卡車中使用的大多數(shù)發(fā)動機缸體采用砂型鑄造工藝制造，該工藝涉及將熔融金屬澆注到砂模中。完成鑄造后，將發(fā)動機缸體冷卻，然后進一步加工以去除表面缺陷。

 

圖1：一家大型汽車供應商正在使用配備了機器人視覺檢測系統(tǒng)的定制自動化生產線，檢查發(fā)動機缸體是否存在缺陷。

 

完成機械加工步驟后，必須對發(fā)動機缸體進行檢查，檢測缸體加工面上是否存在缺陷，例如劃痕等。

此外，系統(tǒng)必須確保能夠檢查鉆孔和冷卻劑通道中是否存在螺紋，并檢查是否有鑄造過程中的氣體和污染物造成的空隙或孔（孔隙效應）。

還需要在同一個檢查站讀取缸體上打印或激光標記的條形碼或字母數(shù)字組合數(shù)據(jù)，然后才能進入下一階段的裝配過程。

 

這是一家為母公司和其他汽車制造商供應發(fā)動機的大型汽車制造商所面臨的任務。為了完成發(fā)動機缸體檢查任務，該公司與Harry Major Machine公司簽訂了分包合同，建立一條配備機器人視覺檢查系統(tǒng)的定制自動化生產線（見圖1）。

 

與許多此類系統(tǒng)一樣，機械工程和機器人視覺的結合，使得這種系統(tǒng)獨一無二。

當發(fā)動機缸體完成最后的加工并進入系統(tǒng)傳送帶時，通過與工廠的可編程邏輯控制器（PLC）連接的接近開關，在視覺站檢查到它們的存在。該PLC驅動旋轉提升機構（圖1中顯示的紅色部分），將發(fā)動機缸體（未顯示）提升到輸送機上方。

由于不要求對發(fā)動機缸體的平底面進行檢查，所以僅需檢查頂部的氣缸蓋表面和缸體四周的側面。這可以通過具有視覺功能的機器人來實現(xiàn)，機器人能夠圍繞發(fā)動機缸體的四個側面移動，保持缸體在生產線上靜止不動。然而，為了生產出低成本高效益的系統(tǒng)，Harry Major Machine的工程師決定將發(fā)動機缸體旋轉180°，這樣就可以使用低價的Fanuc LR Mate 200iD來完成相同的任務。

自動化檢查

為了對發(fā)動機缸體進行自動化檢查，需要為LR Mate 200iD機器人配備兩個相機系統(tǒng)。由于Harry Major Machine的專家正在為汽車制造商建立自動化生產線系統(tǒng)，該公司與Leoni Engineering Products & Services公司簽訂了分包合同，合同任務是設計一個能夠檢查發(fā)動機缸體的機器人視覺系統(tǒng)。

 

圖2：雖然可以使用寬視場（FOV）相機檢查孔隙區(qū)域、并檢查是否存在塞和鉆孔內的螺紋，但需要較高的分辨率來捕獲缸體上的條形碼和凸起點噴字母數(shù)字。從圖1中可以看出機器人上裝配的相機。

 

雖然可以使用寬視場（FOV）相機檢查孔隙區(qū)域、并檢查是否存在塞和鉆孔內的螺紋，但需要較高的分辨率來捕獲缸體上的條形碼和凸起點噴字母數(shù)字（見圖2）。

 

為了獲取孔隙區(qū)域的圖像，使用配備Edmund Optics 8.5mm鏡頭的康耐視In-Sight 7802智能相機，將其安裝在LR Mate 200iD機器人上。為了高亮顯示發(fā)動機缸體上的缺陷，將Smart Vision Lights光源的平面漫射光耦合到相機。通過使用這種較小波長的光線，并將8.5mm鏡頭與Midwest Optical Systems公司的藍色帶通濾光片相結合，可以看出劃痕等缺陷的對比，并且可以更有效地捕獲發(fā)動機缸體上的任何空隙和孔。

 

圖3：由于發(fā)動機缸體的尺寸非常大，因此機器人視覺系統(tǒng)需要穿過預編程的路徑，以獲取需要檢查的突出部件的圖像。

 

為了獲取發(fā)動機缸體上的激光蝕刻和點噴標記的圖像，需要較高分辨率的成像。再一次，使用安裝在LR Mate 200iD上的康耐視In-Sight 7802智能相機來獲取代碼的圖像，但該智能相機配備了Edmund Optics的16mm鏡頭，以獲得所需的更精細的細節(jié)。16mm鏡頭不是使用平面漫射光來照亮字母數(shù)字和條形碼，而是配備了Smart Vision Lights的RM75藍色LED環(huán)形燈。這樣允許以部分明場/暗場模式使用光源，一旦16mm鏡頭配備藍色帶通濾光片，字母數(shù)字和2D條形碼的對比度將變得更加明顯。

機器人和視覺

在操作中，圖像表面、螺紋孔、字母數(shù)字和二維條碼的檢查分兩個階段進行。在發(fā)動機缸體升高到位后，捕獲發(fā)動機缸體頂部和最近的兩個側面的圖像。捕獲到這些圖像后，將缸體旋轉180°再捕獲剩余兩側的圖像。然后使用安裝在兩個In-Sight 7802智能相機中的In-Sight Explorer軟件分析這些圖像。

由于發(fā)動機缸體的尺寸非常大，因此機器人視覺系統(tǒng)需要穿過預編程的路徑，以捕獲需要檢查的突出部件的圖像（見圖3）。這包括檢查缸體表面是否有劃痕和孔隙缺陷、檢查安裝孔中是否有螺紋、是否有密封塞，并讀取打印在零件上的二維碼以及人類可讀代碼。在圖3中，可以在圖像的中心看到要查找的密封塞，而在上部中心可以看到字母數(shù)字和二維碼。

 

當視覺系統(tǒng)在缸體的表面上方移動時，由相機系統(tǒng)捕獲圖像。但是，沒有必要處理整幅圖像，因為只需要分析圖像中的特定區(qū)域。

 

圖4：對于任何孔隙缺陷，可能只需要分析圖像的一部分。為此，首先將機器人移動到特定的已知位置，并捕獲發(fā)動機缸體的一個區(qū)域的圖像（a）。然后使用預編程的方式隔離需要檢查的區(qū)域（以紅色顯示）（b）。

 

例如，對于任何孔隙缺陷，可能只需要分析圖像的一部分。為此，首先將機器人移動到特定的已知位置并捕獲發(fā)動機缸體的一個區(qū)域的圖像（見圖4a）。然后使用預編程的方式隔離需要檢查的區(qū)域（見圖4b）。這些區(qū)域是針對每個具體的發(fā)動機缸體手動預編程的，之后系統(tǒng)自動運行。

 

在圖4b中，要檢查的區(qū)域以紅色突出顯示。為了檢查孔隙缺陷，使用配有8.5mm鏡頭和平面漫射光源的In-Sight 7802智能相機捕獲圖像。然后使用在In-Sight 7802相機中運行的康耐視In-Sight blob finder工具來分析圖像。

類似地，為了檢查零件的鉆孔中是否存在螺紋，同樣使用了康耐視PatMax視覺工具。然后使用配有16mm透鏡和環(huán)形燈的In-Sight 7802智能相機讀取字母數(shù)字和點噴數(shù)據(jù)，在智能相機中運行康耐視2DMax二維碼讀取器和讀取字母數(shù)字數(shù)據(jù)的OCR/OCV工具。

然后，將檢查任務的結果通過以太網傳輸?shù)较到y(tǒng)的PLC中。發(fā)動機缸體通過所有檢查任務后，可以繼續(xù)在輸送機上輸送到下一個裝配站。如果發(fā)現(xiàn)任何缺陷，則將二維碼發(fā)動機缸體轉移到單獨的工位進行再加工。

目前，該系統(tǒng)已經在汽車制造商處運行，用于檢查發(fā)動機缸體的機加工表面上小至0.8mm的缺陷，并驗證是否存在螺紋孔和芯塞。系統(tǒng)還以72秒的周期測量發(fā)動機缸體上軸承蓋的定位，并驗證缸體上的字母數(shù)字和二維碼。