应用案例 | 基于三维视觉的汽车零件自动化拧紧解决方案
发布时间：2023-12-01 11:47:39 作者：显扬科技
Part.1 引言
随着人们生活水平的提高，汽车作为理想的代步工具，逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。汽车的广泛应用，大大增加了汽车制造业的负荷。因此，如何提高生产效率和汽车性能，成为汽车制造业的首要关注话题。
Part.2 整车性能的关键：零件拧紧
装配一辆汽车由大约2万个零件组成，其中铁制零件占绝大多数。在汽车生产过程中，很多零部件需要进行拧紧操作，如螺丝、螺母等。作为汽车制造的核心环节之一，正确的拧紧操作对于汽车的安全性和可靠性至关重要。
汽车生产过程中，涉及诸多螺栓的拧紧装配要求，大多数涉及到汽车的行驶安全，合理准确的装配对整车性能至关重要。
Part.3 传统拧紧操作的缺陷
传统的拧紧操作通常依赖于人工操作，耗时耗力。尽管螺丝刀的发明增加了人工拧紧的效率，但长期以来，人工操作仍然存在扭力精度低、无拧错判断、容易漏拧等问题，对整车性能造成了很大的影响。
Part.4 基于三维视觉的汽车零件自动化拧紧解决方案
采用柔性机器人完成自动化拧紧操作，并基于三维视觉检测技术进行质量与状态检测，可以提高拧紧操作的准确性和效率。在汽车装配过程中，由工程师设定各项程序，该自动化系统能够满足车底盘、车门、座椅、轮胎等部件的安装需求。
Part.5 三维视觉的特点
1.高精度：汽车零件拧紧工作为要求极严格的低容差装配，综合定位精度一般在±0.5mm左右，对视觉、机器人均提出了较高精度要求。
本项目中使用的显扬科技3D相机，通过最优基线比设计及高品质元器件选材，结合算法优化，近距离装配扫描时相机自身精度可达±0.03mm，能够满足严苛的精度挑战。
2.高速度：三维机器视觉系统能够快速处理大量的图像数据，并实时分析和提取关键信息，因此可以实现高速度的拧紧操作，提高生产效率。
3.自适应性：三维机器视觉系统可以根据不同零部件的形状、尺寸和姿态进行自适应调整，适应不同的拧紧任务，提高系统的灵活性和适应性。
4.可靠性：机器人替代人工作业可以消除人工缺少经验和疲劳、失误等不稳定因素，3D视觉通过精准扫描，引导机器人准确实施拧紧工艺。
本项目中使用的显扬科技3D视觉具备稳定的结构设计，经过数千套产品的市场交付验证，能够有效降低温度、环境变化对精度的影响，实现装配工艺的一致性。
Part.6 项目流程
1.零件定位：使用3D视觉系统对待拧紧的零件进行定位。通过获取零件的三维坐标和姿态信息，确定零件的位置和角度。
2.图像处理与特征提取：对采集到的零件图像进行算法处理和分析，提取关键特征，如零件的边缘、几何形状等。这些特征可以用于后续的拧紧操作。
3.拧紧结果检测：通过3D视觉系统对拧紧后的零件进行检测和验证。可以使用3D视觉系统重新采集零件的图像，与预设的模型进行比对，判断拧紧结果是否符合要求。如果存在拧紧问题，可以及时进行故障排除和调整。
4.数据分析和记录：对拧紧过程中的数据进行分析和记录。可以记录拧紧力矩、角度、拧紧时间等信息，用于质量控制和生产追溯。
5.异常处理：如果在拧紧过程中检测到异常情况，如零件位置偏移、拧紧力矩异常等，系统可以及时发出警报或停止拧紧操作。
Part.7 通讯协议
Part.8 基于三维视觉的汽车零件自动化拧紧优势
1.更准确的位置和角度测量：传统的2D视觉系统只能提供平面上的信息，而基于3D视觉的系统可以获取更准确的零件位置和角度信息。这样可以确保零件在正确的位置进行拧紧，避免误差和不良拧紧。
2.多角度检测：基于3D视觉的系统可以从不同角度获取零件的图像，从而可以对零件进行多角度的检测。这有助于发现隐藏在某个角度无法观察到的问题，提高检测的全面性和准确性。
3.自适应拧紧力矩控制：基于3D视觉的系统可以实时测量零件的形状和表面特征，从而可以根据零件的特性自适应地调整拧紧力矩。这样可以确保拧紧力矩在合适的范围内，避免过紧或过松的情况。
4.异常检测和故障排除：基于3D视觉的系统可以通过比对实际零件的形状和预设的模型进行比对，从而可以检测出异常的零件或拧紧问题，并及时进行故障排除。这有助于提高生产线的稳定性和可靠性。
5.数据分析和追溯：基于3D视觉的系统可以记录和分析拧紧过程中的数据，包括拧紧力矩、角度等信息。这些数据可以用于质量控制和追溯，帮助企业分析和改进生产过程，提高产品质量和生产效率。
显扬科技由香港中文大学博士团队创建，主要研究并产业化高速高清三维机器视觉系统，以及智能工业机器人系统。其研发的三维机器视觉设备精度能达亚微米级，三维数据采集帧率高达310帧，此外还具有高精度、大景深、高稳定性的优势，可实现高效率机器人引导，以及工业检测与测量。显扬科技的产品主要应用在对采集速度要求较高的快速工业产线、物流枢纽以及对测量精度要求高的精密制造、军工航天、半导体产业等。
