“成像時(shí)代”下的汽車零部件外觀在線檢測技術(shù)應(yīng)用

現(xiàn)今的視覺系統(tǒng)技術(shù)和環(huán)境放在半個(gè)世紀(jì)前，即使是超級計(jì)算機(jī)也很難應(yīng)對，因此可以肯定的說這是一個(gè)“成像時(shí)代”，可以“隨時(shí)隨地與任何人”通過圖像交流及共享信息。自動讀取印刷的生產(chǎn)日期，產(chǎn)品形狀(外觀、損傷、表面形狀)，與機(jī)器人相連的分類與組裝，包括農(nóng)業(yè)/海事處理與分類在內(nèi)的遙感,工廠自動化系統(tǒng)中的視覺系統(tǒng)仍在不斷應(yīng)用到更廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中，同時(shí)其本身也正在根據(jù)不同的應(yīng)用與需求得以優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)著持續(xù)、穩(wěn)定的演變。

前2類垃圾運(yùn)回珠海垃圾場處理。此外島上還有4臺總處理能力為2 t/d的垃圾低溫?zé)峤夥贌隣t處理第3類垃圾。第4類垃圾運(yùn)至海島東南角的海灣垃圾填埋場填埋。

汽車制造行業(yè)是智能生產(chǎn)應(yīng)用的先行者，許多先進(jìn)的智能制造技術(shù)正是在汽車制造落地成功后，逐步推廣到其他制造行業(yè)。極高的智能化水平為這一領(lǐng)域的“智造”發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，引領(lǐng)整個(gè)制造行業(yè)的技術(shù)革新。

1 汽車零部件制造特征及產(chǎn)業(yè)升級

汽車零部件作為一種中間產(chǎn)品，和其他功能零部件在產(chǎn)品裝配時(shí)要達(dá)到完全配合，對精度和質(zhì)量的要求非常高，主要包括表觀質(zhì)量要求和內(nèi)在質(zhì)量要求兩方面。表觀質(zhì)量有兩個(gè)測量維度,一是汽車零部件的形狀和尺寸精度，同一型號的產(chǎn)品要保持高度一致,這關(guān)系到汽車零部件裝配時(shí)的互換性和使用功能，二是汽車零部件的表面粗糙度和表面缺陷狀況，這會影響到產(chǎn)品的外觀和使用效果，也關(guān)系到終端產(chǎn)品的品牌形象。內(nèi)在質(zhì)量即性質(zhì)質(zhì)量，包括融合縫強(qiáng)度、殘余應(yīng)力、取向與密度、相關(guān)的力學(xué)性能、熱性能等，關(guān)系到終端產(chǎn)品功能的穩(wěn)定發(fā)揮,實(shí)現(xiàn)汽車零部件的精度要求充分體現(xiàn)出企業(yè)的精密制造能力。

我國汽車零部件企業(yè)數(shù)量眾多，企業(yè)規(guī)模普遍較小、研發(fā)投入較低、產(chǎn)品質(zhì)量競爭力不足是行業(yè)長期存在的問題，總體來看，國內(nèi)零部件企業(yè)的整體競爭力相比國際巨頭仍有較大的差距。隨著我國汽車行業(yè)的逐步成熟，消費(fèi)者對汽車的安全性、舒適性、美觀度等品質(zhì)的要求不斷提高，整車廠對零部件供應(yīng)企業(yè)技術(shù)實(shí)力、經(jīng)營管理能力的要求也更加嚴(yán)格，同時(shí)國內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量法規(guī)與政策日趨完善。行業(yè)的發(fā)展趨勢促使零部件企業(yè)不斷向高端制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型，即通過工業(yè)自動化、信息化等技術(shù)控制成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定性及技術(shù)含量的提升，進(jìn)而在全球汽車產(chǎn)業(yè)鏈中保持足夠的競爭力。

2 產(chǎn)品檢查與測量

產(chǎn)品檢查指用工具、儀器或其它分析方法檢查各種原材料、半成品、成品是否符合特定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格的工作過程。是對產(chǎn)品或工序過程中的實(shí)體,進(jìn)行度量,測量,檢查,和實(shí)驗(yàn)分析,并將結(jié)果與規(guī)定值進(jìn)行比較和確定是否合格所進(jìn)行的活動。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的數(shù)字化技術(shù)取得了長足的發(fā)展，使得控制技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的步伐加快，嵌入式技術(shù)再度成為研究的熱點(diǎn)。

通過在生產(chǎn)線中編入上述規(guī)則，可自動檢查大量生產(chǎn)的部件。在線測量可反復(fù)大量穩(wěn)定進(jìn)行不取決于測量人員的技能或測量方法的測量。此外，通過持續(xù)監(jiān)視，可掌握何時(shí)開始發(fā)生的不合格品，因此有助于可追溯性管理。

3 在線/離線測量

測量方法的差異包括“在線測量”和“離線測量”。換句話說，在線測量=自動測量。離線測量=手動測量。區(qū)別為在制造工序(生產(chǎn)線)中，測量行為是包含在生產(chǎn)線中(In Line)，還是與生產(chǎn)線外的工序(Off Line)。

所以，以往依靠目視的外觀檢測，近年來隨著工廠智能化的發(fā)展，開始導(dǎo)入視覺系統(tǒng)。人的感知主要依賴視覺，智能感知核心是機(jī)器視覺。以機(jī)器視覺為核心的智能感知，正在與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

通常做法是在生產(chǎn)線上安裝傳感器，持續(xù)監(jiān)視傳感器下方通過的部件。

總之，歷史學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，應(yīng)有目的、有計(jì)劃、有步驟地將學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程的始終，應(yīng)重在教師的啟發(fā)和引導(dǎo)，將書本上的每一個(gè)知識點(diǎn)都涵蓋在框架之中。才能達(dá)到歷史教學(xué)全面培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的目的。

1.作為合格品，注冊判斷的形狀或尺寸(公差的范圍差)；

2.在目標(biāo)物通過傳感器下方時(shí)進(jìn)行測量；

3.進(jìn)行良否判斷；

4.在判斷為不合格品時(shí)輸出NG判斷。

產(chǎn)品測量是使用工具對測量的結(jié)果進(jìn)行數(shù)值化。使用規(guī)尺測量長度時(shí)，有時(shí)會根據(jù)數(shù)值，得出“略長、略短”這種判斷。也可以說這是“以規(guī)尺獲取的數(shù)值(測量)為基準(zhǔn)，對目標(biāo)長度做出略長(或略短)的判斷”。

離線測量以手動操作測量儀，可獲得各個(gè)部位的測量值。對于游標(biāo)卡尺、千分尺一類的測量儀，其測量部位不固定，可能會因測量人員的經(jīng)驗(yàn)和技能不同，導(dǎo)致出現(xiàn)不同的測量結(jié)果。此外，由于不進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視，因此無法根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)判斷從何時(shí)開始發(fā)生的不合格品。為了獲得穩(wěn)定的檢查結(jié)果，以何種程度的間隔進(jìn)行測量為離線測量的重中之重。

4 機(jī)器視覺和外觀檢測

1)可辨別細(xì)微異物、瑕疵、缺陷

肖文，楊璐，潘鋒,等.結(jié)合劃線擬合和深度學(xué)習(xí)的數(shù)字全息顯微相位像差自動補(bǔ)償方法[J].光子學(xué)報(bào)，2018，47(12)：1210001

2)精度

實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺，有利于推進(jìn)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化。鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺不僅滿足城鎮(zhèn)消費(fèi)需求，也為工業(yè)發(fā)展特別是為農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展提供豐富的資源。鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺促進(jìn)農(nóng)民收入不斷增加，使得農(nóng)村消費(fèi)需求擴(kuò)大并拉動城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺，不僅加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐，還增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)增長動力，推進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展。

從服務(wù)評價(jià)效果來看，產(chǎn)出不足的主要有3家機(jī)構(gòu)，分別是機(jī)構(gòu)10、機(jī)構(gòu)1、機(jī)構(gòu)15，且機(jī)構(gòu)10產(chǎn)出不足率高達(dá)62%。可以通過提高老人的滿意度和安全管理兩方面的效果提高其產(chǎn)出。

5 機(jī)器視覺檢測優(yōu)勢

1)效率

工業(yè)自動化的快速發(fā)展，使生產(chǎn)效率大幅提升，從而對檢測效率提出了更高的要求。人工檢測效率是在一個(gè)固定區(qū)間，無法大幅提升，而在流水線重復(fù)且機(jī)械化的檢測過程中，檢測人員很容易出現(xiàn)疲勞而導(dǎo)致檢測效率降低；而機(jī)器視覺能夠更快的檢測產(chǎn)品，特別是在生產(chǎn)線檢測高速運(yùn)動的物體時(shí)，機(jī)器能夠提高檢測效率，速度甚至能夠達(dá)到人工10-20倍。

外觀檢測是指確認(rèn)部件或產(chǎn)品表面異物、瑕疵、缺陷的檢測。在發(fā)現(xiàn)異物、污點(diǎn)、瑕疵或缺口等防止不良品流出的外觀檢測中，目視檢測存在極限。而且，檢測對象如果是以數(shù)千或數(shù)萬為單位，就需要龐大的勞動力，從而成為導(dǎo)致生產(chǎn)效率大幅降低的重要因素。要在這種情況下兼顧品質(zhì)和生產(chǎn)效率，圖像處理技術(shù)成為不可或缺的存在。

由于人眼有物理?xiàng)l件的限制，即便是依靠放大鏡或顯微鏡來檢測產(chǎn)品，也會受到主觀性方面的影響，精度無法得到保證，而且不同的檢測人員的標(biāo)準(zhǔn)也會存在有差異；在精確性上機(jī)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)，它的精度能夠達(dá)到千分之一英寸。而且機(jī)器不受主觀控制，只要參數(shù)設(shè)置沒有差異，相同配置的多臺機(jī)器均能保持相同精度。

3)客觀性

人工檢測難免出現(xiàn)疲勞，同時(shí)有一個(gè)致命的缺陷，就是情緒帶來的主觀性，檢測結(jié)果會隨檢測人員心情的好壞產(chǎn)生變化；而機(jī)器沒有喜怒哀樂，它所帶來的檢測的結(jié)果自然更加客觀可靠。

4)重復(fù)性

機(jī)器可以以相同的方法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦；與此相反，人工長期重復(fù)性檢測肯定會產(chǎn)生疲勞，同時(shí)每次檢測產(chǎn)品時(shí)都會有細(xì)微的不同，即使產(chǎn)品是完全相同的。

面對以上種種的妥協(xié)與委屈，女性也不是一味地忍耐與接受，她們在對于舊習(xí)俗的反抗、真愛的向往、事業(yè)的追求及獨(dú)立人格的要求方面有著不斷的嘗試。

5)環(huán)境

機(jī)器視覺是通過即圖像攝取裝置將目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，在測量工件過程中，無需與工件進(jìn)行接觸，因此能夠適應(yīng)惡劣危險(xiǎn)生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)也不會對工件造成接觸性損傷；而人工則需要與工件進(jìn)行接觸性檢測，因?yàn)闊o法應(yīng)對惡劣危險(xiǎn)環(huán)境，且在檢測過程中，不可避免的會對工件造成接觸性損傷。

6)成本

機(jī)器視覺前期投入會比較多，但屬于一次性投入，長期產(chǎn)出，由于機(jī)器視覺的發(fā)展越來越迅速，價(jià)格也會逐漸降低；而人工檢測則需要長期投入，且人工和管理成本會呈不斷上升的趨勢。由于機(jī)器比人工的檢測效率高很多，因此就長期來看，機(jī)器視覺的成本會更低。

同時(shí)，還要讓家長在參與教學(xué)前就了解到班級中幼兒的基本情況及年齡特點(diǎn)，這樣才能夠針對不同幼兒的特點(diǎn)采用不同的教學(xué)方法，在問題出現(xiàn)時(shí)也不會感到慌張。而且前期了解幼兒的特點(diǎn)可以增加家長對幼兒的喜愛，對于助教更有信心。

機(jī)器視覺可以通過多工位測量方式，一次性完成待檢產(chǎn)品的輪廓、尺寸、外觀缺陷、產(chǎn)品高度等多技術(shù)參數(shù)的測量；而人工檢測在面對不同的檢測內(nèi)容時(shí)，只能通過多工位合作協(xié)調(diào)完成，而不同員工檢測標(biāo)準(zhǔn)不一，極容易出現(xiàn)誤檢的情況。

8)數(shù)字化

從人類歷史的發(fā)展看，祭品的改變是朝兩個(gè)方向發(fā)展的。一個(gè)是尋找象征方式：從人祭到割個(gè)口子，到最后的加冕與脫冕的游戲。這是一種象征性敘事，我在《再登巴比倫塔——巴赫金與對話理論》中有過分析。

機(jī)器視覺工作過程中產(chǎn)生的所有測量數(shù)據(jù)，均可獨(dú)立拷貝或以網(wǎng)絡(luò)連接方式拷出，便于生產(chǎn)過程統(tǒng)計(jì)和分析。同時(shí)還可在測量后導(dǎo)出指定測量數(shù)據(jù)并生成報(bào)表，無需人工一一添加，這無疑大大優(yōu)于人工檢測的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

機(jī)器視覺檢測用于企業(yè)生產(chǎn)流程會將企業(yè)的時(shí)間大大的節(jié)約了，檢測缺陷產(chǎn)品并且防止缺陷產(chǎn)品送到消費(fèi)者的手中，更是將企業(yè)價(jià)值大大的提升了，也使得企業(yè)能夠能到更多的利潤收益。

6 導(dǎo)入圖像處理的優(yōu)點(diǎn)

“所謂機(jī)器視覺，就是用工業(yè)相機(jī)來模擬人眼的功能，進(jìn)行相應(yīng)的智能替代。”比如一條工業(yè)生產(chǎn)線上，生產(chǎn)出的產(chǎn)品上會有一些不合格的，零件表層或結(jié)構(gòu)內(nèi)部會有雜質(zhì)、裂縫、瑕疵等表面缺陷，需要把這些有問題的產(chǎn)品挑出來。大多依賴于人工檢測法，但人眼容易疲勞，準(zhǔn)確率也不高，而且還需要大量的成熟技工。

考慮導(dǎo)入視覺系統(tǒng)的客戶經(jīng)常會問“可以檢測多小的異物或黑點(diǎn)？”，這個(gè)問題的答案因相機(jī)像素?cái)?shù)而異。像素?cái)?shù)越多，檢測精度越高。如圖1所示。如果使用同級超大 2100 萬像素的視覺系統(tǒng)，以往目視難以發(fā)現(xiàn)的 0.037 mm(140 mm × 120 mm 視野時(shí))的異物和瑕疵也可實(shí)現(xiàn)檢測。

外觀檢測中，必須對細(xì)微的瑕疵及缺陷等進(jìn)行確認(rèn)及辨別。要獲得穩(wěn)定的檢測結(jié)果，預(yù)處理功能很重要。

通過在有無檢測中說明的二值化處理，難以發(fā)現(xiàn)異物及瑕疵等。實(shí)時(shí)濃淡補(bǔ)正(圖2)就可以消除工件表面的光澤及陰影，僅抽取污點(diǎn)及瑕疵。

圖3所示，該濾波器功能，可以消除諸如紋路的背景圖案，以及其他的干擾?？梢苑謩e對X和Y方向設(shè)定模糊處理效果，僅正確抽取異物。

7)信息集成

圖4所示，該濾波器功能，將在有無檢測中說明的斑點(diǎn)分析，運(yùn)用于預(yù)處理功能中?？梢詢H抽取特定要素，消除光澤、陰影、背景、凹凸等。

2)對比度轉(zhuǎn)換能夠分范圍創(chuàng)建對比度合適的圖像，進(jìn)行邊緣增強(qiáng)、背景干擾消除等處理。通過擴(kuò)大濃淡差，使污點(diǎn)等的檢測更方便。

通過對競技藝術(shù)體操比賽運(yùn)動員藝術(shù)表演風(fēng)格的剖析，針對其運(yùn)動員在賽場上不同風(fēng)格的展現(xiàn)，不同舞步的變換，多樣的器械運(yùn)用。聯(lián)系高校教學(xué)時(shí)所出現(xiàn)的問題，根據(jù)大學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律以及項(xiàng)目本身的風(fēng)格特點(diǎn)，從競技項(xiàng)目運(yùn)動中得到的啟示運(yùn)用到普通高校教學(xué)中，以汲取更多經(jīng)驗(yàn)，豐富課堂教學(xué)，積極進(jìn)行創(chuàng)新。

案例1 檢測觸媒外觀瑕疵、異物、污點(diǎn)

通過這個(gè)案例我們發(fā)現(xiàn)開展教學(xué)時(shí)，可以根據(jù)小學(xué)生對新鮮事物有特殊的興趣，抓住了他們的獵奇心理，設(shè)計(jì)好有趣的活動和游戲環(huán)節(jié)，為學(xué)生搭建了一個(gè)“見異思遷”的思維連接點(diǎn)，整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)以學(xué)生原有知識經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，為學(xué)生提供多樣化學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)設(shè)生動有趣的學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)設(shè)特定的審美情景。使學(xué)生在合作中積極、主動參與學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，從而訓(xùn)練學(xué)生思維的連貫性、變通性和發(fā)散性，同時(shí)豐富學(xué)生的想象力、挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，真正成為學(xué)習(xí)的主人。

顆粒捕捉器DPF是一種安裝在柴油發(fā)動機(jī)排放系統(tǒng)中的陶瓷過濾器，它可以在微粒排放物質(zhì)進(jìn)入大氣之前將其捕捉。DPF 等觸媒由于尺寸較大，以往難以進(jìn)行破裂和堵塞等外觀檢測，如今通過使用業(yè)界超高像素?cái)?shù) 2100 萬像素相機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了高精度檢測，圖5所示。

案例2 檢測活塞的切屑附著

附著在汽車發(fā)動機(jī)活塞上的切屑，難以通過目視檢測識別，是檢測時(shí)容易發(fā)生漏檢的重要環(huán)節(jié)。導(dǎo)入視覺系統(tǒng)后，對于細(xì)小的切屑，也能夠?qū)崿F(xiàn)正確確認(rèn)及辨別，圖6所示。

當(dāng)然，人嘛，在你閑下來的時(shí)候，總是會去想一些蠅營狗茍的事情，不只是想，而且會有要去做做的愿望。這些都是人之常情，在所難免。但我絕不去打小六子?jì)尩闹饕狻?/p>

案例3 檢測油封外觀缺陷

油封接地面的缺口和毛刺檢測至關(guān)重要，以往由于其容易變形從而難以穩(wěn)定檢測。新型缺陷檢測方式“趨勢邊緣缺陷”可完美解決這一問題。該工具可從工件邊緣抽取輪廓，將與該輪廓線差別較大的部分識別為毛刺 / 缺陷。以最多 5000 點(diǎn)的邊緣信息為基準(zhǔn)，不僅支持圓或直線檢測，還支持由橢圓或自由曲線構(gòu)成的復(fù)雜形狀輪廓的檢測，圖7所示。

微波濾波器是一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，它通過在濾波器通帶頻率內(nèi)提供信號傳輸并在阻帶內(nèi)提供衰減的特性，用以控制微波系統(tǒng)中某處的頻率響應(yīng)[3]。濾波器的技術(shù)指標(biāo)通常有截止頻率、頻率范圍和帶寬、通帶內(nèi)插入損耗IL和回波損耗RL。其中回波損耗RL、電壓駐波比VSWR和反射系數(shù)Γ三個(gè)參數(shù)是相關(guān)的，通常用于反映濾波器的放射特性。相關(guān)表達(dá)式如下：

3)視覺系統(tǒng)外觀檢測還可用于汽車車身檢測系統(tǒng)，某汽車公司汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測，是機(jī)器視覺系統(tǒng)用于工業(yè)檢測中的一個(gè)較為典型的例子，該系統(tǒng)由62個(gè)測量單元組成，每個(gè)測量單元包括一臺激光器和一個(gè)CCD攝像機(jī)，用以檢測車身外殼上288個(gè)測量點(diǎn)。汽車車身置于測量框架下，通過軟件校準(zhǔn)車身的精確位置。機(jī)器視覺檢測技術(shù)相對于傳統(tǒng)的人工檢測，具有效率高，精度大，不受人工檢測的主管性影響，能長期重復(fù)工作，對工件影響小，長遠(yuǎn)成本低等優(yōu)勢，越來越多的行業(yè)逐漸使用自動化生產(chǎn)，因此，機(jī)器視覺檢測是未來的發(fā)展趨勢。

[1]KEYENCE官網(wǎng)技術(shù)資料.

[2]古意昌. 氣門多尺寸計(jì)算機(jī)視覺高精度檢測方法與應(yīng)用[D]. 廣東:廣東工業(yè)大學(xué),2012.

[3]覃遠(yuǎn)東,楊鐵軍,梁自偉,等. 新未來元器件外觀質(zhì)量檢測系統(tǒng)V1.0[Z]. 廣西新未來信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司. 2019.

[4]李建奇,肖騰彬,曹斌芳,等. 高性能動力電池用沖孔鍍鎳鋼帶成套關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[Z]. 常德力元新材料有限責(zé)任公司. 2019.