何君竹
哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 黑龙江哈尔滨市 150069
摘要：近年来，随着我国汽车市场的发展，人们对车辆的需求也更加多元化，使得发动机行业逐渐加快了新产品的开发。而不同排量的发动机产品实施共线生产的模式，已成为未来轿车制造工业的发展趋势。在单线多品种的制造过程中，因产品的差异，混装、漏装、漏加工及加工错误等造成的错误风险，也随之产生。而生产线很多工位采用人工对零件的缺陷、型号、加工质量进行检查，由于疲劳、烦躁等负面因素的影响，人工检查具有很大的主观性且效率低下。因此，在发动机装配过程中，急需一种机器视觉系统来代替人工品质检查。
关键词：发动机；装配；视觉系统；
引言：以某汽车制造企业发动机装配线为研究对象，介绍了视觉系统及其组成。视觉系统在发动机装配线的具体应用包括硬件构成、应用原理以及主要操作流程，论证了视觉系统应用于发动机装配线防错的优越性，与企业效益之间的内在关系，以及未来高度自动化、智能化的发展方向。
1明确发动机与变速箱装配组成
汽车发动机与变速箱装配线，主要由以下几部分组成: 自动技术、半自动技术、手动工装技术、物流运输、信息管控等组成。常见的装配技术主要包含机械设备、电气电信等。在实际装配的过程之中，一定要保证各项设备安装准确，如果安装偏差超过规定要求，会显著降低发动机与变速箱运行效率，严重的还会引发质量故障。所以，在汽车发动机装配环节，半成品与废品较多。为了减少半成品与废品的出现，运用防错与纠错技术特别重要。
对于操作人员来讲，在实际装配的过程当中，要严格按照安装流程进行安装，确保各类装置安装正确，如果出现技术错误，会严重影响汽车发动机与变速箱的整体运行效率，严重的还会引发大规模故障。所以，在发动机装配环节，半成品与废品出现概率比较高，为了确保发动机装配环节出现的故障问题得到良好解决，操作人员要加强日常监测力度，并运用泄露检测技术，快速处理汽车发动机和变速箱内部的安装错误，找到汽车发动机与变速箱安装中存在的缺陷和不足，并及时调整。由于汽车企业对装配线要求不断提升，汽车装配线生产制造目标越来越严格，因此，在装配线环节，各个工位要保持紧密配合，确保生产线的自动化与智能化水平得到有效提升。
2视觉系统在发动机装配线上的应用举例
2.1D系列发动机轴瓦选配识别系统
装配线的读码应用主要分二维码读码和OCR识别。二维码的每一个黑点或者白点可以被看成1或0，根据0和1的排列方式和二维码的固定解码算法给出结果，例如装配线一些精确追溯零件的二维码扫描就是采用这种方式。D系列曲轴轴瓦选配识别系统是这两种应用的结合，是一个比较典型的案例。D系列曲轴轴瓦有两种型号，需要根据缸体主轴承孔的尺寸来进行选配。缸体线加工主轴承孔之后，进行测量，计算出轴瓦的选配等级，在缸体表面打印轴瓦等级码。由于前期打印的一维码，相机容易误判导致轴瓦选配错误，所以D系列装配线做了优化改进。目前采用同时打印一维码和二维码，视觉系统分别对其进行处理，将二者的结果再进行比较。若一致则输出结果给PLC，若不一致则输出NA给PLC，设备报警，提示操作工目视一维码，进行人工选配。
如图所示，图像生成之后，视觉系统会先对图像进行预处理，之后程序分两路运行。一路进行二维码识别输出结果B；另一路先进行O C R识别，将明码识别出来的字符与字符库中的字符图片进行对比，若得分大于程序的设定值则输出A，若得分小于程序的设定值，则程序跳转到P a t t e r n模式进行识别； Pattern模式也是通过跟字符库的图片进行对比来实现“找0”和“找1”，通过将字符分别与字符库里的0和1的进行对比，根据相似程度得到两个相应的打分，将得分高的那个字符作为结果进行输出，得到结果A。最终将二维码的输出结果B和明码的输出结果A进行对比，如果一致则将结果输出，操作工根据轴瓦选配灯进行选配；如果不一致则输出NA，操作工根据明码手动输入轴瓦信息，再进行选配。
2. 2飞轮型号识别系统
D系列装配线项目期间规划的有5种飞轮型号，为了保证零件无错装就需要进行防错，目前采用视觉系统对零件的正反、有无倒角、是否有沟槽进行识别。检测有无倒角、有无沟槽都是通过检测指定区域内有无轮廓来实现。所谓轮廓说白了就是一个灰度的跳变，设置一个合理的阀值，当灰度变化超过一定量时，就判断它是轮廓。类似的还有活塞、连杆的型号识别。飞轮背面是经过磨砂处理的，而正面是镜面的比较光滑。对二者进行照相，图片的灰度会有很大的差异，通过这个差异来实现飞轮正反的防错。如图所示，视觉识别程序会在图片上选择三个检测范围，分别检测这几个区域的灰度值。再将灰度值与设定的阈值比较，如果满足工艺要求，输出结果为“1”，否则为“0”。最后对三个区域的结果求和，当求和结果≥ 2时，认为结果合格。由于飞轮来料会有差异，有些地方会有防锈油，相机拍照时造成反光，所以如果只选择一个检测区域容易造成误判。通过程序的优化，目前选择三个检测区域，当有两个及以上区域合格时认为结果合格，这种方式在满足识别飞轮正反的前提下，可以提高视觉系统的识别率。
3 涂胶方式及工艺要求
在发动机装配线上，硅胶的应用最为常见，因此对于硅胶涂布的工艺方法也多种多样。这里主要对硅胶进行详细说明，目前较常使用的涂胶方式有三种：机器人涂胶、伺服电机（气缸或电机控制）涂胶、人工涂胶。机器人涂胶一般使用六轴机器人配合泵胶设备进行涂布，泵胶设备可采用直接泵胶系统和定量间接泵胶系统；直接泵胶系统，优点：技术较成熟、稳定，价格适中；缺点：泵胶量不均匀，受环境温度影响且易出现断胶等异常情况，特别在冬季和夏季温差较大时需要经常调整泵胶压力以满足胶径和出胶量工艺要求。定量间接泵胶系统，优点：系统控制电子定量机保证了每次泵胶量的均匀，出胶量稳定，常伴有加热功能，受环境影响小，编译方式简单；缺点：技术较新，相对直接泵胶系统故障率略高，价格稍贵，后期维护成本也稍高。
机器人在涂胶过程中运用的优点：动作多变，自由度很高可实现三维空间复杂涂胶轨迹变化，运行过程中实时灵活调整涂胶角度，可有效避免与工件触碰干涉，且稳定可靠，故障率较低；缺点：工业机器人占地面积稍大，投资成本和维护费用较高，编译轨迹耗时较长。伺服电机涂胶一般是通过伺服电机驱动机械臂配合泵胶系统进行涂胶，优点：结构简单，故障率较低，占地面积较小，且投资和维护成本较低；缺点：动作较单一，只能实现平面二维 X/Y 轴的坐标运行，对于复杂涂胶轨迹适用性局限，涂胶角度不能灵活实时调整。人工涂胶是要求操作工手持气动或机械涂胶枪进行涂胶，由于涂胶面的不规则性以及人员操作的不稳定性，泵胶量极难控制且极易影响装配效率和质量，一般用于个别线下返修操作，或在线零星局部涂胶轨迹修补，不适用大批量生产，但可以作为自动涂胶的补充方式存在。
结束语：随着发动机装配线的自动化程度越来越高，视觉系统在发动机装配线上的应用也越来越广泛。例如发动机下线工位的检查工作，有公司就在研究如何实现自动检测，需要用到全方位、多重的视觉检测系统。由于智能相机受光源、工件表面质量、工件表面清洁度及工件一致性等因素的影响，所以目前视觉识别应用在发动机装配线上存在的最大问题是误判率比较高，影响设备开动率。
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