康耐视3D视觉软件：实现机器人对 汽车发动机缸体的高效精确抓取

• 关键词：康耐视,视觉软件,汽车制造
• 摘要：一汽-大众长春发动机传动器工厂（EA211发动机工厂）位于吉林省长春市，该工厂 于2016年全面建成和投产后，进一步强化了一汽大众动力总成供应链

挑战

▪ 人工上料方式影响生产节拍，存在质量隐患；

▪ 视觉系统要能实现用一个程序引导机器人快速精准抓取多种型号的工

件；

▪ 抓取夹具设计的是三面六个定位销，视觉系统要能满足三个方向的角

度要求。

▪ 视觉系统精度在0.3mm，需要克服现场环境光的不利影响。

效果

▪ 实现了上料工位的自动化，替代10位人工，良品率提升；

▪ 四种型号工件可以通用一个程序，引导机器人高精度快速抓取；

▪ 增加1个机械结构用来辅助角度矫正，并去掉1个定位销，对角度要求降

低；

▪ 实际视觉精度超过预期，稳定的光环境保证了检测效果；

一汽-大众长春发动机传动器工厂（EA211发动机工厂）位于吉林省长春市，该工厂

于2016年全面建成和投产后，进一步强化了一汽大众动力总成供应链。EA211发动机

工厂拥有高精度的加工中心、世界一流的生产线和智能化工艺，采用大众康采恩生产

标准，主要制造基于德国大众最新MQB平台的EA211系列发动机，并且预留生产1.4L

MPI、1.2L TSI、1.0L TSI及混合动力机型的能力。

人工上料方式影响生产节拍，引发质量隐患

发动机作为汽车的心脏，其质量与性能的好坏，决定了汽车运行的动力性、经济性、平稳性和环保性。而发动机的制造水平，在很大程度上取决于其零部件的加工质量。缸体和缸盖是发动机的关键部件，它们的质量直接影响发动机的性能。

在EA211发动机工厂的缸体和缸盖上料工序中，有5个生产工位是人工上料的方式来进行工件的转移。但是，在生产过程中，这种人工方式遇到了棘手问题。

“由于上料工位是人工手动操作，因此工作速度慢，严重影响生产节拍。”EA211发动机工厂生产工程师指出，“另外，因为操作工不能完全按照操作手册操作，会造成缸体、缸盖的定位孔和加工孔不同程度的磨损，以及缸体在精加工托盘上的位置发生变化。这样就导致在后续的自动装配工序时，机器人会碰到缸体内表面，出现凹痕和划伤，使缸体整体密封性变差。而定位孔和加工孔的磨损将导致后续的攻丝螺纹不完整，在安装螺丝时会受力甚至倾斜，造成缸体直接报废的严重后果。”

为提升生产效率，消除质量隐患，EA211发动机工厂决定进行技术改造，引入先进的视觉技术，引导机器人实现对缸体的快速精确抓取。

EA211发动机工厂对视觉方案有明确的诉求。“我们要求视觉系统精度在0.3mm，需要克服现场环境光的不利影响。抓取夹具设计的是三面六个定位销，视觉系统要能满足三个方向的角度要求。”工厂生产工程师表示，“由于车间现场MESS系统的原因，只能用一个程序抓取多种不同型号的缸体和缸盖，它们的特征点不完全一样、尺寸有偏差，而且工件注塑也会有误差，因此视觉系统要能实现用一个程序引导机器人快速精准抓取多种型号的工件。”

另外，对选择解决方案提供商，EA211发动机工厂也有自己的考虑。“从事视觉检测行业要满10年，技术服务人员应是工厂本地人员，后续技术服务要能和我们的技术人员紧密配合。”工厂生产负责人强调，“另外，在大众公司应该有5个以上视觉检测方面的部署项目。”

高性价比的康耐视3D视觉技术，引导机器人精准抓取

经过多方了解，EA211发动机工厂的技术负责人发现康耐视在一汽-大众多个车间拥有众多成功应用，如总装车间引导机器人抓取车辆备胎、涂装车间检测车辆落位滑鞘到位、发动机厂变速箱错漏装及齿轮型号检测、新能源车间利用A5000引导机器人抓取电池模组外壳等。

“大众成都工厂也应用了康耐视视觉技术，解决了跟我们类似的生产难题。我们接触的所有车间同事，都对康耐视的设备表现反响不错。”工厂技术负责人讲到，“而且，在视觉检测技术刚刚兴起的时候，我们公司就采购了一批康耐视产品应用于生产，合作时间长达15年，双方都已建立了很好的信任关系。”

于是，工厂技术负责人就联系到了康耐视公司的代理商，“经过多次交流沟通、产品演示，并考察其技术服务的水平和态度，我们觉得康耐视有能力把这个项目做好。”康耐视技术服务的细致，让工厂的技术工程师动心，“康耐视技术人员为我们提供了一份详细的PPT，里面介绍了机器人控制相机所要发送的信号、检测参数和注意事项，以及检测过程中机器人所要做的工作等，内容非常详实。”

根据现场工况、设备特点和检测需求，康耐视向工厂推荐了VisionPro®视觉软件3D版。因为无论是执行一次轮廓测量还是扫描整个三维表面，该软件都能提供最强大和稳定的三维机器视觉工具，实现超越二维机器视觉技术的高精度表面特征测量。高分辨率3D图像配备业界领先的康耐视3D视觉工具，可为装配验证、在线测量和机器人引导等应用提供可靠、准确的解决方案。

随后，工厂就安排了样机的现场测试。在现场，康耐视代理商先把设备与机器人建立通讯，通讯协议为TCP。“康耐视代理商早就提前准备好了与机器人通讯的扩展包，把扩展包提供给机器人安装之后，就可以直接与康耐视设备进行通讯。”建立通讯的过程，令EA211发动机工厂的技术工程师印象深刻。

而现场试验之顺利更让工程师们感到惊喜，“确定工作范围之后，机器人就配合视觉进行相机标定，完成检测程序，一切就绪后开始测试。我们惊讶地发现，在缸体位置、角度、高度发生变化时，经过视觉检测后给出的修正坐标，可以精准地引导机器人找到了定位孔，这就一下子解决了我们的大问题！”

这样，高性价比的康耐视3D视觉解决方案，在现场测试中表现出色，一举解决车间的生产难题。EA211发动机工厂在综合考量后，就决定采用了康耐视的3D视觉解决方案。

生产效率大幅提高，良品率增至99.4%

在实际运行中，康耐视反复雕琢其解决方案，不断优化方案细节。1）相机选型问题：由于机器人在拍摄位置可以静止不动1秒左右，所以未选用500万像素的全局快门工业相机，而是选择了卷帘快门1000万像素相机，光源由原来的2根蓝色条形光源增加至4根；

2）夹具问题：更改夹具，增加1个机械结构用来辅助角度矫正并且去掉1个定位销；

3）多种型号工件测量问题：康耐视请工厂提供“零误差”工件（就是三坐标测量后基本接近生产图纸尺寸的工件），分别测试四种型号的缸体和四种型号的缸盖，寻找特征规律，找到几种型号通用的特征点；

4）光线问题：在相机和光源整体结构外增加遮光板，既可以屏蔽外界光又可以保证条光的聚集性。

目前，EA211发动机工厂在车间已经成功部署了康耐视3D视觉产品，实现了机器人高精度快速抓取发动机缸体、缸盖，极大提高了生产效率。另外，工厂将节约下来的5个工位共计10位工人，投入到了其他工位。原有工位和新加工位创造的价值已经达到原有的两倍之多，整体的生产成本大幅度下降。

“实际视觉精度超过预期，降低了对角度的要求，而且稳定的光环境保证了检测效果，现在，四种型号工件可以通用一个程序引导机器人抓取，非常方便车间的生产。”工厂生产负责人高兴地说道，“而且引导效果稳定，自动化上料速度远超人工上料，缸体磨损基本不再出现，工件良品率从96％提升至99.4％左右。”

视觉检查在替代传统人工检查的时候，出于对新技术的陌生感，人们往往会对其可靠性存在疑虑。“生产部门一直觉得视觉检测是不稳定因素，担心会影响生产。”工厂技术负责人指出，“但是经过此次项目，改变了对视觉检测的看法，生产部门对视觉检测技术的进一步应用有了很大的信心！”

现在，EA211发动机工厂的视觉引导机器人抓取工件项目，已经成为全厂的经典学习案例，也顺利实现了今年车间提倡的口号——“开源节流合理化建设，把问题点消除，把不可能实现！”

“与康耐视合作比较明智的选择，最打动我的是康耐视技术团队的专业性、项目的整体把控能力和对细节的注重。我们没有想到的一些项目细节和问题，他们都能全面考虑和配合上，并提供可行性建议。”EA211发动机工厂负责人对康耐视的技术水准和服务质量点了大大的赞，“和专业团队合作，可以精准、轻松地完成项目。本次技改完美解决了车间面临的技术难题，未来有机会我们会很期待和康耐视的再次携手合作！”