應用實例

對位

背景

對於汽車供應商來說,手動安裝車輪需要多個裝配工人來完成,使得其成本較為高昂。

IBG Automation GmbH–自動化解決方案提供商,為汽車組裝產業設計了一套安裝輪胎到汽車上的自動化系統,能夠自動將車輪安裝到沿線移動的車商上。這套系統不僅大幅地降低了人力成本,也避免了人為組裝錯誤,整體製造品質獲得提升。
車輪胎對位 車輪胎尺寸量測 車輪胎組裝 零件對位 零件尺寸量測 零件組裝 汽車組裝 汽車檢測 機器人組裝 自動化檢測 自動化組裝
 

解決方案與挑戰

此車輪組裝方案,設置兩個六軸 Kuka 工業機器人在車身兩側,從零件供應站收集車輪螺栓(wheel bolt)和輪輞(rim),並組裝到汽車上。
 
所用到的視覺系統組件包含:
  • 智慧型相機: Matrox Iris GT (Matrox Iris GTR)
  • 視覺軟體: Matrox Design Assistant (DA)
  • 控制: PLC
  • 機器手臂: Kuka
     
車輪胎對位 車輪胎尺寸量測 車輪胎組裝 零件對位 零件尺寸量測 零件組裝 汽車組裝 汽車檢測 機器人組裝 自動化檢測 自動化組裝
 
每個機器人裝有偏振和紅外濾光片的專用照明裝置,以及一個Matrox Iris GT智慧型相機。相機定位輪輞的中心點並計算其位置(x, y)、孔位圓(bolt circle)的旋轉(Rz)以及在校準坐標中到相機的距離(z)。將這些坐標提供給機器人之前,相機會檢查它所計算出的輪輞設計是否與PLC提供的設計匹配。此項測試可避免錯誤的輪輞安裝到車子上。
 
車輪胎對位 車輪胎尺寸量測 車輪胎組裝 零件對位 零件尺寸量測 零件組裝 汽車組裝 汽車檢測 機器人組裝 自動化檢測 自動化組裝
一共有13種不同的車輪組合,包含7種輪輞設計和4種類型的漆(白色、銀色、無菸煤和黑色)。整個自動化車輪組裝時間僅有54 秒。
 
Matrox Design Assistant 是一個整合式開發環境 (IDE),用戶可通過構建流程圖而不是使用 C++語言編寫程序或腳本來創建機器視覺應用程序。開發完成後,將專案(或流程圖)上傳到 Matrox Iris GT並執行,用戶可透過人機介面(HMI)來監控。
 
此套視覺方案使用了許多DA的影像分析模組,包含:
  • 圖像採集和處理: 有關測量作業和預計安裝的輪輞類型
  • Model Finder/Pattern matching: 定位車輪的孔位圓及驗證預計的設計類型
  • Metrology: 計算輪輞的位置和方向
  • TextWriter/ImageWriter: 將檢測結果與圖像儲存到共享的網路,使遠端維護人員可下載資料以進行故障分析。並以TCP/IP的通訊協定連接,確保相機和PLC的通信。
 
開發此套視覺系統期間,IBG團隊遇到的挑戰包括
  1. 在滑板上識別重疊的輪輞
  2. 處理不同的設計和顏色組合
車輪胎對位 車輪胎尺寸量測 車輪胎組裝 零件對位 零件尺寸量測 零件組裝 汽車組裝 汽車檢測 機器人組裝 自動化檢測 自動化組裝
 
第1點能透過結合Geometric Model Finder和Metrology,只識別前方輪輞的指示性特徵,並忽略後方輪輞的特徵來克服。第2點需要對生產線的每一側和每種輪輞類型,設置不同的取像和Model Finder參數。
 
此套視覺檢測系統在2009年首次部署在 Magna Steyr 的一條生產線上。另外,Volkswagen的兩條生產線的車輪供應站亦使用該系統進行檢測車輪孔位圓的旋轉。其中第一套系統自 2009 年開始運作,有效使用率達99.9%,並於隔年再次委託IBG安裝第二套在另一條生產線上。
車輪胎對位 車輪胎尺寸量測 車輪胎組裝 零件對位 零件尺寸量測 零件組裝 汽車組裝 汽車檢測 機器人組裝 自動化檢測 自動化組裝

背景

世界領先的ThyssenKrupp System Engineering, Inc.致力於汽車的動力總成零件承包組裝與測試系統的研發與製造,零件類型包含引擎、變速器及車軸。
 
引擎組裝 引擎尺寸量測 引擎對位 零件有無 零件尺寸量測 零件對位 齒輪有無 齒輪尺寸量測 齒輪對位 檢查有無 有無檢測 墊片有無
一家建築和重型設備製造商委託ThyssenKrupp在美國西南部的新廠房建造一條引擎生產線,並增建機器視覺解決方案。身為系統整合商,ThyssenKrupp除了打造產線,還提供機器視覺、機械和電氣系統、PLC控制器連接和工廠員工培訓。
 

解決方案

當引擎沿著生產線移動時,會通過6台智慧型相機的視覺檢測站,檢測應用包含零件有無、量測與計數。在引擎組裝過程搭配此視覺系統,能夠及時修正作業員組裝錯誤的問題。
 
此系統組件包含:
  • 智慧型相機: Matrox Iris GT / Matrox Iris GTR
  • 視覺軟體: Matrox Design Assistant (DA)
  • 控制: PLC
引擎組裝 引擎尺寸量測 引擎對位 零件有無 零件尺寸量測 零件對位 齒輪有無 齒輪尺寸量測 齒輪對位 檢查有無 有無檢測 墊片有無
 驗證是否只安裝頭墊片(head gasket)
引擎組裝 引擎尺寸量測 引擎對位 零件有無 零件尺寸量測 零件對位 齒輪有無 齒輪尺寸量測 齒輪對位 檢查有無 有無檢測 墊片有無
 驗證水封(Water seal)是否存在和其位置
 
應用程序A使用1台Matrox Iris GT來驗證曲柄齒輪(crank gear)和水泵齒輪(water pump gear)是否正確對齊。曲柄齒輪具有胡蘿蔔狀的特徵,水泵齒輪有塗漆的黃線,黃線必須指向胡蘿蔔。
 
應用B使用4台Matrox Iris GT。第1、2台相機驗證8個水封的存在和位置。 第3台相機確認回排密封、另一個墊圈和8個水封的存在和位置。第4台相機驗證是否只安裝了1個頭墊片。
 
應用C 使用1台 Matrox Iris GT驗證惰輪(idler gear)上,作為計時標示的塗漆線是否位於曲柄齒輪上的2個塗漆齒(painted teeth)之間。
 
引擎組裝 引擎尺寸量測 引擎對位 零件有無 零件尺寸量測 零件對位 齒輪有無 齒輪尺寸量測 齒輪對位 檢查有無 有無檢測 墊片有無
以上3項應用程序是用 Matrox Design Assistant開發出來的。Matrox Design Assistant 是一個整合式開發環境 (IDE),用戶可通過構建流程圖而不是使用 Visual Basic、C、C++ 或 C# 等語言編寫程序或腳本來創建機器視覺應用程序。開發完成後,將專案(或流程圖)上傳到 Matrox Iris GT並執行,無需在額外搭配任何 PC。用戶僅需透過PLC,並使用Ethernet的通訊協定進行監控和控制。
 
每個裝配站設有西門子(Simens)的人機界面 (HMI),顯示引擎類型、循環時間以及該站所需的任何特定資訊,包含相機擷取的圖像,以便作業員可在出現故障時查看檢測結果,識別出錯誤的部分加以修正。
引擎組裝 引擎尺寸量測 引擎對位 零件有無 零件尺寸量測 零件對位 齒輪有無 齒輪尺寸量測 齒輪對位 檢查有無 有無檢測 墊片有無
引擎組裝 引擎尺寸量測 引擎對位 零件有無 零件尺寸量測 零件對位 齒輪有無 齒輪尺寸量測 齒輪對位 檢查有無 有無檢測 墊片有無
 
此套視覺方案使用了許多DA的影像分析模組,包含:
  • Model Finder/Pattern matching: 定位識別零件的位置
  • Image processing: 可以用來增強及轉換圖像,最終用以分析零件尺寸
  • Intensity checker: 檢查零件的光強度
  • Metrology: 測量零件的尺寸及公差 
 
Design Assistant 的子流程圖功能可以「檢查」與「通信和數據記錄」演算法巧妙地分開,這有助於簡化設計與維護的過程,使未來要進行複雜修改時輕鬆排除故障。
 
另外,由於Matrox Iris GT 的儲存容量比一般智慧型相機多。所以能同時承載多個視覺專案及存儲圖像,其他智慧型相機只能一次承載一項工作,且圖像必須額外存儲在其它PC 上。
 
Matrox DA的流程圖邏輯,使一個應用程序能分流和執行不同的檢查。相比之下,其他智慧型相機僅支持獨立檢測的邏輯,使用上需要關閉當前應用程序後,才能開啟另個應用程序。
引擎組裝 引擎尺寸量測 引擎對位 零件有無 零件尺寸量測 零件對位 齒輪有無 齒輪尺寸量測 齒輪對位 檢查有無 有無檢測 墊片有無

Matrox DA軟體在產線上即時做定位

透過Matrox DA軟體在產線上即時定位,可進行外觀尺寸量測、孔洞有無辨識、孔徑大小檢測與產品計數等各式相關檢測的應用。

適用於各種汽車零件的檢測。

以3D建模的管線為依據拍攝並比對螺絲孔位是否有誤差

利用AVT攝影機拍攝汽車引擎室防火牆上安裝煞車油管之螺絲孔位,並利用3D建模模擬管線與放置位置,將兩者影像合併做位置比對進行對位,同時檢測螺絲孔所在位置是否有誤差。

 

文字辨識

背景

裝在飛機上的渦輪通常在超過800ºC,並且以30000rpm的轉速下運轉。長期在惡劣的環境下運作下,即使是很小的瑕疵,也會導致其降低性能、降低使用壽命與增加維護成本。

過去,渦輪製造商大多透過訓練有素的人員,以肉眼來檢測渦輪葉片的瑕疵,此過程不僅耗時,也得付出高昂的人力成本,此外還會因人在主觀判斷的差異而導致不同檢查結果。
 

解決方案

Orus Integration Inc.為此開發一套飛機葉片渦輪檢測系統–INL-1900x2T
 
此系統能夠:
  • 量測渦輪葉片各種特徵
  • 檢查葉片上是否有瑕疵及缺陷
  • 驗證零件上的字元標記是否正確
 
並使用了下列組件:
  • 工業相機: 德製GigE CCD工業相機 x2A
  • 工業鏡頭: 遠心鏡頭(Telecentric lens)、CCTV鏡頭
  • LED光源: 同軸光、背光
  • 視覺軟體:  Matrox Imaging Library (MIL) / Edge Finder、Model Finder、Metrology、OCR
  • 機構與控制: Fanuc 6軸LR Mate 200iC機器人、4U控制器、Omron PLC、4英吋花崗岩平台
 
機器手臂(A)會將零件放至量測站(B)以進行葉片量測。隨後把零件移動至表面檢查站(C)的夾具中進行瑕疵檢測和文字識別 (於此同時,機器手臂已經回去將新的零件移至量測站B)。如果零件同時通過上述三種檢查,即可放置於合格區,若異常則將其丟入廢液槽。
 
  • 此系統檢查每個零件的週期約為15秒,並可以將所有檢查的結果記錄下來。
  • Edge Finder、Model Finder能夠有效對位零件,讓機器人順利抓取,以及使後續可以量測正確的位置。
  • Metrology則可以度良零件的平行度、長度、半徑、角度和其他多種特徵,此視覺軟體一共紀錄超過100以上的度量特徵與50種以上的公差結果。
  • OCR則能用於檢查零件上字元的正確性。
 
開發時需要克服許多挑戰,才能讓此系統達到足夠的可重複性(Repeatability),精度(Resolution)和線性度(Linearity)。為此,其光學分辨率需要能達到5um +/- 3 sigma,並且以軍規級的方式來校正2台工業相機。

此系統除了每年能省去人類數千小時的勞動力之外,更重要優點的是能夠執行很複雜的分析,以及提供現場操作員簡單易用的介面。

 

瑕疵檢測

背景

位於英國德比的 AEA Technology Rail 是誕生自前英國國有鐵路公司BR Research 的研發設施,目前是服務於鐵路市場的工程顧問與開發企業,為整個鐵路活動提供解決方案,包括通訊、土木和機械工程。

其中VIEW系列是用於「狀態監控」的產品線,這類產品可以被安裝至火車上或軌道旁邊,測量各類火車與基礎設施的參數,自動檢測車輛、剎車片、剎車塊、剎車蹄、車輪輪廓,並根據收到的訊息做出維護決策。

在各種需監控的狀態中,車輪和法蘭的輪廓對於列車安全運行至關重要,若已經嚴重形變,可能導致過彎時晃動甚至出軌的可能,此時若能及早發現並重新加工車輪,就能預防意外發生。
 

解決方案

TreadVIEW™是View系列中專門用於監測鋼製火車車輪磨損的系統,常放置於火車清洗站的末端,以每小時5-6英里的速度緩慢穿越清洗站,同時檢測每個車輪。
 
系統中使用到:
  • 工業相機:GigE工業相機
  • 工業鏡頭:CCTV鏡頭
  • 影像卡:Matrox影像卡
  • 雷射光源:Lasiris 100mW -670nm
  • 視覺軟體:Matrox Imaging Library(MIL)
  • 其它:擋風玻璃、刮水器
 
取像時,雷射光以均勻的線條的形式投射到車輪,確保取像能有恆定亮度。為了確保項機能接受到足夠雷射,需要保持較高的曝光時間(exposure time),這容易導致混入環境中的雜散光,而Matrox MIL能有效去除影像中的雜訊,提取必要的細節。

除此之外,由於車輪滾過雷射和相機時,車輪的幾何形狀會有變化,相機、車輪、雷射三者之間的校準,以及透過Matrox MIL執行的幾何轉換的技術就尤其重要。

透過手持式的高精度儀表檢測中,證明TreadVIEW在行駛的車輛上還能夠達到0.5mm的精確度,且單次影像的檢測時間約0.5-1秒。在具體實踐的數據上,如果可以在 ±10 毫米的視野範圍內進行 ±0.5 毫米的測量,系統將能夠準確地建議是否需要立即或在未來某個時間採取補救措施。
火車車輪檢測 車輪檢測 火車檢測 捷運導輪 捷運鋼輪 捷運行走輪 捷運膠輪

螺絲扣件檢測(AVT Manta G-223B)

使用12台AVT Manta G-223B工業相機架設6個檢測站,配合視覺檢測軟體進行螺絲扣件的瑕疵檢測,每分鐘可檢測螺絲扣件達500個。

工業相機 機器視覺檢測 視覺檢測軟體 螺絲扣件瑕疵檢測 汽車用螺絲 航太螺絲 航空螺絲 高速檢測

 

量測

運用26部Allied Vision工業相機為休旅車儀表板做檢測:

  1. Guppy F-033 16部
  2. Guppy F-036 4部
  3. Stingray F-125、Stingray F-201、Stingray F-504共6部

 進行儀錶板高度量測

工業相機 汽車儀錶板檢測 高度量測 機器視覺檢測