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提供視覺(jué)系統(tǒng)整體解決方案
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信息來(lái)源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2021-08-16
Piston Group公司位于美國(guó)密歇根州的雷德福德和密蘇里州的利柏提，其為七種不同的車型生產(chǎn)冷卻模塊。這些冷卻模塊由五條不同的裝配線進(jìn)行生產(chǎn)，每條裝配線依次生產(chǎn)50種以上不同的類型以滿足客戶的需求。每個(gè)模塊都需要進(jìn)行多種不同檢測(cè)，包括驗(yàn)證生產(chǎn)的多樣性、檢查電氣連接和所有尺寸要求。過(guò)去，檢測(cè)是在自動(dòng)檢查站進(jìn)行的，利用配有線性探測(cè)器、視覺(jué)系統(tǒng)和多種傳感器的多個(gè)氣動(dòng)滑閥檢測(cè)不同的元件。這種方法的問(wèn)題是每個(gè)單獨(dú)的滑閥要花費(fèi)約15000美元或更多，而且在相應(yīng)的元件規(guī)格或設(shè)計(jì)發(fā)生變化時(shí)必須更換滑閥。
使用機(jī)器視覺(jué)更換滑閥的傳統(tǒng)方法需要30個(gè)不同的固定式攝像頭，每個(gè)都有特殊的照明要求。Piston Group研發(fā)了一種更加廉價(jià)和靈活的解決方案，即在Fanuc®機(jī)器人上安裝一個(gè)尚菱視界In-Sight® 5603視覺(jué)系統(tǒng)。這個(gè)機(jī)器人將視覺(jué)系統(tǒng)移動(dòng)到一定位置上，在不到45秒內(nèi)捕捉30張以上圖像，從而對(duì)模塊進(jìn)行全面檢測(cè)。只需進(jìn)行幾小時(shí)的編程，即可輕松對(duì)In-Sight視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行修改以檢測(cè)將來(lái)的設(shè)計(jì)變更。這種新的檢測(cè)系統(tǒng)可以更精確地檢測(cè)更多的點(diǎn)，同時(shí)降低了40%的原始成本和80%的再加工成本，大大提高了質(zhì)量。
Piston Group為復(fù)雜的模塊化組件提供序列化和非序列化的初步組裝部件。該公司組裝各種模塊，包括前端冷卻系統(tǒng)、懸掛和底盤系統(tǒng)、內(nèi)飾系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)。在此應(yīng)用中生產(chǎn)的冷卻模塊包括電機(jī)與前保險(xiǎn)扛之間差不多所有元件：核心支撐、散熱器、電風(fēng)扇、AC冷凝器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向器和傳輸冷卻器、儲(chǔ)液器、軟管、線束以及許多其它小部件。這些模塊內(nèi)置在許多不同的配置中。例如，大多數(shù)生產(chǎn)線使用20多種不同的線束，這取決于客戶選擇的模型和選項(xiàng)?？蛻裘刻煜騊iston Group發(fā)布信息，表明所需的前端模塊配置和它們的生產(chǎn)序列。
嚴(yán)苛的質(zhì)量要求
各模塊的質(zhì)量要求都十分嚴(yán)苛。首先，每個(gè)模塊及適當(dāng)?shù)木€束和其它部件必須針對(duì)其將安裝的車輛正確配置。其次，許多部件需要在嚴(yán)格的尺寸公差范圍內(nèi)安裝。一些軟管和夾鉗必須在1mm的指定位置內(nèi)安裝。所有電氣連接件必須充分固定并投入使用。
過(guò)去，許多這些檢測(cè)都是在檢查站利用安裝在滑閥上的機(jī)械探測(cè)器進(jìn)行的。這種方法要求為每個(gè)待檢查的尺寸專門設(shè)計(jì)和生產(chǎn)自定義滑閥。每當(dāng)尺寸改變時(shí)，必須修改或者采用新設(shè)計(jì)更換滑閥。一個(gè)全新汽車模型的再加工成本一般約為15萬(wàn)美元，需要大約兩個(gè)星期的停機(jī)時(shí)間，以改造整個(gè)檢查站。在模型轉(zhuǎn)換之前，該公司會(huì)小批量地制造新的試生產(chǎn)模型元件，由于檢查站沒(méi)有轉(zhuǎn)換，因此必須人工檢測(cè)這些元件。許多檢測(cè)，如確定元件是否正確識(shí)別和安裝，由質(zhì)量工程師通過(guò)200%的目視檢測(cè)進(jìn)行。新系統(tǒng)的靈活性允許同時(shí)適應(yīng)現(xiàn)有的和新的模型生產(chǎn)，從而減少了這種對(duì)目視檢測(cè)的依賴性。
“每次客戶進(jìn)行單一的工程變更時(shí)，成本至少為15000美元，”Piston Group制造工程總監(jiān)Kevin Miller說(shuō)道，“我們希望實(shí)施一種靈活的視覺(jué)系統(tǒng)，以降低成本和縮短轉(zhuǎn)換的周轉(zhuǎn)時(shí)間。此外，我們也希望減少所需的人工檢測(cè)數(shù)量，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。通常的做法是每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)使用一個(gè)攝像頭。這種方法會(huì)占用現(xiàn)有設(shè)備上的太多空間，并且成本太高?！?
使用單一的視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行多項(xiàng)檢測(cè)
傳統(tǒng)上，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都使用單獨(dú)的相機(jī)，因?yàn)槊總€(gè)檢測(cè)點(diǎn)通常需要非常特定的照明和相機(jī)焦距，以實(shí)現(xiàn)所需的精度。此外，當(dāng)考慮使用單一的相機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)拍攝多張圖像時(shí)，相機(jī)速度也是一個(gè)關(guān)注的問(wèn)題。但尚菱視界視覺(jué)系統(tǒng)技術(shù)的不斷演變使一臺(tái)安裝在機(jī)器人上的相機(jī)精確地檢測(cè)多個(gè)點(diǎn)成為了可能。
“我們與McNaughton McKay Electric的視覺(jué)和可追溯性團(tuán)隊(duì)合作，以確定適合此應(yīng)用的適當(dāng)相機(jī)，”Piston Group的控制工程師Patrick O’Dell說(shuō)道，“我們選擇了尚菱視界，因?yàn)槠湟曈X(jué)系統(tǒng)提供此應(yīng)用中涉及的許多不同點(diǎn)的檢測(cè)所需的各種工具。此外，尚菱視界PatMax® 幾何圖案匹配工具可以精確地確定元件的位置，從而顯著地提高精度。一臺(tái)尚菱視界In-Sight 5603可在不到45秒內(nèi)精確地檢測(cè)許多不同位置上30多種完全不同的特征，因此完全滿足此應(yīng)用的要求。在整個(gè)工廠內(nèi)，我們目前正使用這臺(tái)相機(jī)進(jìn)行90多種不同的檢測(cè)。”
視覺(jué)系統(tǒng)編程
O’Dell使用尚菱視界In-Sight軟件為檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行編程，該軟件使用電子表格（Spreadsheet）編程界面?！半娮颖砀窠缑嫣峁O致的編程靈活性，”O(jiān)’Dell說(shuō)道，“其提供每種可以想象到的視覺(jué)工具的訪問(wèn)權(quán)，讓我只需復(fù)制一個(gè)類似的操作并作一些調(diào)整即可創(chuàng)建一個(gè)新的檢測(cè)操作。”檢測(cè)站的首個(gè)操作是讀取元件的RFID標(biāo)簽以確定模塊類型。模塊類型確定機(jī)器人程序/路徑和視覺(jué)檢測(cè)程序。
O’Dell使用PatMax工具確定冷卻模塊固定位置的定位，然后在該位置進(jìn)行所有后續(xù)的檢測(cè)操作。他使用了直方圖工具，以在檢查正確的模塊內(nèi)容時(shí)確定部件的存在或缺失。他使用PatMax工具定位軟管夾和消光組件上的特征（如軋制滾珠檔塊），以確定軟管夾的位置。然后，他使用一種距離測(cè)量工具確定軟管夾與該特征之間的距離。每次測(cè)量時(shí)，O’Dell均在電子表格中輸入一個(gè)較高值和一個(gè)較低值。電子表格中的這些值表示直方圖的亮度和測(cè)量的距離。此外，還讀取多個(gè)部件上的條形碼，以確保安裝正確編號(hào)的元件。
O’Dell嘗試了多種不同的照明設(shè)置，最終找到了一種環(huán)形照明集成到相機(jī)中，用于每種應(yīng)用。每次檢測(cè)的所有圖像均進(jìn)行序列化處理并采集到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，以回溯到每個(gè)組裝的模塊。O’Dell嘗試了多種不同的圖像存儲(chǔ)方法，最終發(fā)現(xiàn)最快速的辦法是在循環(huán)期間將它們存儲(chǔ)在本地，然后在傳輸元件時(shí)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)ControlLogix可編程邏輯控制器（PLC）同時(shí)控制機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)。當(dāng)處理每個(gè)圖像時(shí)，僅啟用小部分的電子表格，以節(jié)省處理時(shí)間。Cognex Connect?包括最常用的開放式標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)和Fieldbus通信協(xié)議支持，確保無(wú)障礙地連接到PLC以及來(lái)自Mitsubishi、Rockwell、Siemens和其他制造商的各種自動(dòng)化設(shè)備。
O’Dell對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行了量具可重復(fù)性和可靠性（R&R）研究，作為冷卻模塊“生產(chǎn)元件批準(zhǔn)流程（PPAP）”提交的一部分。他在電子表格中設(shè)置了各種值，以確保不會(huì)漏掉任何不合格的元件。此設(shè)置可能導(dǎo)致一小部分（少于0.4%）合格元件無(wú)法通過(guò)此檢測(cè)。這些誤被視為不合格的產(chǎn)品需要質(zhì)量技術(shù)員進(jìn)行檢測(cè)，可以通過(guò)一個(gè)為了可追溯性而記錄的密碼通過(guò)檢測(cè)。有一些項(xiàng)目無(wú)法通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)樗鼈兇嬖谔嗟淖兓?，如線束推針位置。他向客戶的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供了反饋，以推動(dòng)變更的進(jìn)行，從而使通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)這些項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)變得更容易。
當(dāng)一個(gè)元件沒(méi)有通過(guò)檢測(cè)時(shí)，程序?qū)⒉杉⑻幚砹硪粓D像。如果該元件再次未能通過(guò)檢測(cè)，PLC將發(fā)出警報(bào)，RSViewME人機(jī)界面（HMI）將在屏幕上呈現(xiàn)未能通過(guò)的檢測(cè)圖像以及失敗的文字描述。操作員或團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)將對(duì)該失敗作出反應(yīng)。在某些情況下，例如，如果軟管夾未在適當(dāng)?shù)奈恢没蛘咄漆樔笔В僮鲉T可以解鎖柵極并修理元件。然后，重新運(yùn)行所有檢測(cè)操作，以確保問(wèn)題的解決沒(méi)有引起又一次失敗。如果元件通過(guò)了測(cè)試，那么，該生產(chǎn)線將從其停止的點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行。
存儲(chǔ)圖像有助于避免罰款
連接到服務(wù)器并存儲(chǔ)每個(gè)圖像的能力非常重要。在一個(gè)案例中，一位客戶表示，他們收到了一個(gè)剎車片缺失的制動(dòng)角模塊。然而，所存儲(chǔ)的圖像卻顯示，模塊在Piston制造時(shí)，剎車片有呈現(xiàn)。該客戶調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，車輛由于另一個(gè)原因進(jìn)行修理，在修理過(guò)程中，剎車片被碰掉了?！斑^(guò)去，我們將不得不為此支付一筆罰款，我們的質(zhì)量得分也會(huì)被降低，”O(jiān)’Dell說(shuō)道，“現(xiàn)在，我們可以使用硬數(shù)據(jù)證明我們沒(méi)有過(guò)錯(cuò)。”
相比以前使用的檢測(cè)方法，視覺(jué)系統(tǒng)可以更精確地進(jìn)行檢測(cè)。例如，由于元件累積公差值和如何回溯至我們的夾具基準(zhǔn)點(diǎn)的限制，機(jī)械探測(cè)器確定軟管夾位置的精度僅能夠達(dá)到+/- 4 mm。而視覺(jué)系統(tǒng)現(xiàn)在可提供達(dá)到+/- 1mm的精度，因?yàn)槲覀兝肞atMax能夠在相機(jī)的視野范圍內(nèi)定位特定的點(diǎn)并在那里進(jìn)行三維讀取，而不是試圖基于夾具基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。此外，視覺(jué)系統(tǒng)還可檢測(cè)該公司過(guò)去使用機(jī)械探測(cè)器能夠檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量的兩倍?！翱傊?，相比傳統(tǒng)的檢測(cè)站，我們可以更精確地檢測(cè)更多的點(diǎn)，同時(shí)降低了40%的前期成本和80%的轉(zhuǎn)換成本，大大提高了質(zhì)量，”Miller總結(jié)道。
