某汽車公司總裝車間發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量檢查自動(dòng)化應(yīng)用

劉德志 熊升升 高勇 李曉東

摘 要：文章主要針對(duì)汽車制造總裝車間發(fā)動(dòng)機(jī)合裝之后的品質(zhì)質(zhì)檢，提出一種新的方法，由機(jī)器人與視覺(jué)質(zhì)檢系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行自動(dòng)檢查的方式，提升總裝車間發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)保證能力，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到運(yùn)用，效果顯著。

關(guān)鍵詞：總裝車間;發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì);視覺(jué)質(zhì)檢

中圖分類號(hào)：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）09-222-03

Automatic Application Of Engine Quality Inspection In General AssemblyWorkshop Of An Automobile Company

Liu Dezhi， Xiong Shengsheng， Gao Yong， Li Xiaodong

（?Guangqi Honda Automobile Co.，?Ltd. Assembly Frame Division，?Guangdong?Guangzhou?510700 ）

Abstract：?This paper mainly aims at the quality inspection of the engine assembled in the general assembly workshop of automobile manufacturing， and puts forward a new method， which combines the robot and the visual inspection system to carry out the automatic inspection， improves the quality assurance ability of the engine in the general assembly workshop， and is applied in the actual production， with remarkable effect.

Keywords： General Assembly Workshop; Engine Quality; Visual quality inspection

CLC NO.： U466 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）09-222-03

前言

汽車制造企業(yè)總裝車間在21世紀(jì)逐漸開(kāi)始使用新技術(shù)、新方案，類似于自動(dòng)化裝配及機(jī)器視覺(jué)檢查、引導(dǎo)等高新科技正快速普及。克服總裝車間工藝難題，挖掘可改進(jìn)工序，削減勞動(dòng)成本，提升生產(chǎn)品質(zhì)，是所有汽車制造總裝車間的共同追求。近年來(lái)某汽車制造企業(yè)總裝車間實(shí)現(xiàn)了諸如輪胎自動(dòng)安裝、擋風(fēng)玻璃自動(dòng)安裝、汽車玻璃加強(qiáng)劑的自動(dòng)涂布、繼電器自動(dòng)安裝、發(fā)動(dòng)機(jī)視覺(jué)質(zhì)檢等設(shè)備的成功導(dǎo)入，極大地提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性^[1]。本文重點(diǎn)介紹發(fā)動(dòng)機(jī)視覺(jué)質(zhì)檢設(shè)備，介紹該設(shè)備的作用、原理及導(dǎo)入意義。

1?總裝車間發(fā)動(dòng)機(jī)裝配簡(jiǎn)介

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力來(lái)源，是汽車的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)的品質(zhì)問(wèn)題一直是汽車生產(chǎn)過(guò)程中的重要一環(huán)，如何保證發(fā)動(dòng)機(jī)裝配后的品質(zhì)合格，是汽車生產(chǎn)總裝工藝中的重要課題。在總裝車間，發(fā)動(dòng)機(jī)在分裝線進(jìn)行裝配，裝配后需經(jīng)過(guò)一系列的品質(zhì)確認(rèn)，如發(fā)動(dòng)機(jī)上各零配件是否已經(jīng)組裝完好，重要部位的螺栓是否進(jìn)行扭力確認(rèn)，重要管路是否連接完好，是否點(diǎn)上紅油標(biāo)記，部分零件規(guī)格是否安裝正確。需檢查的點(diǎn)數(shù)量多，但復(fù)雜度不高，都是目視確認(rèn)品質(zhì)狀況，耗時(shí)多^[2]。

目前，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量檢查主要是靠人工完成，隨著人力成本的不斷上升，企業(yè)的負(fù)擔(dān)越來(lái)越重;另外，人工檢查存在精神不集中、視覺(jué)疲勞等問(wèn)題，從而導(dǎo)致有漏檢的情況發(fā)生。而使用自動(dòng)化設(shè)備去進(jìn)行品質(zhì)質(zhì)檢是非常經(jīng)濟(jì)的措施。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化質(zhì)檢難點(diǎn)

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)檢點(diǎn)數(shù)量多

發(fā)動(dòng)機(jī)需要質(zhì)檢的項(xiàng)目數(shù)量多，根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)派生（類型），每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)需要檢查共50-60處，單班500臺(tái)車需檢查25000-30000處;涵蓋范圍廣，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、懸架、減震器、制動(dòng)鉗、排氣管、管路等位置;項(xiàng)目雜，如號(hào)碼比對(duì)、力矩檢查確認(rèn)、卡夾有無(wú)有無(wú)確認(rèn)、裝配間隙確認(rèn)等。詳細(xì)檢查項(xiàng)目如下圖1：

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)檢節(jié)拍快

該車間在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中屬生產(chǎn)節(jié)拍最高車間，要求發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)檢自動(dòng)化設(shè)備能夠保證檢查完一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)間在45-48秒內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)在檢查時(shí)需要靜止，所以排除快速進(jìn)入到靜止的這段時(shí)間，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)僅剩約35-38秒的時(shí)間進(jìn)行品質(zhì)檢查。

2.3 對(duì)軟件優(yōu)化與電腦性能要求高

使用視覺(jué)攝像頭進(jìn)行拍照后，還需要電腦進(jìn)行運(yùn)算處理，在35-38秒節(jié)拍內(nèi)處理約50-60張照片，需要優(yōu)化良好的視覺(jué)處理軟件以及性能強(qiáng)勁的電腦。

2.4 異常處理系統(tǒng)需功能全

發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)檢設(shè)備帶有異常處理系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)異常報(bào)警時(shí)，能直觀地展示具體哪個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，能夠有示意圖表示發(fā)動(dòng)機(jī)上出現(xiàn)異常的點(diǎn)在哪里，是什么異常，發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)以及拍照?qǐng)D片都應(yīng)該清晰的顯示且可以追溯，可大幅度提升異常處理效率，減少品質(zhì)不良流出^[3]。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化質(zhì)檢項(xiàng)目介紹

要完成一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的品質(zhì)檢查，由于檢查點(diǎn)達(dá)50-60處，而工時(shí)為45-48秒，除去發(fā)動(dòng)機(jī)吊具進(jìn)出的時(shí)間僅剩35-38秒。使用4臺(tái)機(jī)械手協(xié)同工作，每臺(tái)機(jī)械手處理12-15個(gè)檢查點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)有約3秒時(shí)間進(jìn)行拍照處理，工時(shí)圖如下圖2：

3.1 設(shè)備布置結(jié)構(gòu)介紹

由于被檢查點(diǎn)各點(diǎn)之間分布較為分散，拍照方向不同，需要4個(gè)攝像頭平均分布在發(fā)動(dòng)機(jī)四周，以便拍照范圍可覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)角落。如下圖3：

某企業(yè)總裝車間發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線為吊鏈結(jié)構(gòu)，質(zhì)檢時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需靜止，便于拍照。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)從移動(dòng)減速至靜止之后，吊著的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)因慣性而晃動(dòng)，晃動(dòng)會(huì)影響視覺(jué)拍照精度，所以需增設(shè)一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)定位穩(wěn)定裝置，防止發(fā)動(dòng)機(jī)晃動(dòng)^[4]，夾緊裝置采用可升降機(jī)構(gòu)，伸出定位膠塊固定住發(fā)動(dòng)機(jī)，防止發(fā)動(dòng)機(jī)搖晃，如下圖4：

3.2 視覺(jué)拍照技術(shù)原理

當(dāng)攝像頭拍到關(guān)鍵點(diǎn)照片后，計(jì)算機(jī)對(duì)圖片進(jìn)行視覺(jué)處理，將照片彩色三通道轉(zhuǎn)為單通道的灰度圖，再經(jīng)過(guò)一系列的平滑濾波，降噪處理，判定目標(biāo)輪廓后得出輪廓的具體信息，進(jìn)而識(shí)別出照片特征點(diǎn)^[5]。如下圖5：

如識(shí)別是否點(diǎn)紅油時(shí)，將彩色圖片進(jìn)行二值化處理，只提取紅色像素，再檢測(cè)二值化后高亮區(qū)域的面積，該面積可由像素點(diǎn)的數(shù)量表征，當(dāng)像素點(diǎn)數(shù)量大于設(shè)定的某個(gè)閾值后，即可斷定拍攝照片的監(jiān)測(cè)點(diǎn)已經(jīng)點(diǎn)上紅油標(biāo)記。

3.3 異常處理系統(tǒng)的使用介紹

由于質(zhì)檢點(diǎn)數(shù)量多且雜，當(dāng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)后如何報(bào)警成為了一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題，報(bào)警系統(tǒng)要能夠明確標(biāo)定異常點(diǎn)位置與信息的功能，保存異常數(shù)據(jù)及圖像的功能等^[6]。

發(fā)動(dòng)機(jī)需檢查特征點(diǎn)有50-60個(gè)之多，普通情況下的聲光報(bào)警以不足以滿足要求，異常處理系統(tǒng)有詳細(xì)的處理界面，當(dāng)發(fā)生檢查出異常點(diǎn)情況時(shí)，能夠自動(dòng)報(bào)警，并顯示出異常點(diǎn)位置^[7]，提示現(xiàn)場(chǎng)人員點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行處理。軟件界面如下圖6：

異常處理系統(tǒng)能夠以時(shí)間點(diǎn)、發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、NG點(diǎn)等為依據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品的追溯，可追溯的數(shù)據(jù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)、裝配車號(hào)、車型、排量、故障歷史、返修歷史等等，數(shù)據(jù)保存時(shí)間不少于5年，圖片保存時(shí)間不少于1個(gè)月，可以追溯在追溯范圍內(nèi)的任何一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配情況。

3.4 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)使用工作原理介紹

視覺(jué)系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)鏈系統(tǒng)緊密結(jié)合，信號(hào)連鎖，發(fā)動(dòng)機(jī)鏈到位等待，視覺(jué)系統(tǒng)啟動(dòng);視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)NG時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)鏈停止，等待人工確認(rèn)操作，具體流程如下圖7：

視覺(jué)質(zhì)檢系統(tǒng)功能模塊簡(jiǎn)單易用，每當(dāng)換一款新車型發(fā)

動(dòng)機(jī)需重新調(diào)試時(shí)，只需重調(diào)模板即可。每次重調(diào)模板，對(duì)每個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行重新調(diào)試，使用同一套程序，只需將每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，每次檢測(cè)基準(zhǔn)都相應(yīng)的改變，以達(dá)到每款車型使用同一套系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)的目的，降低了車間維護(hù)成本與新車型導(dǎo)入調(diào)試成本^[8]。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化質(zhì)檢項(xiàng)目導(dǎo)入意義

首先，該設(shè)備提升了品質(zhì)保證能力，根據(jù)某公司特有的工序品質(zhì)保證能力理論，設(shè)備保證品質(zhì)保證能力高于人工品質(zhì)保證能力，機(jī)器的檢出率高于人工。

其次，總數(shù)達(dá)50-60個(gè)點(diǎn)的特征點(diǎn)檢查數(shù)量，耗費(fèi)的工時(shí)轉(zhuǎn)化成人工時(shí)間約40秒，單班次減去約0.9個(gè)人工，雙班共1.8人。該設(shè)備采用成本較低的小機(jī)器人搭配單目視覺(jué)，可以控制在36個(gè)月內(nèi)回收成本，36個(gè)月之后，每個(gè)月節(jié)約的人力成本都將轉(zhuǎn)化為收益，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

在汽車總裝車間中，還存在著許多如發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)化質(zhì)檢的改造課題，用自動(dòng)化設(shè)備對(duì)總裝車間進(jìn)行改造將成為行業(yè)趨勢(shì)，該領(lǐng)域也成為近年來(lái)許多汽車制造企業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)。

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