協(xié)作機器人在汽車質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

張付德，王振勛

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241000

汽車的質(zhì)量檢測是汽車制造過程中的重要一環(huán)，現(xiàn)如今的汽車制造廠更加重視汽車產(chǎn)品的質(zhì)量問題。在傳統(tǒng)的檢測方式中多依靠人工檢測完成，存在主觀性大、作業(yè)強度高、檢測效率低等問題，難以滿足現(xiàn)階段社會對整車消費的需求。同時，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，特別是深度學(xué)習(xí)技術(shù)在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，搭載視覺檢測技術(shù)的協(xié)作機器人設(shè)備的應(yīng)用逐步成為當前汽車廠家質(zhì)量檢測的有利助手，其應(yīng)用技術(shù)也成為當前研究領(lǐng)域的熱點之一[1]。例如在汽車的零部件裝配、運輸與檢測中的應(yīng)用等，極大地提升了汽車制造商的生產(chǎn)效率。

汽車產(chǎn)品質(zhì)量的傳統(tǒng)檢測方式

汽車質(zhì)量檢測作為整車出廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的存在對于汽車產(chǎn)品的安全性能、使用性能及可靠性等具有重要意義。在傳統(tǒng)的汽車質(zhì)量檢測中因存在技術(shù)發(fā)展瓶頸，檢測結(jié)果準確度不高，檢測效率較低。一般認為傳統(tǒng)的檢測技術(shù)方式存在如下問題：

1）人工檢測的工序中對于檢測人員的依賴度較高，同時作業(yè)強度高。當工作強度過大時，易造成檢測人員疲乏，造成檢測結(jié)果的準確性不高。

2）當外觀檢測中的檢測點較多時，傳統(tǒng)的機器視覺系統(tǒng)因算法等軟件技術(shù)及硬件設(shè)備的應(yīng)用存在一定的限制，難以全部檢測出產(chǎn)品組成中零部件、材料、外觀等檢測點的質(zhì)量缺陷。

3）傳統(tǒng)檢測的設(shè)備維護與使用成本較高，檢測耗時也久，對于現(xiàn)階段汽車生產(chǎn)的效率要求難以適應(yīng)。

因此，提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量檢測效率，優(yōu)化檢測設(shè)備與人員作業(yè)方式，并降低企業(yè)生產(chǎn)成本成為眾多汽車制造廠工藝規(guī)劃研究的關(guān)鍵點之一。

協(xié)作機器人的研究發(fā)展史

隨著人工智能領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與突破，協(xié)作機器人的發(fā)展歷經(jīng)多個階段，在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用[2，3]，人機交互的能力在不斷擴展，其感知、決策、控制等性能都得到了很大程度上的提升[4]。

從早期的航空軍事到現(xiàn)如今的醫(yī)療、物流、家庭等，協(xié)作機器人的作業(yè)方式在不斷優(yōu)化，同時在制造業(yè)中也被廣泛應(yīng)用于裝配、零件搬運等，其作業(yè)領(lǐng)域在不斷擴展。它們與工人協(xié)同作業(yè)，提升了企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，對于企業(yè)的降本增效起到了推進作用。同時在人類的多樣化的需求及技術(shù)的推進下，協(xié)作機器人的作業(yè)領(lǐng)域還在進一步的擴展。

協(xié)作機器人在整車廠中的應(yīng)用狀況

協(xié)作機器人有眾多類型，按照人員協(xié)助程度可分為直接協(xié)作機器人、間接協(xié)作機器人等。對于不同的作業(yè)對象與作業(yè)程度，協(xié)作機器人的應(yīng)用程度也不相同。在汽車產(chǎn)業(yè)的裝配線中，協(xié)作機器人可以應(yīng)用于零部件的運輸、組裝以及加入視覺系統(tǒng)的檢測等任務(wù)，極大地減輕了工人作業(yè)負擔(dān)。對一些重復(fù)性高、行動路線單一的作業(yè)任務(wù)可進行直接替代，并結(jié)合人工的高智能性進行協(xié)作作業(yè)補充，提升了生產(chǎn)線的作業(yè)效率，促進了企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)。

1. 整車外觀檢測中的協(xié)作機器人

整車外觀檢測是汽車生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵工序，用以確保整車外觀質(zhì)量。協(xié)作機器人因本身的輕捷、便利及可持續(xù)性強等特點在整車外觀檢測中的應(yīng)用在逐步增多，為該領(lǐng)域的檢測方式帶來了變革式發(fā)展。圖1所示為某汽車制造廠所采用的整車外觀檢測方式。

圖1 板鏈上的整車外觀檢測

圖1中的協(xié)作機器人通過搭載視覺檢測系統(tǒng)進行作業(yè)，實現(xiàn)了整車外觀質(zhì)量自動檢查功能。通過使用協(xié)作機器人裝載工業(yè)相機進行實時圖像采集，并利用相關(guān)智能算法進行自動檢測與識別，在很大程度上提高了外觀檢測的準確性和作業(yè)效率。傳統(tǒng)的外觀檢測在很大程度上依賴人工作業(yè)，檢測結(jié)果很容易受到人主觀因素的影響，存在一定的誤判率并且作業(yè)效率不高。協(xié)作機器人能夠快速而準確地捕捉和分析大量的圖像數(shù)據(jù)，減少了人工錯誤和漏檢的風(fēng)險。

協(xié)作機器人的視覺檢測通過采集和分析檢測過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與質(zhì)量標準進行對比，用以準確判斷汽車是否存在外觀缺陷，如裝飾標志、劃痕、凹陷及顏色不一致等。同時還能夠識別潛在的故障，提供故障診斷和解決方案，幫助企業(yè)快速解決生產(chǎn)線上的質(zhì)量問題。

圖2所示為整車外觀質(zhì)量檢測的一般流程，其檢測流程規(guī)范，實際效果符合企業(yè)生產(chǎn)節(jié)拍，減少了工人的人為操作，只需檢測人員在檢測報警時簡單記錄查看，在很大程度上提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率。

圖2 整車外觀檢測流程

協(xié)作機器人在整車外觀檢測中的應(yīng)用為汽車制造行業(yè)帶來無限可能。它們在自動化、準確性和效率方面具有明顯的優(yōu)勢，能夠有效地減少人工成本、提高企業(yè)生產(chǎn)效率，減少質(zhì)量事故和產(chǎn)品召回的風(fēng)險。

2.ADAS中的HUD檢測中協(xié)作機器人

在汽車駕駛系統(tǒng)中的高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance Systems，ADAS）應(yīng)用在不斷增多，這其中的抬頭顯示（Head-Up Display，HUD）作為一項重要的駕駛輔助技術(shù)，為駕駛員提供實時的駕駛信息，HUD技術(shù)的應(yīng)用帶來更好的駕駛體驗，深受用戶喜愛，因而保證HUD技術(shù)成像的可靠性十分重要。然而在傳統(tǒng)的檢測方式中，對于HUD成像檢測多依賴于人工檢測，效率較低的同時檢測結(jié)果也因人而異，對企業(yè)的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量帶來不好的影響，急需新的檢測作業(yè)方式用以保證HUD技術(shù)的可靠性。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，協(xié)作機器人的出現(xiàn)及應(yīng)用為HUD技術(shù)檢測提供了新的思路與方式。HUD檢測的目的是為了確保車載顯示效果的質(zhì)量和可靠性，傳統(tǒng)的HUD檢測依靠人工來進行目視檢查，需要花費大量的時間和勞動力，同時對工人有一定的檢測技術(shù)要求，生產(chǎn)成本較高。而協(xié)作機器人在HUD檢測中的應(yīng)用大大減輕了人工負擔(dān)，提高了檢測效率和準確性，符合企業(yè)降本增效的要求。

圖3所示是某車企在HUD檢測中引入的協(xié)作機器人作業(yè)場景。圖3中的協(xié)作機器人搭配了高精度的視覺檢測系統(tǒng)，能夠在較短的時間內(nèi)對HUD的顯示效果進行自動、實時的檢測和評估。

圖3 應(yīng)用協(xié)作機器人的車輛HUD檢測

協(xié)作機器人通過對檢測到的HUD成像進行處理與分析，檢測其中存在的問題，比如圖像的失真、顏色偏差等，通過與標準參考圖進行對比，快速判斷是否存在問題，并產(chǎn)生相應(yīng)的指示動作。

協(xié)作機器人在HUD檢測中的應(yīng)用提高了汽車產(chǎn)品質(zhì)量檢測的效率和檢測結(jié)果的準確性，增強了駕駛?cè)说陌踩泻婉{駛體驗。通過自動化與智能化的方式減少了人工錯檢和漏檢的可能性，從而提高了檢測系統(tǒng)的可靠性和一致性。

協(xié)作機器人在整車制造中應(yīng)用的未來趨勢

協(xié)作機器人在整車制造中的應(yīng)用已經(jīng)取得了良好的成果，結(jié)合其自身特性與汽車制造相關(guān)要求未來還將會有更多的應(yīng)用潛力和發(fā)展空間：

1）未來，協(xié)作機器人將更加注重靈活性與適應(yīng)性，使用先進的傳感器技術(shù)，如高分辨率相機、激光雷達和紅外傳感器等，提高協(xié)作機器人的感知能力，使其能更準確地識別和檢測到汽車零部件的質(zhì)量問題。與此同時，研究人員還可以探索更多的智能算法，提升協(xié)作機器人的決策能力，對檢測結(jié)果做出更準確的判斷與響應(yīng)，用以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求。

2）隨著技術(shù)的進步和生產(chǎn)成本的降低，協(xié)作機器人將可以在整車制造過程中的各個環(huán)節(jié)，如焊接、涂裝、裝配等領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用，以實現(xiàn)整體的自動化生產(chǎn)。通過與工人的協(xié)同作業(yè)，提供更高效、準確的整車制造解決方案。

3）通過更加智能、自然的交互界面與工人進行協(xié)同工作，協(xié)作機器人將會具備更好的語音、姿態(tài)識別能力，能夠與作業(yè)人員實現(xiàn)更加直觀、高效的溝通和合作，提高整車制造中的協(xié)同作業(yè)效率和工作效果。

4）在數(shù)據(jù)的收集和分析過程中，協(xié)作機器人將實現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化和預(yù)測性維護。通過傳感器和智能算法對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析，識別潛在的問題和故障，提供預(yù)測性維護和優(yōu)化建議，確保更加高效的整車制造。

未來，協(xié)作機器人在整車制造中的應(yīng)用將更加傾向于靈活性、智能等。實現(xiàn)智能交互和協(xié)同工作，以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的優(yōu)化和預(yù)測性維護，這些都將會在未來推動整車制造工藝中的技術(shù)創(chuàng)新和制造優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，促進汽車行業(yè)整體的工業(yè)制造升級和進步，推向中國智能制造更快發(fā)展。

結(jié)語

協(xié)作機器人的應(yīng)用提供了整車質(zhì)量檢測更加便捷的途徑，提高了企業(yè)生產(chǎn)率。通過介紹協(xié)作機器人在汽車外觀檢測與HUD檢測中的應(yīng)用狀況，對協(xié)作機器人在整車制造中的優(yōu)勢與未來應(yīng)用提出發(fā)展方向，有助于汽車行業(yè)及各類制造業(yè)在未來更加快速地走向智能制造，實現(xiàn)國家對制造業(yè)智能化、自動化等的相關(guān)要求。