陳鑫 李輝 盧從堅 經(jīng)偉明 姜松伶

柳州賽克科技發(fā)展有限公司 廣西柳州市 545000

1 引言

2021年，全國汽車銷量累計達到2630萬輛，同比增長4%，汽車制造業(yè)正在蓬勃發(fā)展中，產銷量的增加會給車企帶來不可預知的售后質量隱患，而作為有汽車心臟之稱的動力總成，更不可出現(xiàn)質量事故，輕則拋錨，重則車毀人亡。所謂防患于未然，發(fā)動機制造過程中的質量監(jiān)控尤為重要。制造業(yè)的迅猛發(fā)展，導致防錯設備的需求與日俱增，制造業(yè)帶動了智能視覺防錯設備及傳感器的更新迭代，智能相機、光電傳感器、視覺系統(tǒng)等等防錯裝置層出不窮，應用于動力總成裝配過程質量監(jiān)控中，能有效提高發(fā)動機制造質量，預防質量問題逃逸。

2 發(fā)動機密封膠智能視覺系統(tǒng)防錯

發(fā)動機總成由多個零件裝配而成，但每一個零件的配合都必須嚴絲合縫，發(fā)動機是一個密封的整體，型體較大的零件，如前蓋、油底殼、凸輪軸罩蓋等殼體件與缸體的配合，一般由密封硅膠來保證零件配合面的密封性，防止發(fā)動機在運行工況下出現(xiàn)機油泄漏。

發(fā)動機的零件配合面涂膠走勢并非一個完整的幾何圖形，傳統(tǒng)檢測方式依靠人工目視檢查，使用游標卡尺測量膠寬，不僅效率低下且存在較高誤判率，長期人工檢查會增加制造成本及生產節(jié)拍。

筆者所在發(fā)動機工廠某涂膠站采用康耐視CAM-CIC-5000R-14-G型號工業(yè)相機搭配COG-VC5-120-000視覺控制器的智能視覺系統(tǒng)，能很好識別膠線走勢，若在車間環(huán)境光線較暗情況下，對比度不明顯，可配合Betterway品牌BWTX30500X29R6W-24V-BC型號相機燈，燈光閃爍瞬間相機拍照，即可形成如圖1的二維圖像，智能視覺系統(tǒng)內置膠線識別程序，可根據(jù)涂膠工藝要求進行圖像示教，設置不同參數(shù)及閾值，識別各個位置的密封膠，有效識別涂膠寬度、膠線走勢、斷膠等多個問題。智能視覺系統(tǒng)相比傳統(tǒng)方法檢測涂膠質量，大大降低了誤判率，既可細微入至識別細小缺陷，又能降低生產節(jié)拍，從拍照檢測判斷再將信號與PLC進行交互，過程不超過10s，高效把控發(fā)動機密封質量。

圖1 智能視覺系統(tǒng)形成二維圖像

2.1 智能視覺系統(tǒng)運行常見問題

工業(yè)4.0時代制造業(yè)自動化率普遍提升，智能制造是每一個工廠的追求，但自動設備并非完美無缺，偶發(fā)故障不可避免，智能視覺系統(tǒng)也一樣存在影響運行的問題。

根據(jù)筆者工廠智能相機工位運行經(jīng)驗，以下問題需重點關注：

①相機誤判率；視覺系統(tǒng)存在一定誤判率，為避免因誤判導致生產中斷，前期防錯規(guī)劃及調試需收集大量圖片樣本，包括合格及不合格圖片，持續(xù)示教相機以提高合格率；

②相機與PLC交互問題；相機拍照判斷合格，但信號傳輸至PLC顯示不合格，或PLC發(fā)送拍照指令但相機不執(zhí)行等問題，會導致生產中斷，建議相機安調過程注重交互程序邏輯合理性，并備份程序，預防設備運行過程程序缺失導致交互中斷，可立即恢復備份程序；

③工控機影響相機運行；工控機存儲相機程序，不建議與多個相機共用，避免程序調用過程出現(xiàn)不可預知錯誤，可增加顯示屏，便于程序調試；

④圖像存儲；相機若監(jiān)控多個點位，或多個相機同時運行，需各自單獨保存文件夾區(qū)分OK及NG圖片，并關聯(lián)發(fā)動機EUN碼，便于區(qū)分故障圖像，進行程序優(yōu)化；

⑤相機外設；工廠光線對相機運行有一定影響，建議增加暗箱將光線調試至相機最佳狀態(tài)；相機及暗箱不可安裝在設備支架或托盤輥道，避免晃動影響程序判斷，獨立支架安裝外設是最佳選擇。

流程1 涂膠工位相機運行模式

3 發(fā)動機標簽碼與缸體碼防錯

一輛汽車由成千上百的零件組裝而成，為了對汽車的零部件進行精確追溯，重要零部件都有唯一的編碼，在裝配過程會把這個編碼與整車車架號綁定，車企通過車架號即可查詢到所有重要零部件的精確編號。汽車零部件中最重要的就是發(fā)動機總成，一旦裝配出廠，就不可隨意更換，私自更換發(fā)動機，更改汽車動力后不進行備案是違法行為，所以發(fā)動機對于汽車具有唯一性，而是否為原廠發(fā)動機只能靠發(fā)動機編碼來識別。

發(fā)動機缸體刻印有一個具有唯一性的編碼，在出廠前會額外打印黑色及白色標簽，標簽碼與缸體碼一致，用于整車裝配掃碼綁定及銷售隨車查詢。因涉及法律法規(guī)要求，發(fā)動機標簽編碼與缸體碼的字符必須完全一致，人工目視檢查難免發(fā)生錯漏，此時就需引入一個智能視覺系統(tǒng)識別字符。

3.1 智能視覺系統(tǒng)字符識別

康耐視XMIS8200是一套優(yōu)秀的智能視覺系統(tǒng)，通過收集字庫示教相機，足以應對各種字符的識別判定。XMIS8200將整套完全獨立的視覺系統(tǒng)精密壓縮在極小空間內，完全適應生產線的緊湊結構，可在較小空間內完成相機布局，可自動識別缸體碼，工作臺人工操作按鈕識別激光打印的標簽碼，如圖2及圖3。

圖2 智能系統(tǒng)識別缸體碼

圖3 智能系統(tǒng)識別標簽碼

智能視覺系統(tǒng)采集以上3種圖片并識別字符后，內置程序自動核對字符一致性，若字符均一致，則判定合格，完成三碼一致防錯，合格信號傳遞至PLC放行發(fā)動機，保證發(fā)動機合法合規(guī)性。

3.2 字庫收集示教

智能視覺系統(tǒng)出廠具有圖片采集功能，但不能直接識別字符，需要收集數(shù)據(jù)進行調試示教，康耐視XMIS8200智能視覺系統(tǒng)在前期調試階段需進行字符字庫收集，針對發(fā)動機缸體碼及標簽碼字符數(shù)量，同時涵蓋大寫字母及阿拉伯數(shù)字的情況下，需收集約400臺量發(fā)動機的標簽碼字符，收錄于相機內置程序中作為字庫依據(jù)，以此示教程序識別字符。程序示教完成后，每一臺發(fā)動機缸體碼及標簽碼由相機拍照記錄，程序自動調取字庫校核圖像中的字符，識別出缸體碼、標簽碼后進行對比判定。

4 光電傳感器在連桿配對中的應用

發(fā)動機連桿與連桿蓋在安裝軸瓦前需進行震斷處理，此過程造成的斷裂缺口具有唯一配對性，若兩個連桿混裝連桿蓋，則會造成軸瓦與曲軸不貼合，發(fā)動機運行工況下輕則頂氣門，重則引發(fā)爆缸故障。因此連桿與連桿蓋在裝配過程的配對尤為重要，此處介紹一款簡單實用的光電傳感器作為配對防錯裝置——邦納S18-2VNFF150-Q8型號光電開關。

邦納S18-2VNFF150-Q8利用光束發(fā)射與接收判斷操作員工是否拿起相配對的連桿蓋與連桿，發(fā)動機包含4套連桿，共有8個連桿零件，筆者工廠通過非標設計，將8個光電傳感器集成布置在工作臺，分別感應一個零件，拿取傳感器感應的連桿蓋進行裝配就必須拿取其相匹配的連桿，若拿取另一連桿，則光電傳感器信號傳遞至PLC判斷拿取錯誤，可連接蜂鳴器或指示燈提醒員工操作有誤，達到防錯效果。

圖4 字符字庫收集

圖5 光電傳感器

5 其它智能視覺系統(tǒng)及傳感器防錯案例

發(fā)動機零部件眾多，防錯裝置應用也多種多樣，除以上列舉防錯案例外，以下零件也可配置智能視覺系統(tǒng)及傳感器進行防錯判定：

①進排氣凸輪軸鏈輪防錯；發(fā)動機裝配過程進排氣鏈輪不可裝反，裝反則進排氣凸輪軸相位混亂，無法精準控制氣門開啟及關閉，鏈輪防錯可采用邦納IVU2PTCW08智能視覺相機，對鏈輪區(qū)分標識進行識別，達到裝配防錯效果；

②發(fā)動機氣門間隙檢測防錯；采用機械挺柱的發(fā)動機需進行氣門間隙檢測，一般使用卡鉗式氣門檢測工裝，更換位置測量8組氣門間隙，但若未移動卡鉗進行測量，存在漏測風險，可使用邦納Q4X激光傳感器對卡鉗進行定位，每一組氣門間隙測量位置設置一個傳感器進行防錯；

③機油泵墊片及油底殼墊片裝配防錯；部分發(fā)動機的油底殼和機油泵設計有密封墊片，人工安裝后依靠目視檢查不易發(fā)現(xiàn)安裝錯位，也存在漏裝風險，可采用邦納IVU2PTCW12智能視覺相機，識別墊片無漏裝且安裝在正確位置；

④高壓油泵滾子挺柱漏裝防錯；高壓直噴發(fā)動機油泵下設計有油泵滾子挺柱，此零件在裝配油泵后無法目視檢查，可在裝配過程采用邦納Q4XTKLAF600-Q8激光傳感器，通過激光測距識別已裝配油泵滾子挺柱；

⑤凸輪軸軸承蓋防錯；未采用一體式凸輪軸罩蓋的發(fā)動機設計有固定凸輪軸的凸輪軸軸承蓋，以四缸機為例，共有10個軸承蓋需依次按順序安裝，人工安裝存在混裝風險，可采用康耐視XMC5000R14型號智能視覺系統(tǒng)進行軸承蓋字符標記識別，以達到防錯效果。

圖6 油底殼墊片及鏈輪智能系統(tǒng)相機識別

6 結語

制造業(yè)應秉承“質量三不”原則把控制造過程質量，制造出工藝精湛、客戶滿意的產品，本文所論述的各項防錯實例，適用于裝配過程防錯，使產線自動化、智能化，防止質量缺陷逃逸，打造高質量動力總成，助力制造質量發(fā)展。