机器视觉在灵活性传感器福特车身面板的选择

在最终组装过程中，许多螺纹铜螺柱被用于将组件连接到汽车车身面板上，如轮孔。与传感器阵列相比，机器视觉能更好地检查汽车车身面板和读取条形码。传统上，通过使用机器人将部件呈现给接近开关阵列来检查面板是否存在螺柱。但是，每当有新型号或设计更改时，从交换机故障到需要安装更多交换机的平均时间很短，这导致了沉重的维护成本。福特在传统方法的基础上进行了改进，使用机器视觉来检查螺栓的存在，并读取车身上的条形码。机器视觉系统是高度可靠的，可以处理新模型或设计变化与程序的快速变化。

福特为该应用选择的机器视觉系统提供了与流行的可编程逻辑控制器(plc)和机器人接口的模板，易于编程，紧凑而坚固的设计非常适合生产环境，成本合理。

47 MPG额定

福特在其Flat Rock装配厂投资5.55亿美元，以建造一个最先进的、完全灵活的车身车间，能够生产多辆汽车。福特在生产福特Fusion的工厂增加了1200个工作岗位，并将继续在那里生产福特野马。福特还升级了工厂的油漆车间，采用了一种环保的三湿式油漆工艺。下一代Fusion为中型车提供了多种节能的动力系统，包括两台ecoboost汽油发动机、一台正常吸气的四缸发动机、一款混合动力发动机和一款插电式混合动力发动机。新的融合混合动力史无前例的47英里/加仑EPA评级使其成为美国最省油，不可充电的轿车。在每一个新的大型工厂项目中，福特都在显著提高其设备和设施的灵活性，以便在一个地点生产多辆汽车。到2015年，福特全球每间工厂的衍生品产量将比2011年增加25%。

作为增加平岩装配厂灵活性的一部分，福特仔细检查了目前的检查方法。在车身面板上安装前，确保所有螺栓都到位是至关重要的，因为在组装缺少螺栓的面板时，有必要在拆卸故障面板进行维修时中断组装过程。铜螺柱通过螺柱焊枪组装到面板上，螺柱焊枪将螺柱固定在适当的位置，并在螺柱和车身面板之间划出一条弧线。

到2015年，福特全球每间工厂的衍生品产量将比2011年增加25%。

过去用于检查螺柱的接近开关的故障率相对较高，因为在检查过程中，每个车身面板上的螺柱都可能撞到开关。不同的型号、变体和设计更改通常使用不同的螺柱布局，因此必须为每种布局添加额外的接近传感器。传统的方法需要维修人员花费大量的时间来更换故障的接近传感器，并根据设计变化和新型号和变体添加新的传感器。

灵活性更强，维护成本更低

福特汽车控制工程师Scott Vallade表示:“我们决定在这个应用程序上改用机器视觉，以提高灵活性，减少维护费用。”“我们的Fusion汽车有很多车身面板检测应用，所以我们的目标是找到一种经济的解决方案，解决所有这些应用。对于大量的应用程序，我们也有兴趣通过寻找一种易于编程的工具来减少实施时间，该工具可以使用标准的输入/输出方案进行定制，该方案将与工厂的所有机器人和可编程逻辑控制器一起工作，使集成商能够设置每个应用程序，以专注于视觉问题。我们想要一种经济的解决方案，可以在植物环境中生存。”

Vallade表示，所选择的摄像头“最适合我们的车身面板检测应用”，支持多种通信协议。供应商“建立了一个自定义模板，与我们工厂中的所有设备通信，以便我们的集成商可以专注于编程视觉应用程序。”

视觉系统包括预配置的驱动程序、现成的模板和示例代码，以加速系统设置，并确保与工厂自动化机器人和控制器的顺畅通信。包括用于开放标准工业以太网通信协议的驱动程序、模板和示例代码，例如MC协议、Ethernet /IP和Profinet，用于连接到三菱、罗克韦尔自动化、西门子和其他制造商的各种plc和其他自动化设备。ABB、电装、发那科、川崎、库卡、Motoman和Staubli的机器人都有预配置的驱动程序、现成的模板和示例代码。

无需编写代码的愿景

灵活的用户环境使得无需编写一行代码就可以以图形方式设置几乎任何检查应用程序。从零件的图像开始，用户首先在网络上找到视觉系统，然后引导用户触发视觉系统并设置刻度和非线性校准。用户可以从视觉工具库中选择检查部件。用户选择要发送的数据和与PLC、机器人或人机界面(HMI)通信的协议，用于数据收集和归档。在部署模式下，工具图形、结果表和幻灯片控件可用于验证和排除应用程序故障。摄像机包含在75毫米× 55毫米× 47毫米的IP67包装中，旨在在工厂环境中生存。

在目前的应用中，摄像机是静止的，机器人将零件移动到检查的位置。未来的应用还将使用机器人将视觉系统移动到适当的位置，以检查静止的车身面板。螺栓的数量和方向决定了检查所有螺栓所需的摄像机数量。目前的应用包括罩和仪表盘总成和左、右车轮外壳。有15到17个螺柱变体的风罩和仪表板总成和10到12个螺柱变体的驾驶室。每个面板都用两个视觉系统进行检查。

视觉系统是可编程的，所以他们可以适应新的模型和设计变化，一个简单的程序改变。

摄像机通过以太网/IP协议连接到机器人或PLC。PLC或机器人告诉摄像机正在检查哪个型号以及使用哪个程序。机器人将零件放置在相机或多个摄像机前，机器人或PLC向相机或多个摄像机发送信号以获取图像。摄像机对零件进行检查，并根据程序确定零件检查是否通过。然后摄像头向机器人或PLC发送信号。如果零件检查不合格，则PLC向操作员发出信号，更换坏面板。

积分器开发应用

每个应用程序都由一个视觉集成商实现，他们为应用程序决定最佳的照明和视觉工具。迄今已有两种方法。一种是基于blob工具，它可以根据对象的形状识别对象。第二，基于直方图工具，将数字图像的色调分布的图形表示与保存好的部分的表示进行比较。视觉系统还用于读取身体上的二维条形码。条形码被传递到另一个系统，该系统在车辆从车身车间释放之前进行检查，以确保车辆没有任何问题。

Vallade说:“购买和安装视觉系统的初始成本比12个接近传感器还要高。然而，接近传感器会产生下游成本，例如更换传感器的成本、维护所需的人工和停机时间。我们还需要考虑为新变体的设计变更做准备所需的额外工作，以及从一个变体切换到另一个变体时可能需要的转换。通过切换到机器视觉，我们安装了一个非接触式检测系统，可以持续多年而不需要任何重大维护，从而大大降低了下游成本。视觉系统是可编程的，所以他们可以适应新的模型和设计变化，一个简单的程序改变。归根结底，机器视觉将大大降低我们的整体检测成本。”

——作者:康耐视公司市场开发经理约翰·刘易斯(John Lewis)控制工程而且设备工程，mhoske@cfemedia.com．

在线

有关机器视觉和汽车制造，请参阅下面的相关链接。

www.globalelove.com/machinevision

www.cognex.com

关键概念

• 福特通过将传感器转换为机器视觉来检查车身面板，从而提高了灵活性。
• 非接触式机器视觉检测系统避免了接近传感器的维护，降低了整体检测成本。
• 视觉系统通过简单的程序更改来适应新模型和设计更改。

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