机器人机器视觉系统帮助汽车制造商

由于汽车制造的高度定制性，必须建立机器视觉检测系统来检测单个组件的多个变体上的缺陷。为了满足这一要求，集成商开发了复杂的系统，包括安装在固定框架上的众多摄像头，定位以捕获产品的许多图像，以保证质量。在这些系统中使用多个摄像机和灯可以从不同角度和不同照明条件下产生复杂组件的图像。

这种视觉检测站不仅在检测汽车生产线上的组件缺陷方面非常有效，而且通常在几秒钟内就能完成。但如今的汽车制造商要求在视觉检测过程中采用更灵活的方法，以解决日益增多的产品变体问题。

在这里，机器人的优势凸显出来。基于机器人的视觉检测是在末端执行器上安装一个或多个带有摄像头和照明的机器人，这些机器人自动移动到组件的关键检查点，以检查特定的特征。在选定了检查点之后，可以对视觉软件进行编程，以检查呈现给它的任何后续产品的位置。如果在后期必须检查另一种具有相应新检查点的产品变体，摄像机设置和重新编程所需的时间比固定帧视觉检测系统更少。

何时使用机器人视觉

Vista Solutions公司副总裁Mike Sirizzotti表示，汽车制造商在决定使用固定框架视觉检测系统还是基于机器人的视觉检测系统时，必须考虑几个因素。一个关键方面是评估检查系统的现有和未来需求，这涉及到确定可用于容纳检查解决方案的工厂地板不动产的数量。可能决定选择哪种系统的其他更复杂的问题包括执行2-D或3-D检查的需要，检查点的数量，周期时间，光学和分辨率要求，也许最重要的是预算。

Integro Technologies总裁兼首席执行官Shawn Campion补充说，确定部件或组件是否可以使用可见彩色或单色摄像机进行检查，或者是否需要其他光谱响应摄像机，如近红外(NIR)、热成像和高光谱成像，也很重要。如果是这样，系统集成商必须确定这些摄像机是在检测单元内的多个点上使用，还是在特定位置使用。如果需要多个摄像头，那么集成商必须确定机器人系统是否可以在不干扰系统运动学的情况下携带所需的有效载荷和相关的照明包。

Sirizzotti表示，在某些情况下，多个智能摄像头解决方案的成本很快就会过高，开发灵活的机器人解决方案是更好的选择。但他承认，这一决定取决于零件或总成是否可以以这种方式进行检查，是否可以满足适当的周期时间，以及机器人系统是否可以集成到现有的制造工艺中。

其他情况可能只适用于占用空间小的系统。Sirizzotti说:“虽然理想的解决方案可能包括一个机器人检测系统，它可以产生更可靠的检测结果，因为摄像机的视野和视角可以定制，但如果空间有限，可能需要采用固定的解决方案，尽管可能需要在可以执行的检测类型上做出一些牺牲。”

利用现有的视觉检查系统

阿尔忒弥斯视觉公司总裁汤姆·布伦南(Tom Brennan)也认为，空间和周期时间是决定采取哪种方法的关键。Brennan还希望在增加运动和机器人之前，以低成本增加固定框架解决方案的灵活性和能力。

布伦南说:“如果所有的处理都在一台工业PC上完成，而且摄像头不是智能摄像头，而是普通摄像头，那么更高的分辨率就能满足预算要求。”“此外，使用液体镜头或镜子来改变焦点可以减轻运动需求。”

Brennan指出，机器人系统可能是最佳选择，因为所需的分辨率和检查次数都很高，或者当需要覆盖感兴趣区域的照明组过多或固定框架系统出现清除问题时。

Brennan说，作为固定框架或基于机器人的系统的替代方案，第三个选择是移动部件或组件本身，但这种方法很少，因为现在必须考虑使用夹具来捡起部件。

但是，如果某个部分已经在其他地方被操纵，则可以利用这项任务来建立检查系统。布伦南说:“有时你需要的动作存在于流程的另一部分，所以我们总是建议在添加动作系统和其他步骤之前，仔细查看整条生产线。”

Brennan举了一个为汽车客户开发的固定框架挡风玻璃检测解决方案，该解决方案利用现有的机器人系统移动部件。“这样做，我们以最具成本效益和破坏性最小的方式解决了问题。”

坎皮恩承认，虽然机器人电池确实提供了更大的灵活性，但它们也有更高的实施和维护成本。例如，如果引入了一个新的部件或检查要求，则需要添加一个替代教学点(姿态)，可能需要补充视觉工具集和替代光源和/或设置。

坎皮恩说:“在所有检查中，都需要考虑到机器人机载摄像头的光学包的焦距和特性。这有时需要两个工程资源——一个视觉工程师和一个控制工程师——来实现和测试系统，从而减缓和增加实现成本。

“机器人系统程序员还必须通过检查位置序列来解释机械手的运动学，以避免奇点——或者在工作空间中，机器人失去了在给定方向上移动末端执行器的能力，无论它如何移动其关节——和机器人错误恢复，”Campion继续说。

Integro Technologies已经为汽车行业实现了许多电机和变速器组装验证单元。在最近的一个项目中，客户最初的目标是在现有的、空间严重受限的生产线上使用协作机器人进行多点检测，因为检测周期很短。通过完整的决策矩阵和讨论点，Integro及其客户同意实施13个摄像头固定安装的检测系统。

在固定框架视觉解决方案的不足之处，基于机器人的视觉系统旨在解决汽车制造商的许多检测要求。鉴于汽车产品变体的数量预计将会增加，以及相应的组件组装复杂性的增长，机器视觉原始设备制造商(oem)和集成商正在开发配备视觉的机器人检测解决方案，以比以往更快、更准确的速度检测出即使是最小的缺陷。

韦恩哈丁是AIA的特约编辑。本文最初发表于视觉在线．AIA是先进自动化协会(A3)的一部分，是CFE媒体的内容合作伙伴。由CFE媒体制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，cvavra@cfemedia.com．

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