基于多种技术（流程）的产品质量自动控制研究与应用

质量控制贯穿产品生产制造的整个环节、每道工序，空调器钣金件的生产涉及冲压（数冲）、压铆、预装等多道生产工序；在这个过程中需要保证产品的尺寸、组件特征完整性等，传统的检测方法为人工对钣金组件特征进行逐一检测、对产品尺寸进行逐一测量，在外机底壳、右侧板等钣金件生产过程中，需要保证钣金件组件特征完美、产品尺寸准确；传统的检验方法为人工对组件特征逐一进行核对，对钣金件尺寸进行一一测量，人工对产品检验，质量一致性得不到保障，且对员工能力要求高，急需进行改善。本文重点阐述基于钣金组件特征、钣金件尺寸自动化质量控制的研究与应用。

基于感应接触式的自动检测

空调器底壳组件是由底壳、挡块、压缩机螺栓、基脚加工而成，在底盘组件生产线上经过多工序加工，将底盘放置在自动化生产线上（图1），依次进行3个压缩机螺栓焊接、2个挡块铆接、2件基脚上料、2件基脚铆接等4道主要工序，完成底壳组件的生产，然后由人工进行收料检测，产品合格后，才能流向下一道工序。传统的人工检测方法，耗费人力多，且对员工依赖程度高。

图1 一种空调器底壳组件自动检测装置

我们通过对其进行立项研究，要想实现该产品的自动化检测，主要需要解决三个难题：⑴采用何种技术才能对钣金产品的特征进行有效检测；⑵产品特征多，如何分配检测工序；⑶如何实现检测过程的自动化。

图2 一种自动收料检测夹具

图3 基脚检测

图4 螺栓检测

项目组通过研究，设计了一种空调器底壳组件自动检测装置，用于对底壳组件中的3个螺栓、2个挡块进行检测；设计了一种自动收料检测夹具用于实现底壳组件的自动收料以及检测2件基脚；以上两项装置实现了对该底壳组件所有特征的自动化质量检测。

一种空调器底壳组件自动检测装置由检测支架、压缩空气调压阀、电磁阀、检测气缸、磁性开关等组成，包含5个接触检测面，分别实现一组螺栓检测（3个螺栓）、一组挡块检测（2个挡块）；一种自动收料检测夹具（图2）由夹具本体、接近开关、基脚夹爪、气缸等组成，可以实现一组基脚（2件基脚）的自动化检测，其安装在机器人法兰盘上，完成线体上底壳组件的自动化抓取、检测等功能。

以下分三步分别介绍基脚、螺栓、挡块的检测方法：

第一步基脚检测。将机器人夹具设计成气缸勾爪结构，夹具上安装有一对横向气缸，每个气缸与一对勾爪相连，通过气缸的伸缩实现对底盘上基脚的勾取，每个夹具上安装有接近开关用来检测基脚的位置，接近开关把检测到的信号传递给PLC系统，如果检测合格，PLC系统则给机器人信号继续进行下一步的检测；如果检测不合格，PLC系统则给机器人信号使其停止检测并报警（图3）。

第二步螺栓检测（图4）。机器人夹取底盘下压三个扇形圆盘（通过压力表对气缸的压力进行设置，防止由于螺栓自重而导致质量检测错误），磁性开关检测三个独立气缸的运动情况，检测灵敏度为0.3s（只要三个螺栓下压气缸的时间差超出0.3s就会被判定为质量异常），磁性开关（图5）把信号传递给PLC，PLC则对磁性检测装置传来的信号进行处理分析，如果检测合格，PLC给机器人信号进行下一步挡块检测；如果检测不合格，PLC给机器人信号让其把底盘零件放入回收装置中。每次检测时机器人会以上一次检测成功的数据为基准，智能调节检测的高度，使得检测的高度范围控制在上一次下压位置±10mm的范围以内（防止无螺栓时底盘下压压板，出现误判质量合格的情况），当下压压板的位置超出这个范围后，就会被判定为质量异常。

图5 磁性开关检测装置

图6 挡块检测

第三步挡块检测（图6）。当第二步螺栓检测合格后，PLC把检测合格的信号传递给机器人，机器人继续把底盘夹取至指定位置检测挡块，检测原理同上面的螺栓检测一致，最终挡块检测合格后，把底盘放到皮带线上，流到下一工序；如果挡块检测不合格，则把不合格底盘放入到指定的回收装置中。

基于视觉技术的自动检测

右侧板组件为空调外机重要的组成部分，是空调外机重要的结构件，在整机装配发挥着重要的作用，侧板属于空调的骨架零件，不仅支撑着空调外壳，而且右侧板组件上的各种海绵、标示，起到指引售后安装和对整机减振降噪的作用，右侧板组件整体结构由1个右侧板、2个右侧板衬垫海绵、一片大海绵、一张标示组成，下挂零件较多，生产过程较为复杂，质量控制难度较大，传统的检测方法为人工逐一检测，耗费人力，同时产品质量受员工影响较大，如图7、8所示。

右侧板组件的生产模式是通过生产流水线进行人员岗位布置，将各种海绵标示手工操作粘贴组装在一起，且必须保证各个零件粘贴过程符合工艺要求，生产过程中为了防止零件出现粘贴错误、漏工序等质量异常，通过员工自检和检验员抽检、首检进行有效控制。

图7 右侧板组件人工生产线

图8 人工检测产品

项目组通过研究发现，右侧板组件的海绵标识厚度较小，且线体生产节拍较快，不能够使用接触式感应进行检测，因此需要开发出一种非接触式的、能有效检测关键粘贴尺寸的自动化检测方式。在这种环境下催生了新兴的检测技术，即视觉检测技术。视觉检测就是用视觉检测、视觉定位代替人眼来做测量和判断，在工厂的生产、包装和装配等环节有很大的实用价值。

视觉系统及视觉检测传感器检测方案（图9）具有抓拍速度快、处理信息量大、检测精度高等特点，在设计上除了完成视觉检测传感器的机械装置外，还需根据该系统的要求设计专用的LED光源照明方案，来满足视觉传感器对零件周边环境的抓拍要求，快速实现对生产线上零件进行抓拍，并与系统存储的图像进行对比，完成零件检测（图10）。如零件检测合格，显示屏处显示OK，绿色界面（图11）；如果零件不合格，则显示NG红色界面，并传输相应的报警信号，人工剔除不良品，实现了零件在线实时检测，满足了产品的质量要求，保证了产品合格率。

图9 右侧板组件视觉检测模型

图10 线体检测

图11 检测结果

结束语

本文所述检测产品，在空调钣金制作行业较为普遍，所使用的基于接触式感应、非接触式视觉检测等检验方式，可有效提高钣金产品质量的自动化控制，具有投资少，产出效益高的优点，在保证产品质量的同时，可大大减少岗位劳动力，实现减员创效，给公司带来经济效益。

作者简介

张伟亮

设备科科长，工程师，主导完成多条机器人全自动化冲压线的建设，开展钣金零件全自动堆码的研究，获得格力电器科技进步奖，拥有3项专利，曾获河北省优秀创新成果奖。

——摘自《钣金与制作》 2020年第3期