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“智慧之眼”緊盯生產線助汽車制造智能升級

2022-04-20 10:06:08 來源：科技日報

◎本報記者陳曦

團隊歷經十余年產學研用聯合攻關，首次建立了包含測量、引導、檢測、識別的4大類10余種工業視覺檢測成套裝備體系，其自主研發的視覺產品在汽車、航天領域實現系統化大規模應用。

視覺檢測被稱為智能制造的“智慧之眼”，應用在工業領域，可代替人工完成識別、測量、定位、檢測等工作，是實現工業自動化和智能化的必要手段。

但長期以來，工業視覺檢測領域一直被外國品牌所壟斷。核心團隊源自天津大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室的易思維科技有限公司(以下簡稱易思維)，歷經十余年產學研用聯合攻關，首次建立了包含測量、引導、檢測、識別的4大類10余種工業視覺檢測成套裝備體系，其自主研發的視覺產品在汽車、航天領域實現系統化大規模應用。日前，該公司的“智能制造高性能視覺檢測成套技術及裝備”項目榮獲了2021年度天津市科技進步獎特等獎。

基礎研發推動視覺檢測工業場景應用

視覺檢測源于計算機視覺，但又不完全等同于計算機視覺，視覺檢測更側重于工程應用，其在精確性、速度性、適應性、客觀性、重復性、可靠性、效率性、感光范圍和信息集成等方面，都完勝人類視覺。因此目前視覺檢測被廣泛應用于工業自動化領域，特別是在精確性要求高、被檢測物品移動速度快和工作重復性較高的場景下，高性能視覺檢測成套技術與裝備可為企業實現智能化改造、降低用人成本、提高生產效率。

因此，以高性能檢測手段驅動工藝迭代、提升產品質量、滿足多樣化定制要求，已成為提升中國制造核心競爭力的迫切需求。

然而，某些制造領域的視覺檢測產品長期被國外壟斷，我國制造企業需要高價購買，而且工程師都在國外，一旦設備使用過程中出現問題，售后維修的溝通成本非常大。除了費用高昂外，還會造成時間的浪費，影響生產計劃。

“雖然視覺檢測技術并不深奧，但應用到實際的場景中難度并不小，特別是環境復雜且干擾項眾多的工業制造環境中。”易思維(天津)科技有限公司研發中心負責人鄒劍介紹，在工業制造現場環境中，受限于照明、電磁、空間結構的多樣性和復雜性，視覺檢測普遍存在可靠性低、實時性差、適應性弱的技術難題，同時技術應用呈現零散、局部、輔助的特點，亟須突破核心技術，形成成套技術及產品體系。

為此，團隊從基礎研發做起。為了讓“眼睛”和“大腦”在復雜環境中能更好地協調一致，他們解決了現場環境下視覺檢測系統的高穩定性、強適應性和高精度問題。

為了讓“眼睛”不被周圍環境所干擾，能更好地識別手中的工作，團隊攻克了特殊光學特性、復雜表面結構物體高精度在線視覺檢測技術；復雜制造環境下視覺檢測精度控制與誤差補償技術；與制造工藝深度融合的工業視覺檢測性能增強技術，同時還解決了制造現場多維多參數幾何特征高精度、高效測量難題。

突破各項技術難題后，團隊又把所有技術進行整合，最終形成了大尺寸自動藍光掃描、全局跟蹤在線測量、機器人視覺引導等成套視覺檢測技術，建立了制造現場綜合幾何信息感知成套技術體系。

為了匹配成套視覺檢測技術，團隊還研制了一系列高性能視覺傳感器及測量設備，解決了智能制造急需的成套測量裝備保障問題。

目前，該項目共獲授權發明專利61項、實用新型專利72項、軟件著作權59項。

破解汽車智能制造領域多項難題

“從實驗室里的技術探索，到市場化的產品應用，我們持續不斷地深入參與汽車制造過程，逐漸挖掘出更多的應用場景，先后研制出包含測量、引導、檢測、識別在內的4大類、10余種成套工業視覺檢測裝備，從而實現了面向汽車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝的規模性、系統化應用。”易思維(天津)科技有限公司主要負責人劉美甜說。

使用了工業視覺檢測裝備后，企業的生產效率大大提升。

鄒劍舉例說，對于涂裝工藝的漆面檢測，目前常見的生產線上這個環節都是通過人眼觀測和用手觸摸相結合的方式來檢測的，因為微小的凹陷或者凸起只有頭發絲直徑大小，用人眼很難長時間準確穩定識別，只有依靠經驗豐富的老師傅通過眼看結合觸摸才能感知到。而漆面視覺檢測傳感器，通過“微米級三維感知”技術，就像是在高倍率顯微鏡下真實還原被測物表面的三維形貌，檢測精度可達到頭發絲直徑的百分之一，然后通過算法對數據進行分析判斷，對缺陷進行穩定精準檢測，不僅大大提高了檢測的準確性和穩定性，降低了人工勞動強度，更重要的是實現了檢測的數字化和自動化，結合缺陷自動打磨技術，大大提升生產自動化程度。

此外，使用工業視覺檢測裝備，可以提升企業生產的自動化率，提升產品質量，降低企業成本。

“一般來說，汽車制造廠的自動化率可以達到80%以上，不過像這種漆面檢測環節還是需要人工進行的。”鄒劍介紹，人工操作受工人技術水平、身體狀況等方面的影響，最終會影響檢測的結果。而且工人上崗前需要經過較長時間的培訓，而機器只需要調整好參數，對操作工人進行幾課時培訓，就可以像一個經驗豐富的“老工人”一樣上崗了。

“通過我們設備的引導和視覺檢測方式的應用，一個設備可以替代兩三個工人干活，能進一步提升汽車制造企業的自動化率，大大節約了企業的人力成本。”鄒劍說。

目前在汽車制造領域中，易思維視覺檢測裝備中的一些技術已經達到了世界領先。

“目前，很多國外友商已經在跟隨我們的產品。”鄒劍解釋說，我們的設備能夠容納的工件位置偏差優于進口設備，可以大大降低生產線對機械定位精度的要求，大大降低生產線的制造成本。

鄒劍舉例說，比如在焊裝工藝流程中安裝汽車側圍這種大件時，機器人要從料箱中把側圍抓起來裝到車身上。使用容差小的設備，當側圍的位置偏出容差范圍的時候，機器人就“不知所措”，不能完成自動抓件，導致生產停線，給汽車廠造成巨大損失。容差范圍大的設備，有更好穩定性。

使進口產品價格降低一半

“當時在汽車制造領域，進口的高性能視覺檢測技術及裝備價格非常昂貴。而易思維的產品推出后，一下子就把這個產品的價格降低了一半左右。”劉美甜說。

此外，易思維的視覺檢測技術覆蓋了汽車制造的全工藝過程，解決了技術應用零散、局部、輔助的弊端，一旦企業在使用過程中出現了設備故障，不再像以前一樣，需要聯系多家企業進行售后維修，大大提高了溝通效率。

同時全套設備打破了數字孤島，連接起不同設備之間的數據，為企業優化生產線，提高生產效率提供了可靠的參考。

目前，易思維已連續多年成為國內汽車制造視覺檢測細分市場的“隱形冠軍”，徹底打破國外的壟斷。“高性能視覺檢測成套技術及裝備在主流汽車廠獲得廣泛應用，推動了國內汽車制造產業圍繞視覺檢測技術開展的智能化升級進程。”易思維總經理郭寅表示。

除了汽車制造領域，如今易思維的技術還廣泛應用于航天、航空、軌道交通和船舶等高端制造領域。目前，易思維已走出國門，獲得了美國、德國、捷克、波蘭、越南等國外訂單，成為汽車制造視覺檢測應用領域的一張中國名片。

標簽：汽車制造