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康寧環(huán)境科技公司是全球最大的汽車尾氣過濾器載體生產(chǎn)商。公司開發(fā)和生產(chǎn)各種汽車尾氣吸收裝置，如蜂窩陶瓷。蜂窩陶瓷作為催化金屬載體，將直接影響汽車有害氣體的排放。
公司在生產(chǎn)蜂窩陶瓷時(shí)，需要對(duì)網(wǎng)格平行度進(jìn)行持續(xù)測量，同時(shí)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)進(jìn)行跟蹤和控制。而過去，公司各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝質(zhì)量無法通過二維碼識(shí)別進(jìn)行跟蹤控制。網(wǎng)格平行度只能人工測量，更無法將跟蹤和測量數(shù)據(jù)送至PLC和MES 系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，生產(chǎn)效率低下。
傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下的檢測大難題
康寧公司蜂窩陶瓷半成品的生產(chǎn)，按加工順序包含擠出、干燥和測量等工藝過程。生產(chǎn)時(shí)先是將混合好的原料送至擠出機(jī)進(jìn)行“成形”，擠出得到一段縱橫有規(guī)律的多網(wǎng)格的柱體狀產(chǎn)品，此時(shí)的產(chǎn)品非常軟。因此在將軟產(chǎn)品放上傳送托架時(shí)，必須使產(chǎn)品網(wǎng)格的角度與水平平行。產(chǎn)品放上托架之后就一起隨輸送皮帶經(jīng)過微波爐腔進(jìn)行微波干燥，干燥后產(chǎn)品需要經(jīng)過彎曲度測量、溫濕度測量等工藝過程。
在沒有視覺檢測裝置之前，“產(chǎn)品擠出后遇到問題是，當(dāng)我們將成形后的產(chǎn)品手動(dòng)送到托架上時(shí)，很難通過肉眼去精確地判斷產(chǎn)品網(wǎng)格的水平角度。因?yàn)楫a(chǎn)品是由氣墊浮起來的，手稍微一抖動(dòng)就可能使產(chǎn)品的放置角度產(chǎn)生很大偏差，使網(wǎng)格形成‘z型’缺陷”，成形區(qū)操作員說。而且不同的操作員放置時(shí)，其放置角度差別很大，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)很大。
另一個(gè)問題是，擠出后的產(chǎn)品在經(jīng)過干燥等工序時(shí)都會(huì)產(chǎn)生缺陷次品，由于沒有合適的自動(dòng)跟蹤設(shè)備，生產(chǎn)部只能專門安排一個(gè)人對(duì)產(chǎn)品彎曲度進(jìn)行抽檢來去除缺陷產(chǎn)品。“我們即使專門安排一個(gè)人在這抽檢跟蹤缺陷產(chǎn)品，但還是難免大量缺陷次品流入下游，因?yàn)楫吘谷巳菀灼诤头稿e(cuò)”，康寧生產(chǎn)主管這樣描述他們的無奈。
In-Sight視覺系統(tǒng)帶來生產(chǎn)工藝的革新
針對(duì)這些問題，康寧公司在擴(kuò)展新生產(chǎn)線之前跟美國總部和兄弟工廠進(jìn)行了技術(shù)交流，獲知位于美國弗吉尼亞州的黑堡（Blacksburg）工廠正在試用康耐視視覺系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品二維碼跟蹤和放置角度檢測。“我們深感國內(nèi)工廠的生產(chǎn)方式落后于美國的兄弟工廠，必須提高自動(dòng)化程度。所以我們?cè)谧稍兛偛康膶＜液涂的鸵暤匿N售人員之后，毅然選擇了In-Sight 5000視覺系統(tǒng)”，工程師Jason wu表示，“這套系統(tǒng)對(duì)圖像讀取速度快，識(shí)別準(zhǔn)確，軟件配置簡單，而且接口和數(shù)據(jù)傳輸靈活。”
起初工程師們擔(dān)心，康耐視設(shè)備與康寧公司現(xiàn)有的Allen-Bradley（AB） PLC建立通訊需要借助Modbus通訊模塊，這種通訊速度慢、距離短，成本高。但實(shí)際上In-sight系統(tǒng)可直接通過以太網(wǎng)跟Rockwell的Contrologix系統(tǒng)進(jìn)行Ethernet/IP通訊，并且支持大部分常見PLC，配置方便。Cognex提供與PLC通訊的電子數(shù)據(jù)表（EDS）文件和編程樣例，這些文件可從產(chǎn)品附帶光盤或公司網(wǎng)站下載得到。使用AB PLC自帶的RSLink導(dǎo)入EDS文件即可識(shí)別和監(jiān)控康耐視設(shè)備。參照樣自帶樣本程序，編程和硬件組態(tài)非常簡單。
康寧陶瓷半成品產(chǎn)線裝有7對(duì)（冗余結(jié)構(gòu)）In-Sight 5000傳感器，其中6對(duì)用于產(chǎn)品工藝測量前讀二維碼，一對(duì)用于測量產(chǎn)品網(wǎng)格平行度。在投入生產(chǎn)使用前，借助Insight-explorer和傳感器的焦距調(diào)整能很便捷地進(jìn)行校準(zhǔn)，使圖像識(shí)別準(zhǔn)確率最大化。
In-Sight傳感器測量網(wǎng)格平行度過程：放置產(chǎn)品Log的托架到位后，In-Sight傳感器先讀取托架的二維碼，操作員再將產(chǎn)品盡量使網(wǎng)格平行地放到托架上，一旦光眼檢測到產(chǎn)品到位，PLC會(huì)向In-Sight傳感器發(fā)出一觸發(fā)信號(hào)，傳感器立即拍攝網(wǎng)格，經(jīng)1s時(shí)延，Insight-explorer計(jì)算得到一個(gè)平行度數(shù)值并送至PLC。Insight-explorer軟件功能強(qiáng)大，可以編程計(jì)算圖像數(shù)據(jù)，并能設(shè)置控制圖顯示于屏幕，操作員能即時(shí)直觀地看到測量值，及時(shí)調(diào)整。
讀取二維碼操作：托架上的產(chǎn)品在每道工藝測量前需讀取托架二維碼。一旦光電開關(guān)檢測到產(chǎn)品托架到位，PLC會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，命令2個(gè)互相冗余In-Sight傳感器同時(shí)拍攝二維碼圖片，并同時(shí)獲得相同二維碼值，PLC再任意選取二維碼值。接著開始工藝參數(shù)測量，完成讀碼周期，一個(gè)讀碼周期不超過1.5s。
In-Sight傳感的平行度數(shù)據(jù)會(huì)被記錄在數(shù)據(jù)庫并通訊至MES系統(tǒng)，工藝工程師可很方便地在辦公室分析產(chǎn)品質(zhì)量和對(duì)操作員的操作質(zhì)量進(jìn)行考核。而每個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝參數(shù)都由二維碼記錄在案。
In-Sight視覺系統(tǒng)讓產(chǎn)品跟蹤和檢測變得輕松與高效
事實(shí)證明康耐視In-Sight視覺系統(tǒng)應(yīng)用于蜂窩陶瓷生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量二維碼跟蹤以及角度測量的效果非常好。In-Sight視覺系統(tǒng)具有卓越的檢測和識(shí)別功能。通過對(duì)產(chǎn)品圖像識(shí)別測量和二維碼的跟蹤，可實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)品各環(huán)節(jié)狀況，降低產(chǎn)品的缺陷率。無論產(chǎn)品二維碼低速運(yùn)行還是被灰塵污染，康耐視傳感器均能捕捉圖片并識(shí)別，抗干擾能力強(qiáng)。“不僅僅節(jié)省了人工，更重要的是產(chǎn)品缺陷率減少、每個(gè)陶瓷半成品的工藝參數(shù)都自動(dòng)記錄在電腦里”，Jason 說。
在生產(chǎn)應(yīng)用中，In-Sight視覺系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，測量準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)通訊方便靈活。該視覺系統(tǒng)能方便地通過以太網(wǎng)將視覺信息通訊至PLC和MES系統(tǒng)，可以直觀的通過Insight-explorer看到數(shù)據(jù)。“借助這套視覺系統(tǒng)，我們可更方便的獲得產(chǎn)品實(shí)時(shí)平行度數(shù)據(jù)和跟蹤各生產(chǎn)環(huán)節(jié)狀況，并能通過電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，大大提高了自動(dòng)化程度”，康寧公司工藝工程師如是說。
康寧公司的蜂窩陶瓷生產(chǎn)線增加In-Sight視覺系統(tǒng)后，使自動(dòng)化程度和效率得到了很大提高。“有些任務(wù)是人工很難完成的，如測量網(wǎng)格平行度和惡劣環(huán)境下掃描二維碼，In-Sight視覺系統(tǒng)做到了，它讓產(chǎn)品網(wǎng)格平行度指標(biāo)得到了量化，”Jason Wu最后評(píng)價(jià)說，“康耐視視覺系統(tǒng)在智能制造和工業(yè)4.0這種大趨勢下，應(yīng)用優(yōu)勢得到彰顯。未來，我們公司還有很多制造環(huán)節(jié)需要借康耐視視覺系統(tǒng)來提高其智能化和信息化程度。”
圖1 Cognex 5100識(shí)別和測量產(chǎn)品網(wǎng)格平行度
圖2 經(jīng)Congnex 5100獲取的測量網(wǎng)格圖像傳送至In-Sight Explorer軟件顯示平行度值
圖3 借助Cognex系統(tǒng)2D碼識(shí)別功能，對(duì)產(chǎn)品各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)進(jìn)行跟蹤
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