“智慧之眼”緊盯生產(chǎn)線助汽車制造智能升級

團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，首次建立了包含測量、引導(dǎo)、檢測、識別的4大類10余種工業(yè)視覺檢測成套裝備體系，其自主研發(fā)的視覺產(chǎn)品在汽車、航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)化大規(guī)模應(yīng)用。

視覺檢測被稱為智能制造的“智慧之眼”，應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，可代替人工完成識別、測量、定位、檢測等工作，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和智能化的必要手段。

但長期以來，工業(yè)視覺檢測領(lǐng)域一直被外國品牌所壟斷。核心團(tuán)隊(duì)源自天津大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的易思維科技有限公司（以下簡稱易思維），歷經(jīng)10余年產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，首次建立了包含測量、引導(dǎo)、檢測、識別的4大類10余種工業(yè)視覺檢測成套裝備體系，其自主研發(fā)的視覺產(chǎn)品在汽車、航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)化大規(guī)模應(yīng)用。日前，該公司的“智能制造高性能視覺檢測成套技術(shù)及裝備”項(xiàng)目榮獲了2021年度天津市科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)。

基礎(chǔ)研發(fā)推動(dòng)視覺檢測工業(yè)場景應(yīng)用

視覺檢測源于計(jì)算機(jī)視覺，但又不完全等同于計(jì)算機(jī)視覺，視覺檢測更側(cè)重于工程應(yīng)用，其在精確性、速度性、適應(yīng)性、客觀性、重復(fù)性、可靠性、效率性、感光范圍和信息集成等方面，都完勝人類視覺。因此目前視覺檢測被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是在精確性要求高、被檢測物品移動(dòng)速度快和工作重復(fù)性較高的場景下，高性能視覺檢測成套技術(shù)與裝備可為企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化改造、降低用人成本、提高生產(chǎn)效率。

因此，以高性能檢測手段驅(qū)動(dòng)工藝迭代、提升產(chǎn)品質(zhì)量、滿足多樣化定制要求，已成為提升中國制造核心競爭力的迫切需求。

然而，某些制造領(lǐng)域的視覺檢測產(chǎn)品長期被國外壟斷，我國制造企業(yè)需要高價(jià)購買，而且工程師都在國外，一旦設(shè)備使用過程中出現(xiàn)問題，售后維修的溝通成本非常大。除了費(fèi)用高昂外，還會造成時(shí)間的浪費(fèi)，影響生產(chǎn)計(jì)劃。

“雖然視覺檢測技術(shù)并不深?yuàn)W，但應(yīng)用到實(shí)際的場景中難度并不小，特別是環(huán)境復(fù)雜且干擾項(xiàng)眾多的工業(yè)制造環(huán)境中?！币姿季S（天津）科技有限公司研發(fā)中心負(fù)責(zé)人鄒劍介紹，在工業(yè)制造現(xiàn)場環(huán)境中，受限于照明、電磁、空間結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性，視覺檢測普遍存在可靠性低、實(shí)時(shí)性差、適應(yīng)性弱的技術(shù)難題，同時(shí)技術(shù)應(yīng)用呈現(xiàn)零散、局部、輔助的特點(diǎn)，亟須突破核心技術(shù)，形成成套技術(shù)及產(chǎn)品體系。

為此，團(tuán)隊(duì)從基礎(chǔ)研發(fā)做起。為了讓“眼睛”和“大腦”在復(fù)雜環(huán)境中能更好地協(xié)調(diào)一致，他們解決了現(xiàn)場環(huán)境下視覺檢測系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、強(qiáng)適應(yīng)性和高精度問題。

為了讓“眼睛”不被周圍環(huán)境所干擾，能更好地識別手中的工作，團(tuán)隊(duì)攻克了特殊光學(xué)特性、復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)物體高精度在線視覺檢測技術(shù)；復(fù)雜制造環(huán)境下視覺檢測精度控制與誤差補(bǔ)償技術(shù)；與制造工藝深度融合的工業(yè)視覺檢測性能增強(qiáng)技術(shù)，同時(shí)還解決了制造現(xiàn)場多維多參數(shù)幾何特征高精度、高效測量難題。

突破各項(xiàng)技術(shù)難題后，團(tuán)隊(duì)又把所有技術(shù)進(jìn)行整合，最終形成了大尺寸自動(dòng)藍(lán)光掃描、全局跟蹤在線測量、機(jī)器人視覺引導(dǎo)等成套視覺檢測技術(shù)，建立了制造現(xiàn)場綜合幾何信息感知成套技術(shù)體系。

為了匹配成套視覺檢測技術(shù)，團(tuán)隊(duì)還研制了一系列高性能視覺傳感器及測量設(shè)備，解決了智能制造急需的成套測量裝備保障問題。

目前，該項(xiàng)目共獲授權(quán)發(fā)明專利61項(xiàng)、實(shí)用新型專利72項(xiàng)、軟件著作權(quán)59項(xiàng)。

破解汽車智能制造領(lǐng)域多項(xiàng)難題

“從實(shí)驗(yàn)室里的技術(shù)探索，到市場化的產(chǎn)品應(yīng)用，我們持續(xù)不斷地深入?yún)⑴c汽車制造過程，逐漸挖掘出更多的應(yīng)用場景，先后研制出包含測量、引導(dǎo)、檢測、識別在內(nèi)的4大類、10余種成套工業(yè)視覺檢測裝備，從而實(shí)現(xiàn)了面向汽車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝的規(guī)模性、系統(tǒng)化應(yīng)用?！币姿季S（天津）科技有限公司主要負(fù)責(zé)人劉美甜說。

使用了工業(yè)視覺檢測裝備后，企業(yè)的生產(chǎn)效率大大提升。

鄒劍舉例說，對于涂裝工藝的漆面檢測，目前常見的生產(chǎn)線上這個(gè)環(huán)節(jié)都是通過人眼觀測和用手觸摸相結(jié)合的方式來檢測的，因?yàn)槲⑿〉陌枷莼蛘咄蛊鹬挥蓄^發(fā)絲直徑大小，用人眼很難長時(shí)間準(zhǔn)確穩(wěn)定識別，只有依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅通過眼看結(jié)合觸摸才能感知到。而漆面視覺檢測傳感器，通過“微米級三維感知”技術(shù)，就像是在高倍率顯微鏡下真實(shí)還原被測物表面的三維形貌，檢測精度可達(dá)到頭發(fā)絲直徑的百分之一，然后通過算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，對缺陷進(jìn)行穩(wěn)定精準(zhǔn)檢測，不僅大大提高了檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是實(shí)現(xiàn)了檢測的數(shù)字化和自動(dòng)化，結(jié)合缺陷自動(dòng)打磨技術(shù)，大大提升生產(chǎn)自動(dòng)化程度。

此外，使用工業(yè)視覺檢測裝備，可以提升企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低企業(yè)成本。

“一般來說，汽車制造廠的自動(dòng)化率可以達(dá)到80%以上，不過像這種漆面檢測環(huán)節(jié)還是需要人工進(jìn)行的?！编u劍介紹，人工操作受工人技術(shù)水平、身體狀況等方面的影響，最終會影響檢測的結(jié)果。而且工人上崗前需要經(jīng)過較長時(shí)間的培訓(xùn)，而機(jī)器只需要調(diào)整好參數(shù)，對操作工人進(jìn)行幾課時(shí)培訓(xùn)，就可以像一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的“老工人”一樣上崗了。

“通過我們設(shè)備的引導(dǎo)和視覺檢測方式的應(yīng)用，一個(gè)設(shè)備可以替代兩三個(gè)工人干活，能進(jìn)一步提升汽車制造企業(yè)的自動(dòng)化率，大大節(jié)約了企業(yè)的人力成本?！编u劍說。

目前在汽車制造領(lǐng)域中，易思維視覺檢測裝備中的一些技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先。

“目前，很多國外友商已經(jīng)在跟隨我們的產(chǎn)品?！编u劍解釋說，我們的設(shè)備能夠容納的工件位置偏差優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備，可以大大降低生產(chǎn)線對機(jī)械定位精度的要求，大大降低生產(chǎn)線的制造成本。

鄒劍舉例說，比如在焊裝工藝流程中安裝汽車側(cè)圍這種大件時(shí)，機(jī)器人要從料箱中把側(cè)圍抓起來裝到車身上。使用容差小的設(shè)備，當(dāng)側(cè)圍的位置偏出容差范圍的時(shí)候，機(jī)器人就“不知所措”，不能完成自動(dòng)抓件，導(dǎo)致生產(chǎn)停線，給汽車廠造成巨大損失。容差范圍大的設(shè)備有更好穩(wěn)定性。

使進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格降低一半

“當(dāng)時(shí)在汽車制造領(lǐng)域，進(jìn)口的高性能視覺檢測技術(shù)及裝備價(jià)格非常昂貴。而易思維的產(chǎn)品推出后，一下子就把這個(gè)產(chǎn)品的價(jià)格降低了一半左右?！眲⒚捞鹫f。

此外，易思維的視覺檢測技術(shù)覆蓋了汽車制造的全工藝過程，解決了技術(shù)應(yīng)用零散、局部、輔助的弊端，一旦企業(yè)在使用過程中出現(xiàn)了設(shè)備故障，不再像以前一樣，需要聯(lián)系多家企業(yè)進(jìn)行售后維修，大大提高了溝通效率。

同時(shí)全套設(shè)備打破了數(shù)字孤島，連接起不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)，為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率提供了可靠的參考。

目前，易思維已連續(xù)多年成為國內(nèi)汽車制造視覺檢測細(xì)分市場的“隱形冠軍”，徹底打破國外的壟斷?！案咝阅芤曈X檢測成套技術(shù)及裝備在主流汽車廠獲得廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了國內(nèi)汽車制造產(chǎn)業(yè)圍繞視覺檢測技術(shù)開展的智能化升級進(jìn)程?！币姿季S總經(jīng)理郭寅表示。

除了汽車制造領(lǐng)域，如今易思維的技術(shù)還廣泛應(yīng)用于航天、航空、軌道交通和船舶等高端制造領(lǐng)域。目前，易思維已走出國門，獲得了美國、德國、捷克、波蘭、越南等國外訂單，成為汽車制造視覺檢測應(yīng)用領(lǐng)域的一張中國名片。