“智慧之眼”紧盯生产线助汽车制造智能升级

2022-04-20 10:06:08 来源：科技日报

◎本报记者陈曦

团队历经十余年产学研用联合攻关，首次建立了包含测量、引导、检测、识别的4大类10余种工业视觉检测成套装备体系，其自主研发的视觉产品在汽车、航天领域实现系统化大规模应用。

视觉检测被称为智能制造的“智慧之眼”，应用在工业领域，可代替人工完成识别、测量、定位、检测等工作，是实现工业自动化和智能化的必要手段。

但长期以来，工业视觉检测领域一直被外国品牌所垄断。核心团队源自天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室的易思维科技有限公司(以下简称易思维)，历经十余年产学研用联合攻关，首次建立了包含测量、引导、检测、识别的4大类10余种工业视觉检测成套装备体系，其自主研发的视觉产品在汽车、航天领域实现系统化大规模应用。日前，该公司的“智能制造高性能视觉检测成套技术及装备”项目荣获了2021年度天津市科技进步奖特等奖。

基础研发推动视觉检测工业场景应用

视觉检测源于计算机视觉，但又不完全等同于计算机视觉，视觉检测更侧重于工程应用，其在精确性、速度性、适应性、客观性、重复性、可靠性、效率性、感光范围和信息集成等方面，都完胜人类视觉。因此目前视觉检测被广泛应用于工业自动化领域，特别是在精确性要求高、被检测物品移动速度快和工作重复性较高的场景下，高性能视觉检测成套技术与装备可为企业实现智能化改造、降低用人成本、提高生产效率。

因此，以高性能检测手段驱动工艺迭代、提升产品质量、满足多样化定制要求，已成为提升中国制造核心竞争力的迫切需求。

然而，某些制造领域的视觉检测产品长期被国外垄断，我国制造企业需要高价购买，而且工程师都在国外，一旦设备使用过程中出现问题，售后维修的沟通成本非常大。除了费用高昂外，还会造成时间的浪费，影响生产计划。

“虽然视觉检测技术并不深奥，但应用到实际的场景中难度并不小，特别是环境复杂且干扰项众多的工业制造环境中。”易思维(天津)科技有限公司研发中心负责人邹剑介绍，在工业制造现场环境中，受限于照明、电磁、空间结构的多样性和复杂性，视觉检测普遍存在可靠性低、实时性差、适应性弱的技术难题，同时技术应用呈现零散、局部、辅助的特点，亟须突破核心技术，形成成套技术及产品体系。

为此，团队从基础研发做起。为了让“眼睛”和“大脑”在复杂环境中能更好地协调一致，他们解决了现场环境下视觉检测系统的高稳定性、强适应性和高精度问题。

为了让“眼睛”不被周围环境所干扰，能更好地识别手中的工作，团队攻克了特殊光学特性、复杂表面结构物体高精度在线视觉检测技术；复杂制造环境下视觉检测精度控制与误差补偿技术；与制造工艺深度融合的工业视觉检测性能增强技术，同时还解决了制造现场多维多参数几何特征高精度、高效测量难题。

突破各项技术难题后，团队又把所有技术进行整合，最终形成了大尺寸自动蓝光扫描、全局跟踪在线测量、机器人视觉引导等成套视觉检测技术，建立了制造现场综合几何信息感知成套技术体系。

为了匹配成套视觉检测技术，团队还研制了一系列高性能视觉传感器及测量设备，解决了智能制造急需的成套测量装备保障问题。

目前，该项目共获授权发明专利61项、实用新型专利72项、软件著作权59项。

破解汽车智能制造领域多项难题

“从实验室里的技术探索，到市场化的产品应用，我们持续不断地深入参与汽车制造过程，逐渐挖掘出更多的应用场景，先后研制出包含测量、引导、检测、识别在内的4大类、10余种成套工业视觉检测装备，从而实现了面向汽车制造的冲压、焊装、涂装、总装四大工艺的规模性、系统化应用。”易思维(天津)科技有限公司主要负责人刘美甜说。

使用了工业视觉检测装备后，企业的生产效率大大提升。

邹剑举例说，对于涂装工艺的漆面检测，目前常见的生产线上这个环节都是通过人眼观测和用手触摸相结合的方式来检测的，因为微小的凹陷或者凸起只有头发丝直径大小，用人眼很难长时间准确稳定识别，只有依靠经验丰富的老师傅通过眼看结合触摸才能感知到。而漆面视觉检测传感器，通过“微米级三维感知”技术，就像是在高倍率显微镜下真实还原被测物表面的三维形貌，检测精度可达到头发丝直径的百分之一，然后通过算法对数据进行分析判断，对缺陷进行稳定精准检测，不仅大大提高了检测的准确性和稳定性，降低了人工劳动强度，更重要的是实现了检测的数字化和自动化，结合缺陷自动打磨技术，大大提升生产自动化程度。

此外，使用工业视觉检测装备，可以提升企业生产的自动化率，提升产品质量，降低企业成本。

“一般来说，汽车制造厂的自动化率可以达到80%以上，不过像这种漆面检测环节还是需要人工进行的。”邹剑介绍，人工操作受工人技术水平、身体状况等方面的影响，最终会影响检测的结果。而且工人上岗前需要经过较长时间的培训，而机器只需要调整好参数，对操作工人进行几课时培训，就可以像一个经验丰富的“老工人”一样上岗了。

“通过我们设备的引导和视觉检测方式的应用，一个设备可以替代两三个工人干活，能进一步提升汽车制造企业的自动化率，大大节约了企业的人力成本。”邹剑说。

目前在汽车制造领域中，易思维视觉检测装备中的一些技术已经达到了世界领先。

“目前，很多国外友商已经在跟随我们的产品。”邹剑解释说，我们的设备能够容纳的工件位置偏差优于进口设备，可以大大降低生产线对机械定位精度的要求，大大降低生产线的制造成本。

邹剑举例说，比如在焊装工艺流程中安装汽车侧围这种大件时，机器人要从料箱中把侧围抓起来装到车身上。使用容差小的设备，当侧围的位置偏出容差范围的时候，机器人就“不知所措”，不能完成自动抓件，导致生产停线，给汽车厂造成巨大损失。容差范围大的设备，有更好稳定性。

使进口产品价格降低一半

“当时在汽车制造领域，进口的高性能视觉检测技术及装备价格非常昂贵。而易思维的产品推出后，一下子就把这个产品的价格降低了一半左右。”刘美甜说。

此外，易思维的视觉检测技术覆盖了汽车制造的全工艺过程，解决了技术应用零散、局部、辅助的弊端，一旦企业在使用过程中出现了设备故障，不再像以前一样，需要联系多家企业进行售后维修，大大提高了沟通效率。

同时全套设备打破了数字孤岛，连接起不同设备之间的数据，为企业优化生产线，提高生产效率提供了可靠的参考。

目前，易思维已连续多年成为国内汽车制造视觉检测细分市场的“隐形冠军”，彻底打破国外的垄断。“高性能视觉检测成套技术及装备在主流汽车厂获得广泛应用，推动了国内汽车制造产业围绕视觉检测技术开展的智能化升级进程。”易思维总经理郭寅表示。

除了汽车制造领域，如今易思维的技术还广泛应用于航天、航空、轨道交通和船舶等高端制造领域。目前，易思维已走出国门，获得了美国、德国、捷克、波兰、越南等国外订单，成为汽车制造视觉检测应用领域的一张中国名片。

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