汽車行業衝壓生產過程中，需要對板料進行對中才能實現自動化上料，而行業中解決方案大多為重力對中、機械對中和視覺對中，重力對中和機械對中系統響應速度慢、部件易磨損，且不能滿足高速衝壓線；而視覺對中具有響應速度快、系統穩定性強、維護工作量小、板料形狀適用性強，且可以滿足高速自動化生產線。

隨著人們生活水平的提高和科技的不斷進步，汽車生產技術日趨成熟，為了快速響應市場需求，滿足人們對汽車高質量、高效能的需求，汽車製造業中高速衝壓生產線應用日趨廣泛。適應於高速衝壓線，視覺對中系統為其提供了不可或缺的技術保障，本文就著重對高速衝壓生產線中視覺對中系統技術進行闡述，分析日常生產執行過程中的常見問題和處理措施。

現場佈局

本生產線設計節拍為15SPM，整線由拆垛系統、清洗塗油系統、視覺對中系統、板料及衝壓件傳輸機器人、2400t壓力機、1300t壓力機、三臺1000t壓力機、出料傳輸系統、自動裝箱系統、控制系統組成。圖1所示為拆垛對中佈局圖，線首部分由拆垛系統1、拆垛系統2、拆垛機器人1、拆垛機器人2、進料皮帶機、清洗機、塗油機及視覺對中系統組成。

圖1 拆垛對中佈局圖

視覺對中系統

系統組成

視覺對中系統由視覺皮帶機、上料皮帶機、上料機器人1(含控制系統)、上料機器人2(含控制系統)、網路交換機、工控機、視覺相機1、視覺相機2、視覺照明系統、整線主控PLC 及其他控制單元組成。視覺相機、工控機、上料機器人和主控PLC 透過預設的PROFINET 通訊網路完成資料的傳輸(圖2)。

圖2 控制系統網路拓撲圖

工控機中預裝了視覺軟體，透過工控機網絡卡將2臺視覺相機聯網，實現資料採集，視覺機器人1 控制系統選配了PROFINET 通話卡，從而透過網路交換機將工控機中視覺相機、工控機、機器人控制系統整合在了同一個PROFINET 網路中，機器人控制系統透過PROFINET 網路與主控PLC 實現資料的傳輸和互動。

系統工藝流程

除錯執行：新零件上線除錯時，首先在各單元設定對應的零件編碼和零件名稱，然後啟動拆垛系統並設定拆垛機器人執行軌跡，拆垛機器人搬運一張板料放置於進料皮帶機，手動搬運板料至視覺皮帶上，根據板料特徵製作視覺模板，然後將視覺系統切換至離線狀態並手動拍照，拍照完成後手動執行視覺皮帶機和上料皮帶機，將板料運送至上料皮帶；依據拍照資料設定上料機器人BEFORE PICK 點、PICK 點、AFTER PICK 點位置，根據板料在模具中的狀態設定上料機器人BEFORE DROP點、DROP點、AFTER DROP點位置，逆序執行設定WAIT LOAD 點、OUT LOAD 點、WAIT UNLOAD點、OUT UNLOAD點位置並儲存機器人軌跡；將機器人執行至等待位，視覺切換至線上狀態，準備自動生產。

如圖3 所示，自動執行：按下整線迴圈啟動按鈕，拆垛工位機器人開始進行拆垛並運送板料至送料皮帶和清洗機、塗油機，經清洗塗油後將板料運送至對中皮帶，對中皮帶檢測皮帶機有料並停止執行，主控PLC根據預設的程式傳送預啟動皮帶機指令並由此指令觸發視覺相機拍照，視覺相機拍照完成後，工控機將計算板料位置資料與預設板料模板的資料進行比對、計算；同時主控PLC 控制對中皮帶將板料運送至上料皮帶和上料機器人工位，上料機器人根據工控機傳送的板料位置資料進行計算，然後上料機器人修正PICK 位置、抓料，上料機器人運送板料至2400t 壓力機，上料機器人投放板料後返回等待位置。整個系統進入下一迴圈。

圖3 視覺系統工藝流程圖

視覺模板

新零件上線時，在整線控制系統中設定對應的零件編碼，相應的在工控機中設定對應的零件編碼，手動從拆垛工位運送一張板料至對中皮帶機，使用預裝在工控機中的視覺軟體切換相機為手動模式，觸發視覺相機拍照，在軟體製作視覺模板：設定視覺特徵—設定搜尋範圍—設定特徵得分下限—設定旋轉許可角度—特徵TRAINING—查驗特徵—儲存模板—切換相機為自動模式—運送板料至上料工位—設定上料機器人PICK 和DROP 軌跡。關於視覺模板特徵，設定過多的特徵或許會影響資料傳輸速度，導致故障率提升；而設定的太少則不能準確識別板料位置；一般單件設定1 ～2 個特徵，雙件設定2 ～4 個特徵，且每個零件至少1 個特徵。

訊號互動

整線主控PLC 與上料機器人1、上料機器人2、視覺相機、工控機之間透過PROFINET 通訊進行訊號互動，主要訊號為皮帶機預啟動、觸發相機拍照、相機拍照完成、手動拍照、板料座標X、Y 和轉角Deg，如表1、表2、表3 所示。

表1 主控PLC 與機器人1/2

表2 機器人與工控機

表3 板料位置資料

控制原理

整線具備生產條件後，在整線主控臺進行整線啟動，整線所有機器人執行至等待工位，拆垛工位機器人將板料從拆垛臺搬運至送料皮帶，經清洗機清洗和塗油機塗油後，板料到達對中皮帶，對中皮帶板料感測器檢測到有料後發訊號給主控PLC，主控PLC 執行對中皮帶停止控制程式，該控制程式按照預設的公式進行計算並停止皮帶執行，然後執行皮帶停穩濾波程式；此時主控PLC 觸發對中皮帶預啟動指令，並且觸發視覺相機拍照(圖4)，視覺相機拍照完成後傳送TRIGGER DONE 指令給機器人控制系統，同時工控機計算板料位置資料並傳送給上料機器人控制系統，對中皮帶和上料皮帶以對中皮帶機為基準同時啟動並且執行定長2400mm，此時板料已經運送至上料皮帶，上料機器人也已經執行到了上料皮帶上方，上料機器人控制系統計算接收到的板料位置資料和修正PICK位置軌跡進行板料抓取，上料機器人按照預先設定的執行軌跡將板料準確的放入首臺壓力機的模腔內，整個系統進入下一個迴圈。

圖4 觸發視覺相機拍照PLC 程式

常見問題及處理措施

在生產過程中，系統的可靠執行無疑是每一位裝置運營管理者最期望的，根據經驗總結了以下常見問題及處理措施( 表4)。在生產現場出現最多的就是找不到視覺特徵、板料照片反光和視覺得分低，一般需要進行如下處理：調整板料在托盤位置/ 調整拆垛機器人投放板料位置/ 檢查調整皮帶機、減少塗油機噴油量/ 適當調大清洗機擠幹輥壓力、清理皮帶機底板/ 清理皮帶/ 增大板料與皮帶機底板間色差/ 最佳化視覺特徵位置；除此之外，要按照維護保養計劃定期對通訊線纜、線纜接頭、皮帶機傳動裝置、視覺燈具進行檢查和維護保養。

表4 常見問題及處理措施

結束語

隨著視覺系統應用的普及和技術的不斷完善，相信視覺對中系統在汽車以及家電等行業衝壓自動化生產中使用越來越廣泛，其產品應用方案也日趨成熟、穩定，視覺系統精度、效能也會逐步得到提升，為高速衝壓自動化提供強有力的技術保障。

作者簡歷

劉志祥，主管工程師，主要從事汽車衝壓自動化生產線的前期規劃及後期日常運營管理等工作，主持並完成了多個專案運營管理體系的開發與實施，熟悉現場衝壓自動化生產線的維護、故障處理、改進改善等。曾獲得第十三屆北京發明創新大賽銅獎和第十四屆北京發明創新大賽入圍獎；並擁有1 項實用新型專利、2 項發明專利。