发动机涂装线视觉系统项目的策划与分析

万阳　江益群　周智勇　于建新　邹文峰　管大林

摘 要：發动机上线前，现场员工对每台机器的二维码进行读取，将读取后的二维码内容发送到现场的服务器中，同时也将读取到的二维码发送至视觉上位机中，视觉上位机对读取到的二维码的内容进行分析，判断出该发动机为什么型号，将信息发送给机器人，PLC 根据发动机型号进行机械动作，将相机和光源调整到对应发动机的检测位置。发动机在生产线上流动，到达指定位置后，机器人给相机发送拍照信号，相机进行照片采集，相机并将图片发送至工控机中，计算机对图片进行分析处理，并综合所有的检测结果，给出一个 OK（合格）或者 NG（不合格）的信号。

关键词：发动机涂装;视觉采集;策划与分析

中图分类号：TB497  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）11-234-03

Abstract： Before the engine is put on line， the field staff will read the Qr Code of each machine， send the content of the Qr Code to the field server， and also send the Qr code to the visual host computer， the visual host computer analyzes the content of the two-dimensional code it reads， determines the type of the engine， sends the information to the robot， and the PLC performs mechanical actions according to the type of the engine， adjust the camera and light source to the detection position of the corresponding engine. The engine flows on the production line， after reaching the designated position， the robot sends a photo signal to the camera， the camera collects the photo， the camera sends the picture to the industrial control computer， and the computer analyzes and processes the picture， and synthesize all the test results， give a OK qualified or NG unqualified signal.

Keywords： Engine Painting; Visual Acquisition; Planning and Analysis

CLC NO.： TB497  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-234-03

1 引言

发动机机器视觉检测系统（E_MVI系统）主要是实现发动机表面的错、漏装检测。机器视觉就是利用机器代替人眼做各种测量和判断。机器视觉系统可以实现生产线效率和自动化程度的提高。且该系统可与原有信息管理系统接轨，是智能工厂的重要支持。可以在保质保量完成生产任务的前提下，快速分辨质量缺陷并记录，方便后期质量追溯，有利于产品质量的持续优化。

2 方案策划

2.1 方案设计输入

设备运行节拍4min/台;检测发动机5个表面的零部件错装漏装情况，记录并储存;有不合格情况，设备报警转入人工处理;多种产品可共用此套设备，通过扫描二维码识别产品信息;噪音工作环境下不大于70db，环境条件湿度59%～87%，温度-10～40℃。

2.2 发动机轮廓尺寸及重量特性收集可行性分析

（1）发动机最终下线进行外围轮廓尺寸扫描并记录数据这项功能可以集成到此视觉系统中。如若使用相机拍照识别测量技术来实现的话，将要面对因发动机尺寸较大需将镜头放置较远位置拍摄发动机全貌的问题（但因为需要对发动机各个表面进行整体拍照留存，故此问题不可避免），针对此问题可以采用类似光幕扫描传感仪器进行外部尺寸的测量记录工作。

（2）发动机重量特性的收集工作不能使用视觉系统来实现，但可以添加设备进行测量并传输数据至系统中进行存储记录。在后整理线在线测量发动机重量需将发动机抬升一定高度进行测量，相关视觉系统厂家无类似应用案列，但表示可以实现此项功能。发动机进行重量特性数据收集有利于为发动机的轻量化工作提供详细的理论数据支撑。

综上所述，发动机下线外围尺寸及重量特性收集功能是可以集成到视觉系统中的。

2.3 初步方案

结合生产现场以及相关要求，初步提出两种可行方案备选：①私服系统配合视觉系统、②机器人系统配合视觉系统，简图如下：

需要被检测的发动机设备体积较大，为 1.5m*1.2m*1m，如果每一面都用一台相机进行拍摄，则相机需要拍摄的最大视场要达到1.5m*1.2m，但是由光学计算公式可知，视场较大时相机工作距离就会比较远。由于相机需要安装在暗箱内部，需要考虑到相机的工作距离不能过大。故本方案中将含有1.5m边长的面用两台相机来拍摄。故相机需要拍摄的最大视场为 1.2m*1m。综合考虑，为达到厘米级的拍摄精度，选择分辨率较大的相机拍摄该发动机。初步选定相机分辨率为400万像素，配合8mm焦距镜头进行拍摄。可达到0.58mm/ pixel 的精度。经计算，相机可以放置在距被测发动机平面 0.86m 左右的距离进行拍摄。含有1.5m边长的面（共3个面）各需要2台相机进行拍摄，其他各面（共2个面）均用 1 台相机即可。对于机器人方案，根据发动机的尺寸，可以在 1.5m*1.0m 的面各放置一个机器人，共需两台机器人，实现对前后左右和上方共 5 个面的视觉检测。根据检测的角度需求，可以设计相应的相机工装夹具。

3 系统工作流程

私服系统配合视觉系统：相机和光源配置在暗箱内，当待检测的发动机进入检测点位前先进行人工扫描二维码，得到该发动机的型号，E_MVI 系统获取到发动机的型号，查询得出该发动机是否有检测项，若没有检测项，则发动机流转至下一个对应生产区域;若有检测项，则彩色相机拍照存档，同时查询得出具体检测项目，并解析出具体的相机的检测区域信息，同时，暗箱得到信号，经过一定的延迟后，暗箱从初始位置移动到发动机处，使得发动机整体包含在暗箱内，然后相机根据解析出的监测区域信息来采集照片发送至上位机端，上位机端进行处理，将检测结果显示到界面，将检测结果存入数据库，将检测图片存入ftp服务器;检测完成后发动机流转到下一个对应区域。其中，延迟是根据流水线的速度和暗箱移动速度提前计算规定的;发动机待检测面共有5个，相机和光源的具体位置是根据待检测的区域来配置;配置完成后，相机和光源的位置是固定的整个检测过程在4分钟内完成。

机器人系统配合视觉系统：相机和光源配置在机器人上，当待检测的发动机进入检测点位前会先进行人工扫描二维码;获取到该发动机的型号;查询得出该发动机是否有检测项;若无检测项，则发动机流转至下一个对应的生产区域;若有检测项，则彩色相机拍照存档，并得出具体检测项目，然后解析出机器人运动的坐标点;机器人得到信号后，移动到解析出的按计划的坐标点位置，相机采集照片，发送至上位机端，上位机端进行处理得出检测结果，将检测结果显示到界面，将检测结果存入数据库，将检测图片存入 ftp 服务器;判断相机采集点是否是计划内的最后一个坐标点，若是，则发动机流转到下一个区域;若否，则机械手臂移动到下一个计划监测点进行检测直至检测出所有的计划检测点，即转。其中，当检测区域多个时，机器人的移动路径需提前规划;发动机待检测面共有5个，相机和光源的具体位置是根据待檢测的区域来配置;配置完成后，相机和光源的位置相对于机器人来说是固定的，整个检测过程在4分钟内完成。

4 效果分析

4.1 现场数据采集

彩色相机拍全局照片存档;采集到计划中的采集点;处理和分析结果;检测结果存入数据库，照片存入 ftp 服务器;具有手动录入结果功能。

4.2 检测结果统计分析

通过数据库表记录发动机各个质量监测点的质量状态。对发动机整体拍摄图片，作为记录存档，发动和图片一一对应。对于同种型号的发动机，统计各个质量监测点的质量状态并作柱状图，分析各监测点的质量状态变化和合格率，为管理和改进提供数据支持;对于不同型号的发动机统计各种类型的合格率。

5 结语

随着社会的发展，产品的全生命周期管理已被广泛关注，顾客对产品的要求也越来越高，一款全自动检查和可追溯系统已不可或缺，这将更加有利于企业管控产品质量并进行持续的改进，在激烈的市场竞争中提升自身优势。