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视觉系统用于摩托车生产线

CONTROL ENGINEERING

Harley-Davidson 公司的 V-Rod 是新近推出的最热销和供不应求的摩托车品牌之一,它配置一个液体冷却、 115 匹马力、 1130cc 、 60o V-Twin 的新型发动机(与 Porsche 合资的公司开发),一个液压成型的圆形骨架,一个带双涡流气体收集装置的散热器护罩以及 3 盘片的制动器。 V-Rod 不仅功率强大 , 而且是外表美观、引人注目的新款摩托车。

如同任何工艺精巧的机械,它的出现并不以既成的现实为基础, V-Rod 的发动机是 Harley-Davidson 的新产品,在增加发动机生产效率的过程中,工程师们以一个视觉系统驱动的检验方案来代替手动检验。

与系统集成商 Bachelor Controls & Power Motion Sales ( DVT 的分销商)一起工作, Harley-Davidson 初始处理检验问题是将一个 DVT 摄像机附加到一个有伺服控制的线性执行器,该线性执行器连接到一个气动滑轨,后者能延伸到 3 个不同的位置,在传动部件中的弹簧卡环处于这些位置 。然而,这仅仅是开发视觉系统的第一步,因为对摄像机的面积为 60× 30mm 来说,工作区显得太拥挤。为了解决这个问题,将一个反光镜固定在气动滑轨上夹紧装置和发动机部件之间的一个静止位置,以便允许摄像机捕捉到图像,即使检验定位支承和平衡主轴以及由一个弹簧卡环提供的背光,还需要由另 2 个弹簧卡环的位置为视觉系统建立照明环境 -- 带有照明条件补偿软件的软件过滤器。最后,为了保证检验过程的再现性,弹簧卡环上的一个基准点必须标识为摄像机测量仪表的一个基准点。弹簧卡环其形状类似于一个马掌,在靠近其缺口处打两个孔。最初,环上的这两个孔明显地是用于建立一个固定位置,但实际上,对每个弹簧卡环来说,结果却并非如此,因为它们已位于传送部件内,必须探索别的选择方案。

CONTROL ENGINEERING 编辑总监 David Greenfield 与 Harley-Davidson 制造工程师 Dan Bruyn 进行了讨论以深入了解建立 V-Rod 变速箱检验过程中涉及的复杂但又 “ 简单明了 ” 的决策问题,以下是所讨论的问题。

问:就工程决策观点来说,这个项目对你们是如何的有代表性?

答 : 在宏观层,决策过程是直截了当的,由于潜在生产不合格器件的质量问题,所以我们群策群力地进行攻关和讨论可能的选择方案,通过全部的决策过程和在返回率的基础上确定能投入多大的费用。在微观上,考虑使所有部件投入运行的错综复杂性 -- 一直到视觉系统如何和 PLC 以及操作员接口进行对话。此外,应使所有这些接口相互连接和协调工作 -- 项目的这个部分是十分独特的。虽然,围绕这个项目的决策过程并非新颖,但所采用的技术是新的,你必须具备各种不同的知识基础,从而保证你正在做的一切能取得成功。

当回顾我在视觉系统方面所取得的经验时,在几年以前,如某些人建议引入一个视觉系统,每个人对这个观点会感到惊讶,因为这是一个 50,000 美元到 100,000 美元的巨额投资,因此视觉系统并不是一个说来容易的解决方案。即使在今天,我仍然会说,视觉系统并不总是一个首选方案,因为在某些应用案例有大量比视觉系统更容易设计和快速构成的装置,特别是用于快速检验。但从发展趋势来说,随着视觉技术变得越来越方便使用和更容易负担得起,情况就发生变化。如今,只要花费约 2,000 美元,就能在一个合理的时间阶段内安装一个功能强大的视觉系统。不过,如大多数装置和工具,特别是你的任何配置都是定制制造的,则费用会相对地昂贵。应该说,一个视觉系统可以长期使用,从这个角度考虑,这是一个值得投入的交易。一个定制的装置 -- 如硬件仪表设计用于特定测量或检验的工具 -- 只能适用于配置它的专门项目,也就是说,不具备再使用性。

问:这两个必须处理的问题 -- 摄像机的位置和照明,那一个更难于工程实现?

答 : 这两者的困难程度相同,因为它们都不能采用简单的方法实现以及两者都提出各自的挑战性问题。这些挑战,我本人及集成商过去还没有经历过。关于定位,我们要进行的有 3 个检验,每个检验在不同的位置,为了减少复杂性,我们只要求使用一个摄像机。更具有挑战性的事是:要检验的工作不是开放的,而且不容易接近,其他的自动化设备正占领同一个区域,我们有一个安装支承的夹具必须从该区退出,从而摄像机能进入以进行检验。然后,必须移出摄像机,让开道路,以便夹具能进入以安装另一个支承和弹簧卡环的组合。我们应用不同的运动设备来处理这些任务。由线性执行器控制摄像机的进入和退出。而伺服电机用于在 3 个不同的位置中的每一个使摄像机聚焦以便进行检验。

照明问题别具一格,因为我们采用两种类型的光源,有 3 个弹簧卡环,其中两个安装在支承后,所以我们使用的是从支承上反射出来的环形光,光束是直线并且工作得很好。但对视觉系统的应用,最好有一个背光,这就是第三个弹簧卡环。第二种光源为紫外光,由于没有支承在该弹簧卡环之后,从变速箱反射出来的光形成第三个弹簧卡环的背光。尽管这两个过程都不是简单易行,但我们仍然放弃只使用单一光源的方案。因为我们有两个检验项目正在进行,而决定使用这个方案可获得相当多的可重复应用的结果。

问:有关弹簧卡环上的孔,是什么使它不能用作建立位置的参考点?

答 : 通过视觉摄像机,不是总能看到整个孔,在支承上刻印的字体会混淆这个系统。而且你不能总是在孔中获得一个鲜明的对比,或者你只能看到孔的一半,因为孔的另一半隐藏在弹簧卡环的槽中,因此弹簧卡环的缝隙可认为是我们能一而再、再而三观察到的一个恒定不变的特性。由于几乎总是有一个支承在弹簧卡环的后面,可使用缝隙进行聚焦,因而我们总是能得到清晰的弹簧卡环的图像,从而观察它是否已就位。

 

 

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