黃曉亮 馬榮博 張博

摘 要：工業(yè)2025智能智造核心之一為大規(guī)模個性化定制產(chǎn)品的柔性協(xié)同生產(chǎn)。產(chǎn)品的多樣性、差異性給生產(chǎn)檢驗環(huán)節(jié)帶來了新的課題，如何高效的檢驗批量差異產(chǎn)品。通過豐富的傳感器和攝像頭數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)比對、結(jié)果跟蹤組成生產(chǎn)在線檢驗系統(tǒng)。提升了生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)品檢驗效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量和一致性。

關(guān)鍵詞：在線檢驗;智能制造;工業(yè)2025

中圖分類號：F273.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）06-161-03

Abstract： One of the core of industrial 2025 intelligent manufacturing is the flexible collaborative production of large-scale personalized customization products. The product diversity， the difference to the 4 production inspection link has brought the new topic， how to efficiently inspect the batch difference product. Through the rich sensor and camera data acquisition， system H pairs， results tracking constitute the production of online inspection system. Improve the efficiency of product inspection in production links to ensure product quality and consistency.

Keywords： Online inspection; Intelligent manufacturing; Industry 2025

CLC NO.： F273.1 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）06-161-03

前言

機(jī)械制造過程中對流水線產(chǎn)品檢驗，數(shù)據(jù)測量通常使用盒尺、游標(biāo)卡尺、千分尺、角度尺等，外觀檢驗人眼觀看。對于個性化定制細(xì)微差異產(chǎn)品，需要反復(fù)圖紙與實物比對，既要保證測量的準(zhǔn)確性又要保證同一訂單的產(chǎn)品一致性，生產(chǎn)線檢驗勞動強(qiáng)度大。

在線檢驗最核心的目的有三點：（1）降低人為檢驗誤差，不過分依賴檢驗工的操作技能;（2）檢驗與生產(chǎn)節(jié)拍同步實時比對，減少不良品流轉(zhuǎn)至下一道工序;（3）檢驗結(jié)果可追溯性好，為產(chǎn)品提升提供大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 在線檢驗系統(tǒng)介紹

在線檢驗系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)系統(tǒng)、比對系統(tǒng)、控制處理系統(tǒng)、結(jié)果儲存系統(tǒng)。

2 數(shù)據(jù)采集

2.1 數(shù)據(jù)采集分類

傳感器和攝像頭是兩種最常見的數(shù)據(jù)采集方式。

2.1.1 傳感器

傳感器是一種檢驗電子裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實現(xiàn)自動檢驗和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成，敏感元件直接感受被測量，并輸出與被測量有確定關(guān)系的物理量信號;轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號轉(zhuǎn)換為電信號;變換電路負(fù)責(zé)對轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進(jìn)行放大調(diào)制;轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。如圖2所示。

2.1.2 攝像頭

通用攝像頭數(shù)據(jù)采集更為常見，通常需要對攝像采集的成像進(jìn)行圖像識別、邊緣檢驗、分割、拼接、特征定位、特征提取、檢驗等步驟。

3 型場景的應(yīng)用案例

3.1 孔系的檢驗方式介紹

底盤制造過程中，常需使用數(shù)控沖床在鋼板上沖孔，孔位精度決定了其他零部件裝配位置精度。所以對孔位的加工、檢驗有嚴(yán)格要求。

傳統(tǒng)檢驗使用游標(biāo)卡尺和鋼板尺測量孔位，當(dāng)孔數(shù)底盤制造過程中，常需使用數(shù)控沖床在鋼板上沖孔，孔位精度決定了其他零部件裝配位置精度。所以對孔位的加工、檢驗有嚴(yán)格要求。

傳統(tǒng)檢驗使用游標(biāo)卡尺和鋼板尺測量孔位，當(dāng)孔數(shù)量多時全尺寸的檢驗需要2小時，為平衡節(jié)拍只能測量部分孔位。由于數(shù)控沖床有多個沖孔機(jī)頭并配置多個孔徑模位，抽檢孔位難以覆蓋所有機(jī)頭及模位。即便抽檢合格產(chǎn)品，也時常出現(xiàn)未檢驗到的地方加工缺孔、孔尺寸跑偏問題，造成的裝配中的返修。

大規(guī)模個性化定制時產(chǎn)品種類多、孔位變化繁多，檢驗工需要不斷切換檢驗產(chǎn)品。在線檢驗孔位系統(tǒng)可以很好的解決產(chǎn)品大規(guī)模個性化定制出現(xiàn)的檢驗難題。多時全尺寸的檢驗需要2小時，為平衡節(jié)拍只能測量部分孔位。由于數(shù)控沖床有多個沖孔機(jī)頭并配置多個孔徑模位，抽檢孔位難以覆蓋所有機(jī)頭及模位。即便抽檢合格產(chǎn)品，也時常出現(xiàn)未檢驗到的地方加工缺孔、孔尺寸跑偏問題，造成的裝配中的返修。

采用在線檢驗系統(tǒng)基本方案原理：在不改動生產(chǎn)線體情況下，檢驗臺架橫跨于轉(zhuǎn)運(yùn)平臺布置。通過在兩根絲杠帶動距離傳感器沿X軸運(yùn)動，依次掃描零件上表面。根據(jù)產(chǎn)品需要測量的寬度選擇布置1個或多個高精度線掃描距離傳感器。選用LJ-G200型，測量范圍152-248mm之間，測量最大寬度73mm，精度2um，采樣周期3.8ms。如產(chǎn)品寬度300mm，長度7000mm可布置4個距離傳感器組成一列同時掃描提高效率，傳感器以0.05mm/s速度運(yùn)動采樣，在線全尺寸檢驗時間可實現(xiàn)≤9min/件。

產(chǎn)品孔位數(shù)據(jù)信息提前導(dǎo)入在線檢驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，與生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)管理匹配。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用微型高精度距離傳感器通過線掃描對孔系找孔位邊緣，復(fù)現(xiàn)孔系相對位置及基準(zhǔn)。然后與數(shù)據(jù)庫比對，按生產(chǎn)節(jié)拍實時檢驗。出現(xiàn)問題及時預(yù)警，嚴(yán)格控制不良品產(chǎn)出。

3.2 外觀質(zhì)量檢驗

底盤總成部件在裝配完成之后，主要由每條線的檢驗員在現(xiàn)場依靠圖紙進(jìn)行檢驗，檢驗項目主要有：

（1）標(biāo)準(zhǔn)件是否錯裝、漏裝、多裝;

（2）零部件是否裝反，位置裝錯;

（3）重要寬度尺寸是否超差;

（4）狹長零部件平面度、直線度等項目。

由于檢驗工作量大且存在不可控的人為因素，導(dǎo)致總成部件質(zhì)量問題容易漏檢，且總成部件在多條生產(chǎn)線同時生產(chǎn)，經(jīng)常存在同一訂單在不同線體裝配的實物不一致情況。

根據(jù)目前人工檢驗的現(xiàn)狀分析，全面檢驗總成部件約需5min，后續(xù)同品種總成部件均是抽檢的方式，人工檢驗準(zhǔn)確率約90%。

采用在線檢驗系統(tǒng)基本方案原理：由側(cè)面兩個工業(yè)掃描相機(jī)抓取總成部件腹面的標(biāo)注件裝配特征，判斷標(biāo)準(zhǔn)件是否有漏、錯裝現(xiàn)象;上方一個相機(jī)抓取零部件的安裝方向及位置特征，判斷零部件是否裝反及位置裝錯;總成部件兩側(cè)安裝不同數(shù)量的測量傳感器，用于判斷總成部件寬度、狹長零件的平面度、直線度的檢驗項。

樣本的輸入方式均是對合格零件進(jìn)行掃描存儲或由產(chǎn)品數(shù)模導(dǎo)入，與待檢驗實物進(jìn)行對比、判斷。

采用視覺檢驗原理，能夠與生產(chǎn)管理系統(tǒng)互聯(lián)互通，接受生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)出的正在生產(chǎn)的部件總成指令，能夠?qū)z驗數(shù)據(jù)回饋給生產(chǎn)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集鏡頭焦距能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)整，實時采集。能夠100%檢驗出總成部件上標(biāo)準(zhǔn)件裝配的正確性，能夠100%檢驗出車架總成上橫梁總成裝配的正確性;能夠快速測量出車架總成每根橫梁處的寬度尺寸，并判斷是否滿足工藝要求;能夠快速檢驗出車架總成的左右縱梁是否存在側(cè)彎，并給出具體的平面度、直線度數(shù)據(jù)。

在線檢驗時間≤3min/輛，不影響現(xiàn)有設(shè)備的節(jié)拍，與現(xiàn)有設(shè)備節(jié)拍相匹配。側(cè)面相機(jī)，拍攝范圍360mm×部件長度，檢驗螺栓，鉚釘裝配的正確性。頂部相機(jī)，拍攝范圍寬度900mm×部件長度，檢驗零件是否裝反，位置裝錯。側(cè)面激光測距儀，檢驗部件總成重要寬度處的寬度以及狹長零件的側(cè)彎情況。

4 結(jié)論

基于高精度的傳感器和機(jī)器視覺圖像處理技術(shù)可實時對產(chǎn)品生產(chǎn)過程實現(xiàn)巡檢，還可對生產(chǎn)作業(yè)區(qū)作業(yè)人員、生產(chǎn)設(shè)備、作業(yè)規(guī)范、生產(chǎn)環(huán)境等實現(xiàn)全方位監(jiān)控分析，有效提升檢驗頻次和擴(kuò)大檢驗覆蓋區(qū)域，為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)增值。

參考文獻(xiàn)

[1] [美]李杰（JayLee），劉云璐，劉宗長，田豐.云上工業(yè)智能[M].中信出版社，2017.

[2] 夏研娜，趙勝.中國制造2025[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2016.