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機(jī)器視覺在汽車智造過程的應(yīng)用場(chǎng)景分析

發(fā)布時(shí)間：2022-12-28 12:33:49

導(dǎo)讀

INTRODUCTION

隨著汽車制造向自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化、智能化方向的深入發(fā)展，智能視覺系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景越來越多，使用范圍越來越廣泛，涌現(xiàn)了不少實(shí)際案例，取得了良好效果。

文章信息

本文由「智造汽車」胡昌華原創(chuàng)，數(shù)字化企業(yè)經(jīng)授權(quán)發(fā)布。胡昌華，曾任東風(fēng)公司技術(shù)中心架構(gòu)開發(fā)中心總師，比亞迪第十一事業(yè)部技術(shù)中心總裝工藝專家。

機(jī)器視覺在汽車智造過程的應(yīng)用場(chǎng)景分析(圖1)

智能制造離不開機(jī)器視覺系統(tǒng)，機(jī)器視覺系統(tǒng)的智能化又大幅度地促進(jìn)了智能制造技術(shù)的發(fā)展。本文將結(jié)合作者的實(shí)踐認(rèn)知，分析智能機(jī)器視覺系統(tǒng)在汽車制造過程中的沖、焊、涂、總車間的三類應(yīng)用場(chǎng)景，即特征識(shí)別、視覺引導(dǎo)、尺寸測(cè)量，當(dāng)然可能還有一些應(yīng)用場(chǎng)景作者未識(shí)別到，不盡之處，歡迎補(bǔ)充。

特征識(shí)別

特征識(shí)別是機(jī)器視覺最初使用及使用最普遍的應(yīng)用場(chǎng)景，在各類自動(dòng)裝配線上用機(jī)器視覺拍照與標(biāo)準(zhǔn)樣品的特征，進(jìn)行比較，用于防止零部件錯(cuò)裝、漏裝、多裝，或設(shè)備/工裝/零件的一致性檢查等。

沖壓車間

1）沖壓鈑金件外觀質(zhì)量檢查。在沖壓線成品檢測(cè)區(qū)，安裝機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)，識(shí)別零件表面是否有劃痕、是否有較嚴(yán)重的變形、皺褶、裂紋、缺肉、鼓包等外觀缺陷，一旦發(fā)現(xiàn)可即時(shí)報(bào)警，便于人工或機(jī)器人把有缺陷的零件挑選出來。

2）防錯(cuò)檢查。通過安裝的視覺系統(tǒng)自動(dòng)檢查鈑金件上沖孔的數(shù)量、孔徑是否符合規(guī)格要求，防止發(fā)生多品種生產(chǎn)模具更換沖頭時(shí)出現(xiàn)生產(chǎn)出的零件不符合規(guī)格要求。

3）設(shè)備狀態(tài)異常監(jiān)控。自動(dòng)化沖壓線為了防噪往往需要封閉起來，壓機(jī)、模具、機(jī)器人、端拾器的工作狀態(tài)，可以通過機(jī)器視覺系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)異常即刻報(bào)警，并能把異常時(shí)的狀態(tài)數(shù)據(jù)記錄保存下來，便于分析防止再發(fā)。這種機(jī)器視覺系統(tǒng)也可以應(yīng)用于焊裝、涂裝、總裝的一些重要設(shè)備的動(dòng)態(tài)異常監(jiān)視場(chǎng)景。

焊裝車間

1）焊點(diǎn)質(zhì)量檢查。通過裝在焊接機(jī)器人上高精度視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別焊點(diǎn)的直徑是否符合要求、是否有漏焊、虛焊、過焊等異常焊點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)缺陷即可報(bào)警。

2）涂膠質(zhì)量檢查。良好的焊接密封膠、結(jié)構(gòu)膠的涂膠質(zhì)量是車身質(zhì)量的重要保證，通過安裝在涂膠機(jī)器人或其它自動(dòng)化裝置上的視覺系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)檢測(cè)涂膠質(zhì)量特征，如涂膠面積、長(zhǎng)度、軌跡等，以及有無斷膠、氣泡等表面質(zhì)量問題，可以即時(shí)報(bào)警及返工。

3）自動(dòng)上件識(shí)別。在焊裝線，采用機(jī)器人自動(dòng)焊接的自動(dòng)化率很高，下一步采用機(jī)器人自動(dòng)抓料上件的也會(huì)越來越多，除需要改善料框外，還需要利用機(jī)器視覺系統(tǒng)識(shí)別鈑金件特征、準(zhǔn)確抓取零件并放到夾具上，同時(shí)在多品種生產(chǎn)時(shí)能自動(dòng)識(shí)別差異件、防止錯(cuò)裝。

4）焊接夾具狀態(tài)特征檢查。焊接夾具上的定位銷、壓緊裝置、零件支撐等是保障車身焊接精度的第一道屏障，在自動(dòng)上件、自動(dòng)焊接過程中，可以通過機(jī)器人視覺系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，確保夾具狀態(tài)完好、零件在夾具上的位置正確、壓緊狀態(tài)正常才能完成焊接，發(fā)現(xiàn)異常后及時(shí)報(bào)警，以便技術(shù)人員及時(shí)分析、改善，消除影響焊接尺寸精度風(fēng)險(xiǎn)因素。

5）自動(dòng)檢查車身上焊接螺柱是否正確。利用機(jī)器視覺自動(dòng)識(shí)別車身焊接螺柱的數(shù)量、規(guī)格是否符合工藝要求，識(shí)別焊接螺柱是否歪斜及是否存在焊渣等嚴(yán)重質(zhì)量問題。通過安裝在焊裝質(zhì)量門的機(jī)器視覺自動(dòng)檢查系統(tǒng)，把焊接質(zhì)量問題堵在焊裝車間內(nèi)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)返工，及時(shí)分析、防止再發(fā)，促使焊裝車身質(zhì)量提升的良性循環(huán)。

涂裝車間

1）涂膠質(zhì)量檢查。機(jī)器視覺系統(tǒng)可以用于車身上涂裝密封膠檢查，包括涂膠軌跡、漏膠、多膠、溢膠等涂膠質(zhì)量問題，并借此精細(xì)化優(yōu)化涂膠操作工序。

2）堵蓋數(shù)量檢查。在涂裝車間需要裝配一些車身堵蓋，可采用機(jī)器視覺系統(tǒng)檢查這些堵蓋裝配的是否符合工藝要求，是否有漏裝、多裝、裝錯(cuò)堵蓋等。

3）漆面質(zhì)量檢查。可以利用機(jī)器視覺自動(dòng)檢查車身內(nèi)腔部位是否有漏噴、薄噴色漆，以及外觀漆面是否有漆瘤、流掛、顏色不均、劃痕等漆面質(zhì)量問題。

總裝車間

1）自動(dòng)裝配零件防錯(cuò)。通過機(jī)器視覺識(shí)別輪輞規(guī)格、輪胎上標(biāo)記等，確認(rèn)車輪總成規(guī)格是否符合車型要求；通過拍照快速識(shí)別風(fēng)窗玻璃的規(guī)格（標(biāo)記、特征）、底涂質(zhì)量、玻璃膠軌跡及其表面質(zhì)量狀態(tài)（斷膠、氣泡、搭接不充分、膠型尺寸不符合工藝等異常情況）；動(dòng)力總成姿態(tài)檢查，在動(dòng)力總成自動(dòng)合裝前道工序，利用視覺系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力總成姿態(tài)進(jìn)行檢查（可檢查動(dòng)力總成型號(hào)、在托盤上的姿態(tài)等），以便能順利完成自動(dòng)合裝。

2)底盤裝配質(zhì)量檢查。機(jī)器視覺系統(tǒng)可代替人進(jìn)行底盤裝配質(zhì)量檢查，檢查內(nèi)容包含車身底部是否有漏裝零件（螺栓、螺母）、是否有未安裝到位的標(biāo)準(zhǔn)件、安全項(xiàng)螺栓上是否有擰緊合格標(biāo)記、底盤零件表面是否有劃傷缺陷等。

3)SPS集配/排序揀件識(shí)別。在SPS集配區(qū)或在倉(cāng)庫(kù)零件排序區(qū)，采用機(jī)器視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集配零件的自動(dòng)挑揀識(shí)別，引導(dǎo)機(jī)器人完成零件的揀選及排序，如選電池自動(dòng)排序、天窗總成的自動(dòng)排序等。

4)汽車制動(dòng)液/冷卻液液位檢查。通過機(jī)器人帶視覺系統(tǒng)檢查識(shí)別制動(dòng)液液面、冷卻液液面是否在規(guī)定的刻度線內(nèi)，同時(shí)還可以檢查冷卻液的顏色是否符合工藝要求液體規(guī)格，特別是有些插電混動(dòng)電動(dòng)汽車，其發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液、動(dòng)力電池冷卻液不是同樣規(guī)格的液體，往往采用顏色進(jìn)行區(qū)分，機(jī)器人視覺系統(tǒng)在正確識(shí)別車型后，可通過檢查液體顏色判斷加注是否正確。

5)汽車銘牌核對(duì)檢查。機(jī)器視覺可以很容易自動(dòng)檢查核對(duì)汽車名牌上的文字、參數(shù)、VIN號(hào)等信息是否與所粘貼的車型一致，與檢查人員相比，機(jī)器視覺更快、更準(zhǔn)確，檢測(cè)數(shù)據(jù)更容易建立數(shù)字化檔案。

6)車身表面劃傷檢查。由于總裝工序多、人員多、工具工裝多，如果工藝及管理跟不上，很容易導(dǎo)致車身漆面磕碰傷、劃痕等低級(jí)質(zhì)量問題，可以建立一個(gè)機(jī)器視覺檢查通廊，自動(dòng)檢查這些油漆質(zhì)量問題，并通過信息系統(tǒng)傳輸?shù)杰囬g電子質(zhì)量門和隨車電子檔案中，有表面油漆質(zhì)量問題的車開到返修區(qū)，尤其返修人員通過電子檔案終端很容易讀到這些質(zhì)量問題，并進(jìn)行返工處理及銷項(xiàng)，全部返修合格的車輛才能通過總裝車間電子質(zhì)量門。

機(jī)器人視覺引導(dǎo)

沖壓車間

機(jī)器視覺可以引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行沖壓件自動(dòng)裝箱，裝滿沖壓件的料框由AGV自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至沖壓件倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)鈑金件從沖壓-檢查-裝箱-轉(zhuǎn)運(yùn)全流程自動(dòng)化作業(yè)。

焊裝車間

帶有機(jī)器視覺的AGV 穿梭在線邊，引導(dǎo)AGV將鈑金件準(zhǔn)確送到需要的工位，這種帶有機(jī)器視覺的AGV能自己規(guī)劃路徑、準(zhǔn)確避障、定位料架等功能；

另外在設(shè)計(jì)有焊接夾具庫(kù)的焊裝線，機(jī)器人視覺還能引導(dǎo)自動(dòng)化設(shè)備自動(dòng)完成夾具出入庫(kù)、檢查夾具庫(kù)位是否有障礙物，提升出入庫(kù)作業(yè)安全。

涂裝車間

也許機(jī)器視覺未來能引導(dǎo)機(jī)器人完成自動(dòng)車身表面特定區(qū)域的打磨工作。

總裝車間

1）視覺導(dǎo)航式AGV。總裝車間智能物流使用了大量AGV，而視覺導(dǎo)航式AGV的發(fā)展很快，在視覺系統(tǒng)成本進(jìn)一步降低后，這種視覺導(dǎo)航AGV應(yīng)用數(shù)量會(huì)大量增加。

2）帶有視覺系統(tǒng)的立體庫(kù)移動(dòng)式軌道堆垛機(jī)。立體車身庫(kù)和立體零件庫(kù)得到了很大的發(fā)展，而堆垛機(jī)是必不可少的設(shè)備，給堆垛機(jī)裝上視覺系統(tǒng)，可以有效識(shí)別庫(kù)位上是否有障礙物、移栽時(shí)是否放到了位、取貨時(shí)伸縮叉是否叉到了正確的部位等，增加堆垛機(jī)作業(yè)安全。

3）機(jī)器視覺引導(dǎo)自動(dòng)擰緊。在總裝線上，自動(dòng)擰緊站發(fā)展很快，比如底盤固定螺栓自動(dòng)擰緊站、動(dòng)力電池固定螺栓自動(dòng)擰緊站、后橋總成螺栓自動(dòng)擰緊站等，機(jī)器視覺系統(tǒng)引導(dǎo)機(jī)器人臂帶著擰緊機(jī)完成一個(gè)或多個(gè)螺栓的自動(dòng)擰緊工作。

尺寸測(cè)量

沖壓車間

未來有可能會(huì)利用高精度機(jī)器視覺系統(tǒng)在線快速測(cè)量沖壓件的關(guān)鍵尺寸及形狀，在人工智能技術(shù)的賦能下，實(shí)現(xiàn)在線快速檢測(cè)、快速判斷，使沖壓件的首件檢測(cè)、中間抽檢、末件檢測(cè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化。

焊裝車間

人工智能與機(jī)器視覺的融合，促進(jìn)了機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺測(cè)量精度得到了大幅度提升。在焊裝車間可以利用機(jī)器視覺技術(shù)在線測(cè)量前后風(fēng)窗的尺寸及形狀是否合格，防止不合格的車身流入總裝車間影響風(fēng)擋玻璃的自動(dòng)安裝。另外也有可能能夠在線快速檢測(cè)車身上用于安裝前/后保險(xiǎn)杠、前/后大燈固定點(diǎn)位的尺寸是否在要求的公差之內(nèi)，為骨骼精度在線快速檢測(cè)控制提供技術(shù)支撐。

總裝車間

1）外廓尺寸檢查。一款新車型投產(chǎn)后，該車型的外廓尺寸需要進(jìn)行抽檢，監(jiān)控其變化。機(jī)器視覺可以很好地承擔(dān)這個(gè)在線快速檢測(cè)的任務(wù)，代替人工對(duì)汽車的長(zhǎng)、寬、高等外廓尺寸進(jìn)行在線測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)，形成測(cè)量大數(shù)據(jù)監(jiān)控報(bào)告。

2）間隙面差測(cè)量。在人工智能、邊緣計(jì)算、點(diǎn)云匹配、三維數(shù)模重建、AI深度學(xué)習(xí)、高級(jí)算法等技術(shù)高度賦能下開發(fā)的AI機(jī)器視覺測(cè)量系統(tǒng)，通過在特定排除雜光干擾的工位，由多臺(tái)機(jī)器人+高精度3D相機(jī)+計(jì)算機(jī)三維視覺測(cè)量系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)整車間隙面差的快速在線測(cè)量，尺寸精度0.1mm,機(jī)器人柔性控制、三維數(shù)模重建、點(diǎn)云匹配等技術(shù)為一體，可應(yīng)用于焊裝、總裝車間對(duì)車身間隙面差進(jìn)行100%全檢。專業(yè)的在線檢測(cè)軟件和獨(dú)有的傾斜偏轉(zhuǎn)矯正算法配合高性能處理器，能夠保證測(cè)量結(jié)果精確的同時(shí)實(shí)現(xiàn)整車快速測(cè)量。機(jī)器人視覺間隙面差測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)器代替人工檢測(cè)，更重要的是間隙面差數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取、分析、判斷、預(yù)警，通過在線指示系統(tǒng)引導(dǎo)返修工進(jìn)行在線調(diào)整，而且還可以通過大量檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可以提前從源頭采取預(yù)控措施防止間隙面差超出合格范圍。

3）機(jī)器人裝配定位坐標(biāo)測(cè)量。在總裝自動(dòng)化智能裝配站，需要采用3D機(jī)器視覺對(duì)裝配部位進(jìn)行精確3D坐標(biāo)定位，以便機(jī)器人準(zhǔn)確安裝零部件。比如安裝車輪總成，機(jī)器人帶著3D視覺事前對(duì)輪轂上的安裝孔或螺栓頭進(jìn)行快速拍照，準(zhǔn)確測(cè)定每個(gè)螺栓孔或螺栓頭的3D坐標(biāo)，定位精度可以達(dá)到0.1mm,把測(cè)得的3D坐標(biāo)值傳給機(jī)器人后實(shí)現(xiàn)定位安裝；再比如在安裝風(fēng)窗玻璃時(shí)，也要事前測(cè)得風(fēng)窗邊框的3D坐標(biāo)值，以及一些特征點(diǎn)的3D值（如定位銷孔等），機(jī)器人再接到風(fēng)窗邊框的這些定位數(shù)據(jù)后，引導(dǎo)機(jī)械臂快速安裝風(fēng)窗，并保證安裝后風(fēng)窗與四周的間隙均勻。機(jī)器視覺在總裝零件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配中應(yīng)用案例還有很多，不一一列舉，可以說，有了機(jī)器視覺，總裝零部件的自動(dòng)裝配將變得更容易實(shí)現(xiàn)了。

總之，機(jī)器視覺技術(shù)將改變汽車制造過程的許多方面，為汽車生產(chǎn)的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化制造提供許多應(yīng)用場(chǎng)景，取代許多人們不愿意從事的工作崗位或簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，不管你愿不愿意，但這都是一個(gè)趨勢(shì)。

本文所列舉的應(yīng)用場(chǎng)景中一些場(chǎng)景已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)際應(yīng)用，另一些場(chǎng)景的應(yīng)用正在研究實(shí)施中，也有一些應(yīng)用場(chǎng)景現(xiàn)在還未實(shí)現(xiàn)，更有許多應(yīng)用場(chǎng)景需要廣大從業(yè)者去發(fā)現(xiàn)、去開發(fā)應(yīng)用案例。隨著國(guó)產(chǎn)的視覺系統(tǒng)、技術(shù)水平、運(yùn)算速度、定位精度、圖像處理、深度學(xué)習(xí)能力的提升，以及3D視覺成本價(jià)格的大幅度降低，機(jī)器視覺技術(shù)在汽車制造中將得到更廣泛、更深入的應(yīng)用。

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