中山海川机器人丨视觉对中在高速冲压自动化生产线中的应用分析
汽车行业冲压生产过程中，需要对板料进行对中才能实现自动化上料，而行业中解决方案大多为重力对中、机械对中和视觉对中，重力对中和机械对中系统响应速度慢、部件易磨损，且不能满足高速冲压线；而视觉对中具有响应速度快、系统稳定性强、维护工作量小、板料形状适用性强，且可以满足高速自动化生产线。
本生产线设计节拍为15spm，整线由拆垛系统、清洗涂油系统、视觉对中系统、板料及冲压件传输机器人、t压力机、t压力机、三台t压力机、出料传输系统、自动装箱系统、控制系统组成。图1所示为拆垛对中布局图，线首部分由拆垛系统1、拆垛系统2、拆垛机器人1、拆垛机器人2、进料皮带机、清洗机、涂油机及视觉对中系统组成。
系统组成
视觉对中系统由视觉皮带机、上料皮带机、上料机器人1(含控制系统)、上料机器人2(含控制系统)、网络交换机、工控机、视觉相机1、视觉相机2、视觉照明系统、整线主控plc及其他控制单元组成。视觉相机、工控机、上料机器人和主控plc通过预设的profinet通讯网络完成数据的传输。
系统工艺流程
调试运行：新零件上线调试时，首先在各单元设定对应的零件编码和零件名称，然后启动拆垛系统并设定拆垛机器人运行轨迹，拆垛机器人搬运一张板料放置于进料皮带机，手动搬运板料至视觉皮带上，根据板料特征制作视觉模板，然后将视觉系统切换至离线状态并手动拍照，拍照完成后手动运行视觉皮带机和上料皮带机，将板料运送至上料皮带；依据拍照数据设定上料机器人beforepick点、pick点、afterpick点位置，根据板料在模具中的状态设定上料机器人beforedrop点、drop点、afterdrop点位置，逆序运行设定waitload点、outload点、waitunload点、outunload点位置并保存机器人轨迹；将机器人运行至等待位，视觉切换至在线状态，准备自动生产。
自动运行：按下整线循环启动按钮，拆垛工位机器人开始进行拆垛并运送板料至送料皮带和清洗机、涂油机，经清洗涂油后将板料运送至对中皮带，对中皮带检测皮带机有料并停止运行，主控plc根据预设的程序发送预启动皮带机指令并由此指令触发视觉相机拍照，视觉相机拍照完成后，工控机将计算板料位置数据与预设板料模板的数据进行比对、计算；同时主控plc控制对中皮带将板料运送至上料皮带和上料机器人工位，上料机器人根据工控机传送的板料位置数据进行计算，然后上料机器人修正pick位置、抓料，上料机器人运送板料至t压力机，上料机器人投放板料后返回等待位置。整个系统进入下一循环。
视觉模板
新零件上线时，在整线控制系统中设定对应的零件编码，相应的在工控机中设定对应的零件编码，手动从拆垛工位运送一张板料至对中皮带机，使用预装在工控机中的视觉软件切换相机为手动模式，触发视觉相机拍照，在软件制作视觉模板：设定视觉特征—设定搜索范围—设定特征得分下限—设定旋转许可角度—特征training—查验特征—保存模板—切换相机为自动模式—运送板料至上料工位—设定上料机器人pick和drop轨迹。关于视觉模板特征，设定过多的特征或许会影响数据传输速度，导致故障率提升；而设定的太少则不能准确识别板料位置；一般单件设定1～2个特征，双件设定2～4个特征，且每个零件至少1个特征。
信号交互
整线主控plc与上料机器人1、上料机器人2、视觉相机、工控机之间通过profinet通讯进行信号交互，主要信号为皮带机预启动、触发相机拍照、相机拍照完成、手动拍照、板料坐标x、y和转角deg。
主控plc与机器人1/2
机器人与工控机
板料位置数据
控制原理
整线具备生产条件后，在整线主控台进行整线启动，整线所有机器人运行至等待工位，拆垛工位机器人将板料从拆垛台搬运至送料皮带，经清洗机清洗和涂油机涂油后，板料到达对中皮带，对中皮带板料传感器检测到有料后发信号给主控plc，主控plc运行对中皮带停止控制程序，该控制程序按照预设的公式进行计算并停止皮带运行，然后运行皮带停稳滤波程序；此时主控plc触发对中皮带预启动指令，并且触发视觉相机拍照(图4)，视觉相机拍照完成后发送triggerdone指令给机器人控制系统，同时工控机计算板料位置数据并传送给上料机器人控制系统，对中皮带和上料皮带以对中皮带机为基准同时启动并且运行定长mm，此时板料已经运送至上料皮带，上料机器人也已经运行到了上料皮带上方，上料机器人控制系统计算接收到的板料位置数据和修正pick位置轨迹进行板料抓取，上料机器人按照预先设定的运行轨迹将板料准确的放入首台压力机的模腔内，整个系统进入下一个循环。
触发视觉相机拍照plc程序常见问题及处理措施
在生产过程中，系统的可靠运行无疑是每一位设备运营管理者最期望的，根据经验总结了以下常见问题及处理措施(表4)。在生产现场出现最多的就是找不到视觉特征、板料照片反光和视觉得分低，一般需要进行如下处理：调整板料在托盘位置/调整拆垛机器人投放板料位置/检查调整皮带机、减少涂油机喷油量/适当调大清洗机挤干辊压力、清理皮带机底板/清理皮带/增大板料与皮带机底板间色差/优化视觉特征位置；除此之外，要按照维护保养计划定期对通讯线缆、线缆接头、皮带机传动装置、视觉灯具进行检查和维护保养。
常见问题及处理措施结束语
随着视觉系统应用的普及和技术的不断完善，相信视觉对中系统在汽车以及家电等行业冲压自动化生产中使用越来越广泛，其产品应用方案也日趋成熟、稳定，视觉系统精度、性能也会逐步得到提升，为高速冲压自动化提供强有力的技术保障。
——来源：《锻造与冲压》年第21期
