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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，需要對網(wǎng)格平行度進行持續(xù)測量，同時對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)進行跟蹤和控制。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別進行跟蹤控制。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)時先是將混合好的原料送至擠出機進行“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，此時的產(chǎn)品非常軟。因此在將軟產(chǎn)品放上傳送托架時，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，當我們將成形后的產(chǎn)品手動送到托架上時，很難通過肉眼去精確地判斷產(chǎn)品網(wǎng)格的水平角度。因為產(chǎn)品是由氣墊浮起來的，手稍微一抖動就可能使產(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，其放置角度差別很大，從而導致產(chǎn)品質(zhì)量波動很大。
另一個問題是，擠出后的產(chǎn)品在經(jīng)過干燥等工序時都會產(chǎn)生缺陷次品，由于沒有合適的自動跟蹤設(shè)備，生產(chǎn)部只能專門安排一個人對產(chǎn)品彎曲度進行抽檢來去除缺陷產(chǎn)品。“我們即使專門安排一個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，因為畢竟人容易疲勞和犯錯”，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
針對這些問題，康寧公司在擴展新生產(chǎn)線之前跟美國總部和兄弟工廠進行了技術(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，必須提高自動化程度。所以我們在咨詢總部的專家和康耐視的銷售人員之后，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)對圖像讀取速度快，識別準確，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。但實際上In-sight系統(tǒng)可直接通過以太網(wǎng)跟Rockwell的Contrologix系統(tǒng)進行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導入EDS文件即可識別和監(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（冗余結(jié)構(gòu)）In-Sight 5000傳感器，其中6對用于產(chǎn)品工藝測量前讀二維碼，一對用于測量產(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)整能很便捷地進行校準，使圖像識別準確率最大化。
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會向In-Sight傳感器發(fā)出一觸發(fā)信號，傳感器立即拍攝網(wǎng)格，經(jīng)1s時延，Insight-explorer計算得到一個平行度數(shù)值并送至PLC。Insight-explorer軟件功能強大，可以編程計算圖像數(shù)據(jù)，并能設(shè)置控制圖顯示于屏幕，操作員能即時直觀地看到測量值，及時調(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會發(fā)出一個脈沖信號，命令2個互相冗余In-Sight傳感器同時拍攝二維碼圖片，并同時獲得相同二維碼值，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，一個讀碼周期不超過1.5s。
In-Sight傳感的平行度數(shù)據(jù)會被記錄在數(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)量和對操作員的操作質(zhì)量進行考核。而每個產(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
事實證明康耐視In-Sight視覺系統(tǒng)應用于蜂窩陶瓷生產(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別功能。通過對產(chǎn)品圖像識別測量和二維碼的跟蹤，可實時監(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)品二維碼低速運行還是被灰塵污染，康耐視傳感器均能捕捉圖片并識別，抗干擾能力強。“不僅僅節(jié)省了人工，更重要的是產(chǎn)品缺陷率減少、每個陶瓷半成品的工藝參數(shù)都自動記錄在電腦里”，Jason 說。
在生產(chǎn)應用中，In-Sight視覺系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定，測量準確，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)品實時平行度數(shù)據(jù)和跟蹤各生產(chǎn)環(huán)節(jié)狀況，并能通過電腦進行數(shù)據(jù)分析，大大提高了自動化程度”，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，使自動化程度和效率得到了很大提高。“有些任務是人工很難完成的，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)格平行度指標得到了量化，”Jason Wu最后評價說，“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碼識別功能，對產(chǎn)品各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)進行跟蹤
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