引言

汽車裝配車間是勞動密集型車間,在人力資源日趨緊張的情況下,運用機器人集成機器視覺可以有效實現(xiàn)工件特征復雜、來料狀態(tài)沒有精確定位的裝配件的自動裝配。協(xié)作機器人與周邊作業(yè)人員有很好的交互環(huán)境,相對于傳統(tǒng)機器人更適用于勞動密集型的總裝車間。協(xié)作機器人輕巧緊湊、節(jié)省空間、易于重新部署在多個應用站位中,不會改變產線的生產布局,無需安全圍欄隔離也能運行,可與產線員工實現(xiàn)共同協(xié)作。

1外飾條裝配作業(yè)要求

本文以勞動強度大的汽車側圍外飾條壓緊工序為研究對象,外飾條需在16℃以上溫度、63.7N(6.5kgf)以上壓力下才能達到90%的膠粘浸潤率,如圖1所示。由于操作員工無法長時間施加63.7N(6.5kgf)的壓力,易于疲勞作業(yè),無法保證裝配質量,本工序采用協(xié)作機器人自動作業(yè),以改善生產線人機狀態(tài)和操作環(huán)境,提升員工工作舒適性和滿意度。

2協(xié)作機器人外飾條自動裝配站構成

2.1自動裝配站系統(tǒng)構成

該系統(tǒng)由四部分構成:車輛跟蹤系統(tǒng)、輸送線跟蹤系統(tǒng)、機器視覺定位系統(tǒng)和協(xié)作機器人執(zhí)行系統(tǒng),系統(tǒng)整體構成如圖2所示。利用車輛跟蹤系統(tǒng)和輸送線跟蹤系統(tǒng)計算車輛進入工位的位置信息,機器視覺系統(tǒng)通過圖像處理提取特征,并通過訓練模板確定標準位置圖像,結合相機與機械手的坐標系標定,實現(xiàn)檢測定位功能。

圖2  系統(tǒng)整體構成

2.2自動裝配站作業(yè)原理

車輛跟蹤和輸送線跟蹤系統(tǒng)是利用光柵記錄車輛進入工位的起始位置,利用旋轉編碼器跟蹤板鏈輸送線的運動狀態(tài)并計算板鏈運動距離。當車輛側圍外飾條特征進入到機器人作業(yè)空間時,協(xié)作機器人通過伺服隨行機構保持與板鏈同步。機器人通過激光測距儀計算車身的位置狀態(tài),同時移動視覺系統(tǒng)到與車輛Y向等距離的位置拍攝特征圖像,更準確定位特征X、Z的坐標,如圖3所示。

圖3  激光測距引導視覺系統(tǒng)偏移至準確位置

2.3機器視覺定位

機器視覺系統(tǒng)利用側圍外飾條和車身搭接的特征進行圖像提取,圖像處理使用蝕刻、使均衡、二元化等工具,使特征與背景區(qū)分開,以便提取,如圖4所示。

圖4  分別經過蝕刻、使均衡、二元化處理的效果

蝕刻:指定一個"蝕刻"操作,該操作可減少圖像的亮特性,其結果是輸出的圖像具有較大的黑色像素區(qū)域。用于去除光斑、噪聲像素和/或小缺陷。

使均衡:指定一個直方圖均衡化操作,該操作提取輸入圖像的直方圖,并展開最頻繁的灰度值,以創(chuàng)建更均勻的分布,結果是輸出圖像的對比度增加。這種類型的濾鏡適用于光線從一張圖像到另一張圖像可能略有變化的環(huán)境,或者被檢查對象的某些方面可能略有變化的環(huán)境。

二元化:指定一個黑白(二進制)閾值操作,該操作將每個輸入像素與閾值級別進行比較,以確定輸出像素是白色還是黑色。輸入像素值等于或大于閾值參數(shù)值為白色,閾值以下的值為黑色。

造成定位失敗或偏差較大的因素有:(1)外界光的影響會造成輪廓邊界有偏移或缺失:(2)車輛與相機相對位置有變化時,會造成輪廓線變形、變大或縮小:(3)由于各個型號集成在同一個程序中,車輛顏色種類較多。

解決方案:(1)增加光源補光,減少外界光源影響:(2)優(yōu)化特征選取工具,使程序即使產生輪廓變形也能檢測到:(3)優(yōu)化圖像處理工具,提高相機檢測程序兼容性。

在周邊設置穩(wěn)定光源,不同顏色車輛的差異化圖像處理,使定位成功率達到99.8%。

2.4協(xié)作機器人力控方式

機器人按視覺定位和激光測距輸入空間位置,利用集成的滾壓工裝按相應軌跡進行自動滾壓。機器人的力作用傳感器根據(jù)工裝反饋的受力情況適當Y向進給,保證作用在工件上的力穩(wěn)定在設置值98N(10Nkg),保證3M膠有效粘連。通過驗證,該過程軌跡1oo%覆蓋裝配點,裝配點受力完全滿足技術要求。

3結語

本文介紹了在汽車裝配車間利用協(xié)作機器人實現(xiàn)自動裝配的案例,在裝配輸送線上整車位置不一致,需要采用視覺技術、激光測距等傳感器測量定位車輛位置,根據(jù)視覺系統(tǒng)的定位坐標機器人完成設定程序,有效實現(xiàn)了復雜狀態(tài)下的機器人作業(yè)。同時,在裝配車間人員密度大、活動復雜,協(xié)作機器人的安全設計可以有效利用現(xiàn)有空間,并且保證其他作業(yè)人員安全。利用協(xié)作機器人可以執(zhí)行路徑復雜、繁重的勞動,有效改善生產員工人機環(huán)境,提升產品質量。