淺談汽車輪胎匹配視覺防錯檢測應(yīng)用

徐躍宏

（奇瑞汽車股份有限公司，蕪湖 241009）

1 前言

工業(yè)4.0的核心是數(shù)據(jù)。隨著智能裝備和智能終端的普及以及各種傳感器的應(yīng)用，汽車工業(yè)中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)都將會得到采集。這些數(shù)據(jù)將會滲透到企業(yè)運營、價值鏈乃至產(chǎn)品的整個生命周期。因而，作為汽車行業(yè)追溯系統(tǒng)的基石，必須保證這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

目前汽車輪胎品牌眾多，不同品牌輪胎、輪轂各有差異，人工裝配過程中常會出現(xiàn)錯裝現(xiàn)象。本文闡述了整車輪胎裝配完結(jié)后，通過視覺匹配防錯系統(tǒng)對4個輪胎、輪轂型號與車型信息進(jìn)行匹配檢測。

2 視覺防錯檢測原理

視覺檢測是利用工業(yè)相機(jī)替代人眼睛去完成識別、測量、定位等功能，將拍攝物體的圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)供系統(tǒng)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)圖形視覺系統(tǒng)進(jìn)行比對、處理和分析，合格產(chǎn)品被放行，而不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的對象會被跟蹤和剔除，確保符合其制造商的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)法規(guī)要求。視覺檢測系統(tǒng)可以代替人工完成條碼字符、裂痕、包裝、表面圖層是否完整、凹陷等檢測，能有效的提高生產(chǎn)流水線的檢測速度和精度，大大提高產(chǎn)量和質(zhì)量，降低人工成本，同時防止因為人眼疲勞而產(chǎn)生的誤判。

3 輪胎匹配視覺防錯檢測應(yīng)用

3.1 背景需求

在整車裝配線輪胎裝配工位，人工掃碼確定需要安裝的車型，待輪胎總成裝配完成后，運行下一個工位，通過上一工位掃碼信息確定視覺需要檢測的車型對應(yīng)的輪轂和輪胎，視覺對整車4個輪轂和輪胎檢測，判斷是否一致，不一致則通過報警燈進(jìn)行提示。

3.2 檢測概述及原理分析

車頭側(cè)面標(biāo)簽一維碼識別讀取，獲得車型信息，根據(jù)車型信息調(diào)用數(shù)據(jù)庫中已建立的相應(yīng)車型輪胎、輪轂進(jìn)行信息對比。

3.2.1 外觀輪廓特征檢測

通過輪型、輪輻的外觀輪廓特征對輪胎進(jìn)行第1道防錯檢測，如圖1所示。

圖1 外觀輪廓調(diào)整檢測

3.2.2 輪轂的尺寸檢測

第1道檢測后輪型接近的，通過對輪轂的尺寸測量進(jìn)行第2道防錯檢測，如圖2所示。

圖2 輪轂尺寸檢測

3.2.3 輪胎OCR信息檢測

光學(xué)字符識別（Optical Character Recognition，OCR）是指電子設(shè)備（例如掃描儀或數(shù)碼相機(jī)）檢查紙上打印的字符，通過檢測暗、亮的模式確定其形狀，然后用字符識別方法將形狀翻譯成計算機(jī)文字的過程，即針對印刷體字符，采用光學(xué)的方式將紙質(zhì)文檔中的文字轉(zhuǎn)換成為黑白點陣的圖像文件，并通過識別軟件將圖像中的文字轉(zhuǎn)換成文本格式，供文字處理軟件進(jìn)一步編輯加工的技術(shù)，如圖3所示。

圖3 OCR識別碼提取

拍攝輪胎胎面圖片，分割OCR圖像區(qū)域，識別輪胎OCR信息，數(shù)字字母識別，判斷輪胎類型與車型信息是否匹配。

3.3 檢測流程

3.3.1 處理方式

機(jī)器視覺非接觸式前后輪分時雙相機(jī)拍攝在線實時檢測，車頭前側(cè)面車型標(biāo)簽信息識別讀取，如圖4所示。

圖4 OCR識別碼提取

3.3.2 觸發(fā)方式

光電傳感器觸發(fā)，將傳感器架設(shè)在車頭位置，檢測到遮擋信號，給出觸發(fā)信號，觸發(fā)車頭側(cè)面位置標(biāo)簽識別讀取相機(jī)，拍攝標(biāo)簽，并開始識別標(biāo)簽上一維碼。識別成功后，車頭側(cè)面保險杠位置視頻拍攝，判斷車輛行進(jìn)位置，觸發(fā)前后輪胎、輪轂位檢測。

3.3.3 處理流程

車輛在輸送到輪胎輪轂檢測工位，光電觸發(fā)信號給出后，根據(jù)拍攝的車頭側(cè)面位置視頻或圖片，識別讀取標(biāo)簽一維碼上的車型信息，若識別標(biāo)簽失敗則報警燈紅光常亮，人工干預(yù)后一鍵取消報警，繼續(xù)等待檢測下一輛；若識別成功，開啟視頻拍攝模式，根據(jù)車型信息，判斷視頻每幀圖片中車輛在檢測線上到達(dá)的位置，到達(dá)預(yù)定位置后，觸發(fā)輪胎輪轂檢測位拍攝輪胎輪轂圖片，將車型的輪轂?zāi)０迮c前后輪圖片匹配，若匹配失敗則紅光閃爍報警，匹配成功識別輪胎上OCR信息，判斷輪胎是否與車型匹配，若不匹配紅光閃爍一次報警，若成功則通過，綠燈常亮，等待檢測下一輛。

3.4 總體設(shè)計方案

3.4.1 安裝示意

在輪胎裝配工位兩側(cè)非對稱布置3臺相機(jī)，相機(jī)1、相機(jī)2分別檢測汽車左右兩側(cè)輪胎輪轂，相機(jī)3拍照識別讀取車型標(biāo)簽（一維碼識別）系統(tǒng)。3組相機(jī)分別配有3組光源對拍攝其進(jìn)行補光處理。如圖5所示三視圖（俯視圖、側(cè)視圖、主視圖）,從3個方向展示裝配工位視覺系統(tǒng)安裝布局情況。

圖5 安裝示意

3.4.2 左右非對稱結(jié)構(gòu)+車頭光電傳感器結(jié)構(gòu)

左側(cè)左輪轂輪胎檢測結(jié)構(gòu)：左側(cè)2 000萬卷簾攝像機(jī)（相機(jī)2）搭配閃光燈補光檢測輪轂輪胎類型尺寸系統(tǒng)。

右側(cè)右輪轂輪胎檢測結(jié)構(gòu)與車型標(biāo)簽及車輛定位拍攝結(jié)構(gòu)：右側(cè)2 000萬卷簾攝像機(jī)（相機(jī)1）搭配閃光燈補光拍攝，實時檢測輪轂輪胎類型尺寸系統(tǒng)；2 000萬卷簾相機(jī)（相機(jī)3）搭配閃光燈補光拍照識別讀取車型標(biāo)簽（一維碼識別）系統(tǒng)。

車頭光電傳感器觸發(fā)結(jié)構(gòu)：車頭上下兩側(cè)安裝雙紅外對射傳感器，雙紅外光電傳感器對射確保準(zhǔn)確檢測車輛是否進(jìn)入輪胎輪轂檢測位，確認(rèn)車輛進(jìn)入后觸發(fā)輪胎輪轂檢測系統(tǒng)啟動。

3.4.3 運行流程

車頭遮擋觸發(fā)：進(jìn)入輪胎輪轂檢測位，車頭光電傳感器觸發(fā)結(jié)構(gòu)監(jiān)控車輛是否進(jìn)入輪胎輪轂檢測位，當(dāng)車頭遮擋對射光電傳感器，產(chǎn)生電平（TTL）信號，上升沿觸發(fā)，對運行時間進(jìn)行統(tǒng)計，再啟動車型標(biāo)簽檢測位拍照。

標(biāo)簽拍攝：觸發(fā)信號觸發(fā)右側(cè)結(jié)構(gòu)的車型標(biāo)簽識別讀取一維碼，2 000萬卷簾相機(jī)（相機(jī)3）視頻拍攝10 s，逐幀解析，達(dá)到視野ROI范圍（1 400 mm×400 mm），覆蓋所有車型車頭側(cè)面粘貼標(biāo)簽位置。

標(biāo)簽一維碼識別讀取過程如下。

a.對圖像進(jìn)行連續(xù)的識別讀取車型編號，直到連續(xù)2張圖片識別車型編號相同，停止識別，根據(jù)數(shù)據(jù)庫對比車型編號，調(diào)出對應(yīng)車型信息；

b.若未有連續(xù)2張圖片識別車型編號相同，但出現(xiàn)2次識別車型編號相同，以此車型編號為準(zhǔn)，停止識別，根據(jù)數(shù)據(jù)庫對比車型編號，調(diào)出對應(yīng)車型信息；

c.若每張圖片識別讀取出編號均不相同，以第2次識別到的標(biāo)號為準(zhǔn)，并黃燈常亮報警，記錄警示信息，警示代碼00，根據(jù)數(shù)據(jù)庫對比車型編號，調(diào)出對應(yīng)車型信息；

d.若沒有1張圖片能識別讀取出編號，紅燈常亮報警，記錄報警信息，報警代碼0004。記錄檢測日志，人工干預(yù)后一鍵取消報警。若沒有人工干預(yù)，直到下輛車車頭遮擋光電傳感器，報警燈紅燈熄滅。

3.4.4 位置判斷

若標(biāo)簽解析成功，根據(jù)車型信息，對視頻逐幀判斷車輛位置，到達(dá)預(yù)定位置時觸發(fā)拍攝前輪檢測照片，接著到達(dá)預(yù)定位置觸發(fā)拍攝后輪檢測照片。

3.4.5 左右側(cè)前輪檢測位拍攝

左右輪檢測位前輪檢測被觸發(fā)拍攝后，5 s內(nèi)連續(xù)拍攝10次，覆蓋視野1 400 mm×1 000 mm，依次調(diào)用車型數(shù)據(jù)庫對應(yīng)編號的車型前輪輪轂?zāi)０?，與拍攝圖片匹配。

a.若匹配成功，判斷輪轂圓中心點與輪胎中心點是否重合，若重合，直接進(jìn)行識別輪胎OCR信息，與車型編號對應(yīng)的車型數(shù)據(jù)庫中輪胎信息進(jìn)行對比，對比成功則綠燈閃爍一次；

b.若輪轂?zāi)Ｐ推ヅ涫?，繼續(xù)匹配下一張圖片，若10張圖片均匹配失敗，紅燈常亮報警，記錄報警信息，左輪匹配失敗報警代碼0001，右輪匹配失敗報警代碼0002，2輪均失敗報警代碼0003，等待檢測后輪；

c.若輪轂輪胎中心未重合，紅燈常亮報警，記錄報警信息，左輪匹配失敗報警代碼0500，右輪匹配失敗報警代碼0600。2輪均失敗報警代碼0300。此時整車檢測完畢，報警燈紅燈常亮，直到下輛車車頭遮擋光電傳感器，報警燈紅燈熄滅；

d.若OCR信息對比失敗，紅燈常亮報警，記錄報警信息，左輪匹配失敗報警代碼0010。右輪匹配失敗報警代碼0020，2輪均失敗報警代碼0030，等待檢測后輪。

3.4.6 系統(tǒng)檢測結(jié)果統(tǒng)計

系統(tǒng)主界面顯示四輪實時照片、標(biāo)簽識別結(jié)果及輪轂判定結(jié)果，對匹配不正常的數(shù)據(jù)進(jìn)行報警提示，并顯示和統(tǒng)計報警碼，如表1所示。

表1 常見報警碼

3.4.7 檢測暫停

停機(jī)時保存停機(jī)的時間和車頭觸發(fā)時間、車輛行進(jìn)位置，重新啟動后直接開始視頻拍攝判斷車輛行進(jìn)位置，判斷車輛在停機(jī)后有無通過下一項檢測工位，若未通過，根據(jù)車輛行進(jìn)位置補全停機(jī)時未獲得項信息，若通過提示該車輛檢測未完成。

3.4.8 通信方式

報警采用USB接口，工控機(jī)USB口輸出報警紅光、通過綠光和警示黃光信號。紅光閃爍代表前后輪胎輪轂單項檢測不合格，綠光常亮代表全車四輪均合格，紅光常亮代表整車檢測輪胎輪轂必有不合格項。黃光代表標(biāo)簽讀取不準(zhǔn)確，需要注意標(biāo)簽粘貼位置。

3.4.9 檢測條件

a.提前建立車型數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含車輛型號、標(biāo)簽信息、車輛車頭長度（車前臉到前車軸）、車型寬度、車軸長，車輪距、車輪品牌、車輪型號、輪轂匹配模板模型、輪胎OCR等信息；

b.所有車型標(biāo)簽粘貼位置距車頭距離在規(guī)定范圍內(nèi)，容差范圍±300 mm，距地面高度容差范圍±100 mm，保證車頭到達(dá)觸發(fā)后均能被標(biāo)簽檢測相機(jī)在連續(xù)5 s內(nèi)拍攝的圖片視野覆蓋；

c.車輛在機(jī)械化懸鏈吊具上左右晃動偏差±2 mm；

d.保證所有車型底盤距離地面高度偏差±10 mm。

3.4.10 視覺檢測算法說明

a.通過采集輪轂樣本模型，通過輪轂的外形輪廓、輪輻的外形輪廓來建立1個模型庫；

b.當(dāng)輪轂到達(dá)拍照位，視覺系統(tǒng)接收到MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）發(fā)送的VIN（車輛識別代碼）碼，隨后在模型庫中調(diào)取跟VIN碼所對應(yīng)的模型；

c.相機(jī)采集圖片，把采集到的圖片和調(diào)取的模型進(jìn)行圖像匹配，若匹配成功則流往下1個工位，若匹配失敗則進(jìn)行聲光報警；

d.對于外形輪廓較為接近的，再測量該輪轂的尺寸，以達(dá)到防錯效果；

e.輪胎防錯主要通過在輪胎表面標(biāo)識不同的特征點以便視覺識別。

4 結(jié)束語

隨著制造過程能力不斷提升，機(jī)器視覺的需求不斷增多，視覺產(chǎn)品的種類及技術(shù)不斷提高，應(yīng)用狀況也會由初期低端走向高端。隨著機(jī)器視覺的介入，用戶個性化方案及服務(wù)替代標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品也是未來機(jī)器視覺的發(fā)展方向。