鄭琦，趙赦，王建甫，趙晉陽

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

0 引言

近年來，汽車工業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，各種新工藝、新技術(shù)也在汽車行業(yè)得到充分應(yīng)用與推廣。視覺技術(shù)作為一種新興的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，在汽車工業(yè)生產(chǎn)中逐漸興起，并發(fā)揮著越來越重要的作用。視覺技術(shù)以相機(jī)為基礎(chǔ)，通過對產(chǎn)品進(jìn)行拍照、視覺引導(dǎo)等技術(shù)手段收集數(shù)據(jù)，最后再通過后臺軟件運(yùn)算，最終達(dá)到代替人工實(shí)現(xiàn)定位、識別、檢測等目的。

1 應(yīng)用簡述

從視覺技術(shù)在汽車工業(yè)中的技術(shù)應(yīng)用上來看，主要可以分為點(diǎn)激光、線激光、2D 視覺，3D 視覺等幾個(gè)方面。

1.1 點(diǎn)激光視覺

點(diǎn)激光視覺是通過CMOS 感光片，對被檢測的工件進(jìn)行投射，產(chǎn)生一個(gè)可見的光斑，其反射光會(huì)通過精密的受光組鏡，在傳感器上成像。當(dāng)光源與被測量的工件距離發(fā)生變化時(shí)，成像的位置發(fā)生相對變化，從而達(dá)到測量的結(jié)果。其主要應(yīng)用為生產(chǎn)過程中對工件外形的檢測。

在商用車車架縱梁生產(chǎn)中，其縱梁為輥壓成型生產(chǎn)，成型后縱梁的外形尺寸是否能滿足生產(chǎn)要求，就需要對成型后的縱梁進(jìn)行檢測。檢測的核心就是應(yīng)用點(diǎn)激光視覺傳感器來完成。

在U 型梁的翼面，腹面分別布置點(diǎn)激光視覺傳感器，U 型梁隨著長度方向的移動(dòng)，傳感器分別獲取不同位置的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行分析U 型梁腹寬、翼高，角度、平面度等數(shù)據(jù)從而完成對縱梁的檢測。如圖1所示。

圖1 點(diǎn)激光視覺（U 型梁外形檢測）

1.2 線激光視覺

線激光視覺技術(shù)是通過視覺系統(tǒng)對加工工件進(jìn)行視覺掃描，同時(shí)利用后臺的應(yīng)用軟件計(jì)算對工件進(jìn)行加工。主要用于高速及高精度實(shí)時(shí)焊縫跟蹤或者零件切割的過程。

如圖2 所示，在焊接應(yīng)用中，工件為兩個(gè)扣合并點(diǎn)焊到一起的U 型工件，長度約8m，下一步任務(wù)是需要對扣合的工件完成自動(dòng)焊接工作。由于工件在長度方向加工過程一致性無法做到100%，因此焊縫并不是一條絕對的直線，需要通過視覺引導(dǎo)技術(shù)完成此過程焊縫的焊接。

圖2 線激光（焊接）

在切割工藝中，通過激光引導(dǎo)系統(tǒng)，引導(dǎo)機(jī)器人在切割過程中適應(yīng)縱梁的變形，激光切割頭伴隨自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，跟隨零件的變形完成零件切割。如圖3所示。

圖3 線激光（切割）

1.3 2D 視覺

2D 視覺是通過拍攝2D 平面照片，并經(jīng)過后臺軟件計(jì)算捕捉到工件的特定位置，從而實(shí)現(xiàn)工件的定位要求。其主要的應(yīng)用場合比如：沖壓生產(chǎn)中零件的對中，焊接生產(chǎn)中管類或者螺柱類零件的焊接定位，等。

沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中需要對沖壓零件進(jìn)行對中。傳統(tǒng)的對中方式有重力對中及機(jī)械對中。重力對中通過零件的重心尋找來實(shí)現(xiàn)零件的對中，結(jié)構(gòu)雖簡單，但出錯(cuò)率較高；機(jī)械對中則通過機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)零件外形尺寸對中，對中準(zhǔn)確率高，但機(jī)械裝置復(fù)雜，成本高。視覺對中則兼顧傳統(tǒng)對中的優(yōu)點(diǎn)，通過拍照計(jì)算零件外形尺寸從而識別零件的中心位置，裝置簡單，成本低并且準(zhǔn)確率高，近些年得到了廣泛應(yīng)用。如圖4 所示。

圖4 沖壓件視覺對中

2D 視覺對管類零件的焊接尤其是密集管類零件的焊接應(yīng)用尤為重要。傳統(tǒng)的焊接定位通常都是通過夾具固定兩個(gè)要焊接零件，然后再進(jìn)行焊接。而對于管類零件來說，有時(shí)根本無法進(jìn)行固定，這樣通過2D 視覺拍照識別零件中心，再由機(jī)器人抓取到位置焊接，既準(zhǔn)確效率又高。

1.4 3D 視覺

3D 視覺是通過拍攝3D 三維圖片，并經(jīng)過后臺軟件計(jì)算從而捕捉到工件的外形輪廓，外表面精度等信息，從而實(shí)現(xiàn)對工件的識別或者檢測的工作要求。常見的應(yīng)用為批量切割后零件的分揀，成品零件的外觀檢測等。

中厚板零件的下料加工過程中，切割工藝已經(jīng)十分普及。為了提高材料利用率以及零件的匹配性，往往一張板料會(huì)切割很多不同的零件，這樣要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的分揀就需要通過3D 視覺技術(shù)來完成。3D相機(jī)會(huì)安裝于機(jī)器人的機(jī)械臂上端，通過拍攝3D 圖片對板料上的零件進(jìn)行識別（圖5），從而安排機(jī)器人對同類零件進(jìn)行分別識別抓取、碼垛（圖6），提高分揀效率，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度（圖7）。

圖5 管類零件焊接

圖6 3D 視覺（零件輪廓異常識別）

圖7 3D 視覺（零件分揀）

2 展望

從視覺技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用來看，無論是點(diǎn)激光、線激光還是2D、3D 視覺，視覺技術(shù)正在將傳統(tǒng)的機(jī)械定位、夾具夾緊、檢具檢測等工作，通過其技術(shù)手段逐漸變?yōu)闊o基準(zhǔn)、無定位的全柔性化工作，在保證精度的前提下，降低了制造成本，提升了生產(chǎn)效率，并且更有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。相信在不久的將來，視覺技術(shù)會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用。