摘要：在全自动锻造生产过程中，视觉系统主要用于识别工位上是否有料，放料位置是否正确，通过基于In-sight视觉系统识别机器人放料位置，放料位置正确，压力机执行打击，减少因锻件不在正确位置而锻打出不合格产品，取得良好效果。
关键词：In-sight视觉系统；锻件放料位置识别；自动锻打
引言
机器视觉系统是一种非接触配备光学传感视觉仪器的系统，它同时集成软硬件，可模拟人的视觉功能从客观事物图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。机器视觉的最大优点是不接触被检测对象，可应用在危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合。
1 视觉系统在锻造生产线的应用领域
在锻造生产线中，视觉系统主要应用于工件在模具上的位置识别判定，工件尺寸检测，外观检测等，在实现产线自动化方面，视觉系统的作用是判断机器人放料位置是否合格，锻打后工件位置是否可以允许机器人抓料。减少人为干预，实现全自动。
2 In-sight视觉系统在全自动锻造产线的应用
桂林福达重工锻造有限公司6300T锻造线、8000T锻造线、12500T锻造线、14000T锻造线主要用于生产汽车发动机曲轴产品，主机锻打工位及切边工位由人工通过按钮控制压力机打击。随着国内发动机行业的发展，对于发动机曲轴的质量要求越来越高，对曲轴毛坯的生产线要求也越来越高，实现全自动锻造生产是一种必然的趋势。传统锻打生产多使用人工识别锻件在模具上的摆放位置，存在主观因素多，传统方法已不能满足发动机厂家对质量控制的要求，且操作人员在压力机旁目测，存在安全隐患。引进基于In-sight的视觉系统，对工位进行拍照，照片对比后判定合格则进行压力机打击，实现自动控制，杜绝由于工件在模具上摆放位置不合格而打出不合格产品，整个过程由总控PLC对各工序动作进行控制，实现全自动。
2.1系统总体设计
2.1.1设计思路
利用现有的产线总控系统，增加一套康耐视In-sight视觉系统，包含智能相机及软件，通过网线以以太网通讯连接到总控系统，同时在总控PLC编写控制程序，，利用各自的编程特色和优势，在两层系统中分别识别工件在模具上摆放位置是否合格，以及总控根据In-sight视觉系统传输给总控的合格信号，给压力机发出打击信号，达到产线全自动锻打的目的。
2.1.2总体结构
桂林福达锻造有限公司6300T生产线，8000T生产线，12500T生产线，14000T生产是具有国际先进锻压设备的产线，引进具有国际先进技术的俄罗斯TMP压力机，四条生产线实现全自动锻件生产。生产流程是圆钢棒料经过中频加热工序、辊锻工序后，在压力机进行预锻、终锻工序，最后在小吨位压力机上进行切边工序。下面以14000T锻造线为例介绍In-sight视觉系统在整条产线中的作用。
在14000T锻造线中，在14000T主机附近以及2100T切边机附近选择合适的位置分别安装一台智能相机。带屏蔽效果的超五类网线从智能相机安装位置连接到总控以太网交换机，总控PLC也通过网线连接到交换机。在相机编程软件中修改相机的IP地址，使相机与总控PLC的IP地址在同一网段，再在总控PLC程序中组态，把相机加入到总控系统硬件组态，这样智能相机便可实现通信。
2.1.3操作流程
下面以14000为例对视觉启用和程序号下载做简单说明。
上图为14000除磷人机高级配方界面，视觉系统启动和下载程序号功能均加在4条线的除磷人机中，首先每条线都分1个或几个相机分别控制各个主机的打击和搬运（其中6300一个，8000两个，12500与14000均为3个），如图相机1，2，3启动即为开启相机的按钮，黄色代表没有启用相机，绿色代表已经启用相机，以14000为例其中3个相机可分别启用，启用哪个区域相机哪个区域即为全自动状态，没有启用的区域与人工生产时没有区别。自动状态下，如果照片合格则设备会自动打击，机器人自动搬运，如果照片不合格，设备和机器人不会动作，需要人工干预后按下单步按钮继续下一步动作。
当更换产品时，需要启动所需相机的区域，按下视觉上线按钮，这时会显示视觉离线的红色字样，当相机离线后右方会亮起如图中显示的橙色相机“可写入程序号”字块，这时在程序号显示框中填入所需要的程序号，相机会自动下载，当显示绿色“程序号写入正确”字块后说明相机程序号已经下载完成，可以使用。
在使用过程中，“程序号写入正确”字块应该一直出现，如果这个字样消失，说明相机程序号与输入的程序号不匹配，不能自动正常生产。如果已按下相机离线没有“程序号可写入”字样出现，那么说明相机离线失败，需要检查通讯及线路。
2.2 In-sight视觉系统
2.2.1 硬件结构
In-sight视觉系统主要包括一个10mm镜头，一个相机，相机内部带存储器，用于存储照片模型，及控制程序。拍照信号则由总控发给相机。控制顺序由总控PLC控制系统给出，由step7软件编程实现。对照相片的处理程序在In-sight智能相机In-sight explorer软件中编制完成。
2.2.2 In-sight视觉系统在全自动锻打过程中功能
为了防止产出不合格品或因工件放置不合格造成打坏模具，视觉系统要实现两个功能：（1）检测打击前机器人上料情况，防止料没放正压力机就执行打击；（2）打击完成后，检查工件是否在模具顶出位置或有无粘模现象，防止工件不在机器人抓料位而抓料搬运失败。
2.2.3 机械安装
相机具有自动调焦功能，安装相机时只需要将模型区域包含在拍照范围内，8000T压力机内需要拍照对比的范围是预锻及终锻工位的区域，调整相机距离，使相机能将预锻及终锻拍摄完全，8000T锻造线中，相机安装位置高1.8米，距离模具位置3米。切边机工位的相机安装位置高1.6米，距离切边模4米。
2.2.4 In-sight视觉系统调试
（1）计算机连上各个生产线总控室的交换机网线，修改IP和子网掩码如下，连上网线，配置电脑本地连接的IPv4的协议，下面为配置63KT生产线的IP地址的设定；同理8000T生产线IP是192.168.101.160；12500T是192.168.104.160；14000T是192.168.103.160；
（2）在电脑上打开In-Sight软件后，点击“保存作业”，确保相机保存作业中在联机模式下启动传感器“√”；
双击相机名称（如8000p1）—点击文件—打开作业—选择In-Sight传感器，选取所需修改的作业。
（3）打开程序表格，选取修改的工位，右击打开pattern，单击编辑函数，点击模型区域，点击上方“方型”编辑图形，框选对比工件；点击“查找区域”，同样选择“编辑图形”，框选工件，注意“查找区域”要大于“模型区域”，单击“确定”，点击保存，即完成修改对比工位的照片。
（4）选取完比对照片后，要保存到In-Sight相机里，联机；观察各个工位的分值，调整到相应的合格阈值；此外，根据产品情况可以调整角度范围和合格阈值等参数。
（5）如拍照显示的工件照片模糊，可旋转调节镜头的“聚焦环”和“光圈”，或调整曝光，使拍照清晰，合格阈值的调节要从高到低，观察拍照工件的变化，设置适当的合格阈值，应尽量设置在90左右。
2.3总控系统
总控系统是全自动锻造线的控制核心，它接受下层各单机设备的信息，进行处理后再发送到各单机设备执行相应动作。与In-sight视觉系统实现信息交互，先给智能相机发送拍照信号，相机拍照与模型照片对比判定是否合格后，将判定结果发给总控，总控依据判定结果判断是否执行下一步指令。
2.4视觉系统使用中的常见问题
（1）光源发生变化导致误判。可能原因：到环境光的干扰。
（2）采集的图像轮廓模糊，导致误判。可能原因：镜头表。面有油污或石墨或者相机焦距发生变化。
（3）被测目标位置不一致，导致误判。可能原因：主句模架拉出换模具后再拉进去位置发生变化，或者相机的支架发生松动。
3 结论
In-sight视觉系统在全自动锻造产线中的应用项目是桂林福达重工锻造有限公司年产百万件曲轴数字化锻造车间系统的研制与应用示范项目的子项目，系统按计划时间完成安装调试，投入使用，目前该系统运行良好，产线实现全自动锻打，精简人员，降低员工工作量，提高产品质量稳定性。
经过项目实施，系统实际使用验证，基于In-sight视觉系统应用于锻造产线中，可以达到实现全线自动化生产的目的，提高了产品质量稳定性，减少人员配置，优化人力资源，降低员工劳动量。使操作工在安全网外进行操控，有效防范安全事故。
论文作者:崔军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
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