協作機器人在汽車質量檢測中的應用

張付德，王振勛

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241000

汽車的質量檢測是汽車制造過程中的重要一環，現如今的汽車制造廠更加重視汽車產品的質量問題。在傳統的檢測方式中多依靠人工檢測完成，存在主觀性大、作業強度高、檢測效率低等問題，難以滿足現階段社會對整車消費的需求。同時，隨著人工智能技術的快速發展，特別是深度學習技術在實際工業生產中的應用，搭載視覺檢測技術的協作機器人設備的應用逐步成為當前汽車廠家質量檢測的有利助手，其應用技術也成為當前研究領域的熱點之一[1]。例如在汽車的零部件裝配、運輸與檢測中的應用等，極大地提升了汽車制造商的生產效率。

汽車產品質量的傳統檢測方式

汽車質量檢測作為整車出廠的關鍵環節，它的存在對于汽車產品的安全性能、使用性能及可靠性等具有重要意義。在傳統的汽車質量檢測中因存在技術發展瓶頸，檢測結果準確度不高，檢測效率較低。一般認為傳統的檢測技術方式存在如下問題：

1）人工檢測的工序中對于檢測人員的依賴度較高，同時作業強度高。當工作強度過大時，易造成檢測人員疲乏，造成檢測結果的準確性不高。

2）當外觀檢測中的檢測點較多時，傳統的機器視覺系統因算法等軟件技術及硬件設備的應用存在一定的限制，難以全部檢測出產品組成中零部件、材料、外觀等檢測點的質量缺陷。

3）傳統檢測的設備維護與使用成本較高，檢測耗時也久，對于現階段汽車生產的效率要求難以適應。

因此，提高汽車產品質量檢測效率，優化檢測設備與人員作業方式，并降低企業生產成本成為眾多汽車制造廠工藝規劃研究的關鍵點之一。

協作機器人的研究發展史

隨著人工智能領域相關技術的不斷發展與突破，協作機器人的發展歷經多個階段，在各行各業中得到了廣泛應用[2，3]，人機交互的能力在不斷擴展，其感知、決策、控制等性能都得到了很大程度上的提升[4]。

從早期的航空軍事到現如今的醫療、物流、家庭等，協作機器人的作業方式在不斷優化，同時在制造業中也被廣泛應用于裝配、零件搬運等，其作業領域在不斷擴展。它們與工人協同作業，提升了企業生產效率和產品質量，對于企業的降本增效起到了推進作用。同時在人類的多樣化的需求及技術的推進下，協作機器人的作業領域還在進一步的擴展。

協作機器人在整車廠中的應用狀況

協作機器人有眾多類型，按照人員協助程度可分為直接協作機器人、間接協作機器人等。對于不同的作業對象與作業程度，協作機器人的應用程度也不相同。在汽車產業的裝配線中，協作機器人可以應用于零部件的運輸、組裝以及加入視覺系統的檢測等任務，極大地減輕了工人作業負擔。對一些重復性高、行動路線單一的作業任務可進行直接替代，并結合人工的高智能性進行協作作業補充，提升了生產線的作業效率，促進了企業產品生產。

1. 整車外觀檢測中的協作機器人

整車外觀檢測是汽車生產制造過程中的關鍵工序，用以確保整車外觀質量。協作機器人因本身的輕捷、便利及可持續性強等特點在整車外觀檢測中的應用在逐步增多，為該領域的檢測方式帶來了變革式發展。圖1所示為某汽車制造廠所采用的整車外觀檢測方式。

圖1 板鏈上的整車外觀檢測

圖1中的協作機器人通過搭載視覺檢測系統進行作業，實現了整車外觀質量自動檢查功能。通過使用協作機器人裝載工業相機進行實時圖像采集，并利用相關智能算法進行自動檢測與識別，在很大程度上提高了外觀檢測的準確性和作業效率。傳統的外觀檢測在很大程度上依賴人工作業，檢測結果很容易受到人主觀因素的影響，存在一定的誤判率并且作業效率不高。協作機器人能夠快速而準確地捕捉和分析大量的圖像數據，減少了人工錯誤和漏檢的風險。

協作機器人的視覺檢測通過采集和分析檢測過程中產生的數據與質量標準進行對比，用以準確判斷汽車是否存在外觀缺陷，如裝飾標志、劃痕、凹陷及顏色不一致等。同時還能夠識別潛在的故障，提供故障診斷和解決方案，幫助企業快速解決生產線上的質量問題。

圖2所示為整車外觀質量檢測的一般流程，其檢測流程規范，實際效果符合企業生產節拍，減少了工人的人為操作，只需檢測人員在檢測報警時簡單記錄查看，在很大程度上提升了企業的生產效率。

圖2 整車外觀檢測流程

協作機器人在整車外觀檢測中的應用為汽車制造行業帶來無限可能。它們在自動化、準確性和效率方面具有明顯的優勢，能夠有效地減少人工成本、提高企業生產效率，減少質量事故和產品召回的風險。

2.ADAS中的HUD檢測中協作機器人

在汽車駕駛系統中的高級駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance Systems，ADAS）應用在不斷增多，這其中的抬頭顯示（Head-Up Display，HUD）作為一項重要的駕駛輔助技術，為駕駛員提供實時的駕駛信息，HUD技術的應用帶來更好的駕駛體驗，深受用戶喜愛，因而保證HUD技術成像的可靠性十分重要。然而在傳統的檢測方式中，對于HUD成像檢測多依賴于人工檢測，效率較低的同時檢測結果也因人而異，對企業的生產效率及產品質量帶來不好的影響，急需新的檢測作業方式用以保證HUD技術的可靠性。

隨著人工智能技術的發展，協作機器人的出現及應用為HUD技術檢測提供了新的思路與方式。HUD檢測的目的是為了確保車載顯示效果的質量和可靠性，傳統的HUD檢測依靠人工來進行目視檢查，需要花費大量的時間和勞動力，同時對工人有一定的檢測技術要求，生產成本較高。而協作機器人在HUD檢測中的應用大大減輕了人工負擔，提高了檢測效率和準確性，符合企業降本增效的要求。

圖3所示是某車企在HUD檢測中引入的協作機器人作業場景。圖3中的協作機器人搭配了高精度的視覺檢測系統，能夠在較短的時間內對HUD的顯示效果進行自動、實時的檢測和評估。

圖3 應用協作機器人的車輛HUD檢測

協作機器人通過對檢測到的HUD成像進行處理與分析，檢測其中存在的問題，比如圖像的失真、顏色偏差等，通過與標準參考圖進行對比，快速判斷是否存在問題，并產生相應的指示動作。

協作機器人在HUD檢測中的應用提高了汽車產品質量檢測的效率和檢測結果的準確性，增強了駕駛人的安全感和駕駛體驗。通過自動化與智能化的方式減少了人工錯檢和漏檢的可能性，從而提高了檢測系統的可靠性和一致性。

協作機器人在整車制造中應用的未來趨勢

協作機器人在整車制造中的應用已經取得了良好的成果，結合其自身特性與汽車制造相關要求未來還將會有更多的應用潛力和發展空間：

1）未來，協作機器人將更加注重靈活性與適應性，使用先進的傳感器技術，如高分辨率相機、激光雷達和紅外傳感器等，提高協作機器人的感知能力，使其能更準確地識別和檢測到汽車零部件的質量問題。與此同時，研究人員還可以探索更多的智能算法，提升協作機器人的決策能力，對檢測結果做出更準確的判斷與響應，用以適應不同的生產需求。

2）隨著技術的進步和生產成本的降低，協作機器人將可以在整車制造過程中的各個環節，如焊接、涂裝、裝配等領域得到更加廣泛的應用，以實現整體的自動化生產。通過與工人的協同作業，提供更高效、準確的整車制造解決方案。

3）通過更加智能、自然的交互界面與工人進行協同工作，協作機器人將會具備更好的語音、姿態識別能力，能夠與作業人員實現更加直觀、高效的溝通和合作，提高整車制造中的協同作業效率和工作效果。

4）在數據的收集和分析過程中，協作機器人將實現生產過程的優化和預測性維護。通過傳感器和智能算法對生產過程中的數據進行實時監測和分析，識別潛在的問題和故障，提供預測性維護和優化建議，確保更加高效的整車制造。

未來，協作機器人在整車制造中的應用將更加傾向于靈活性、智能等。實現智能交互和協同工作，以及實現數據間的優化和預測性維護，這些都將會在未來推動整車制造工藝中的技術創新和制造優化，提高生產效率、產品質量，促進汽車行業整體的工業制造升級和進步，推向中國智能制造更快發展。

結語

協作機器人的應用提供了整車質量檢測更加便捷的途徑，提高了企業生產率。通過介紹協作機器人在汽車外觀檢測與HUD檢測中的應用狀況，對協作機器人在整車制造中的優勢與未來應用提出發展方向，有助于汽車行業及各類制造業在未來更加快速地走向智能制造，實現國家對制造業智能化、自動化等的相關要求。