視覺技術在汽車工業生產中的應用簡述

鄭琦，趙赦，王建甫，趙晉陽

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

0 引言

近年來，汽車工業發展突飛猛進，各種新工藝、新技術也在汽車行業得到充分應用與推廣。視覺技術作為一種新興的產業技術，在汽車工業生產中逐漸興起，并發揮著越來越重要的作用。視覺技術以相機為基礎，通過對產品進行拍照、視覺引導等技術手段收集數據，最后再通過后臺軟件運算，最終達到代替人工實現定位、識別、檢測等目的。

1 應用簡述

從視覺技術在汽車工業中的技術應用上來看，主要可以分為點激光、線激光、2D 視覺，3D 視覺等幾個方面。

1.1 點激光視覺

點激光視覺是通過CMOS 感光片，對被檢測的工件進行投射，產生一個可見的光斑，其反射光會通過精密的受光組鏡，在傳感器上成像。當光源與被測量的工件距離發生變化時，成像的位置發生相對變化，從而達到測量的結果。其主要應用為生產過程中對工件外形的檢測。

在商用車車架縱梁生產中，其縱梁為輥壓成型生產，成型后縱梁的外形尺寸是否能滿足生產要求，就需要對成型后的縱梁進行檢測。檢測的核心就是應用點激光視覺傳感器來完成。

在U 型梁的翼面，腹面分別布置點激光視覺傳感器，U 型梁隨著長度方向的移動，傳感器分別獲取不同位置的數據，從而進行分析U 型梁腹寬、翼高，角度、平面度等數據從而完成對縱梁的檢測。如圖1所示。

圖1 點激光視覺（U 型梁外形檢測）

1.2 線激光視覺

線激光視覺技術是通過視覺系統對加工工件進行視覺掃描，同時利用后臺的應用軟件計算對工件進行加工。主要用于高速及高精度實時焊縫跟蹤或者零件切割的過程。

如圖2 所示，在焊接應用中，工件為兩個扣合并點焊到一起的U 型工件，長度約8m，下一步任務是需要對扣合的工件完成自動焊接工作。由于工件在長度方向加工過程一致性無法做到100%，因此焊縫并不是一條絕對的直線，需要通過視覺引導技術完成此過程焊縫的焊接。

圖2 線激光（焊接）

在切割工藝中，通過激光引導系統，引導機器人在切割過程中適應縱梁的變形，激光切割頭伴隨自動跟蹤系統，跟隨零件的變形完成零件切割。如圖3所示。

圖3 線激光（切割）

1.3 2D 視覺

2D 視覺是通過拍攝2D 平面照片，并經過后臺軟件計算捕捉到工件的特定位置，從而實現工件的定位要求。其主要的應用場合比如：沖壓生產中零件的對中，焊接生產中管類或者螺柱類零件的焊接定位，等。

沖壓自動化生產中需要對沖壓零件進行對中。傳統的對中方式有重力對中及機械對中。重力對中通過零件的重心尋找來實現零件的對中，結構雖簡單，但出錯率較高；機械對中則通過機械裝置實現零件外形尺寸對中，對中準確率高，但機械裝置復雜，成本高。視覺對中則兼顧傳統對中的優點，通過拍照計算零件外形尺寸從而識別零件的中心位置，裝置簡單，成本低并且準確率高，近些年得到了廣泛應用。如圖4 所示。

圖4 沖壓件視覺對中

2D 視覺對管類零件的焊接尤其是密集管類零件的焊接應用尤為重要。傳統的焊接定位通常都是通過夾具固定兩個要焊接零件，然后再進行焊接。而對于管類零件來說，有時根本無法進行固定，這樣通過2D 視覺拍照識別零件中心，再由機器人抓取到位置焊接，既準確效率又高。

1.4 3D 視覺

3D 視覺是通過拍攝3D 三維圖片，并經過后臺軟件計算從而捕捉到工件的外形輪廓，外表面精度等信息，從而實現對工件的識別或者檢測的工作要求。常見的應用為批量切割后零件的分揀，成品零件的外觀檢測等。

中厚板零件的下料加工過程中，切割工藝已經十分普及。為了提高材料利用率以及零件的匹配性，往往一張板料會切割很多不同的零件，這樣要實現自動化的分揀就需要通過3D 視覺技術來完成。3D相機會安裝于機器人的機械臂上端，通過拍攝3D 圖片對板料上的零件進行識別（圖5），從而安排機器人對同類零件進行分別識別抓取、碼垛（圖6），提高分揀效率，減少工人的勞動強度（圖7）。

圖5 管類零件焊接

圖6 3D 視覺（零件輪廓異常識別）

圖7 3D 視覺（零件分揀）

2 展望

從視覺技術在汽車行業中的應用來看，無論是點激光、線激光還是2D、3D 視覺，視覺技術正在將傳統的機械定位、夾具夾緊、檢具檢測等工作，通過其技術手段逐漸變為無基準、無定位的全柔性化工作，在保證精度的前提下，降低了制造成本，提升了生產效率，并且更有利于實現自動化生產。相信在不久的將來，視覺技術會有更加廣泛的應用。