內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)研究與應(yīng)用

摘 要：本文旨在探討內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用。通過深入研究視覺檢測技術(shù)的原理、方法和應(yīng)用，結(jié)合內(nèi)燃機氣缸蓋的實際檢測需求，本文提出了一種高效、準(zhǔn)確的視覺檢測方案。該方案通過優(yōu)化圖像處理算法和引入先進的視覺檢測技術(shù)，實現(xiàn)了對內(nèi)燃機氣缸蓋的高精度檢測，提高了檢測的準(zhǔn)確性和效率。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機氣缸蓋 視覺檢測技術(shù) 圖像處理 高精度檢測

內(nèi)燃機氣缸蓋是發(fā)動機中的一個重要部件，氣缸蓋的好壞直接關(guān)系到發(fā)動機性能的好壞與壽命。在汽車工業(yè)飛速發(fā)展的今天，人們對于內(nèi)燃機氣缸蓋質(zhì)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)檢測方法有很多局限性，不能滿足高精度和高效率檢測的需要。所以對內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)進行研究有著現(xiàn)實意義與應(yīng)用價值。

1 內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)的運用價值

內(nèi)燃機氣缸蓋是發(fā)動機中的一個重要部件，氣缸蓋的好壞直接影響著發(fā)動機性能及可靠性。所以嚴格檢測內(nèi)燃機氣缸蓋具有重要意義。近些年來，在視覺技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，內(nèi)燃機缸蓋視覺檢測技術(shù)漸漸脫穎而出，應(yīng)用價值也越來越突出。

內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)模擬人眼視覺功能采用數(shù)碼照相原理得到氣缸蓋圖像信息。該工藝可捕捉氣缸蓋表面缺陷、多料、缺料、錯位、漏工序，從而達到高精度檢測氣缸蓋質(zhì)量。與傳統(tǒng)人工檢測方法相比較，視覺檢測技術(shù)檢測精度高、效率高，可大大降低誤檢、漏檢風(fēng)險。

內(nèi)燃機缸蓋視覺檢測技術(shù)智能化、自動化程度高，該項技術(shù)能夠自動地完成圖像采集，處理及分析等工作，從而達到快速評價氣缸蓋質(zhì)量好壞的目的[1]。與此同時，視覺檢測系統(tǒng)通過與先進圖像識別算法及機器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，也可以實現(xiàn)氣缸蓋缺陷自動歸類與識別，從而為生產(chǎn)線質(zhì)量控制及產(chǎn)品追溯等提供有力支撐。另外內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)也有很好的適應(yīng)性與靈活性，本技術(shù)能夠滿足不同規(guī)格、不同類型氣缸蓋的試驗需要，并通過調(diào)節(jié)試驗參數(shù)及算法來達到不同品質(zhì)要求。同時，視覺檢測系統(tǒng)還可以與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備進行無縫對接，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動化和智能化控制。

具體運用時內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)取得顯著效果。如缸蓋制造時毛坯缺陷的漏檢將給后道工序帶來刀具損壞和其他嚴重的影響。通過利用視覺檢測技術(shù)搭建缸蓋毛坯模板并檢驗毛坯缸蓋具體部位，能夠準(zhǔn)確地識別出缺陷并精確地去除不合格毛坯。這樣既增加生產(chǎn)線良品率又降低生產(chǎn)成本及維修成本。

2 內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)的應(yīng)用步驟

2.1 圖像采集

內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)中，第一步就是圖像獲取，這一環(huán)節(jié)為之后的分析與識別奠定了基礎(chǔ)，所以，對圖像采集精度與清晰度有極高要求，圖像采集時首先要選擇高性能工業(yè)相機及合適光源系統(tǒng)，才能保證復(fù)雜多變生產(chǎn)環(huán)境下氣缸蓋高清圖像穩(wěn)定采集。相機要有高分辨率，高幀率和低噪聲，才能捕捉到氣缸蓋上的細微細節(jié)[2]。同時光源系統(tǒng)需結(jié)合氣缸蓋材料及表面特性合理設(shè)計，才能提供充足均勻照明并降低陰影、反光等圖像質(zhì)量影響。采集圖像時需準(zhǔn)確控制相機位置及角度，以保證對氣缸蓋各關(guān)鍵部位進行清晰拍攝，另外，還要設(shè)定適當(dāng)?shù)钠毓鈺r間、增益及其他參數(shù)，確保影像的動態(tài)范圍、對比度符合后續(xù)加工要求，所拍攝的影像一般都是以數(shù)字形式儲存，便于后續(xù)分析與辨認。為保證圖像數(shù)據(jù)完整與安全，必須使用合適的圖像壓縮與存儲技術(shù)來保證圖像數(shù)據(jù)不受傳輸與存儲時的損失與破壞。

2.2 對圖像進行預(yù)處理

內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)中圖像預(yù)處理階段的主要目標(biāo)就是對所獲取的原始圖像做必要處理來去除噪聲和增強圖像特征、提高了信噪比，為后續(xù)特征提取與識別打下堅實基礎(chǔ)。首先通過濾波處理去除因傳感器噪聲和光照變化產(chǎn)生的圖像噪聲。常見的濾波方法有均值濾波，中值濾波和高斯濾波，它們能有效平滑圖像和降低噪聲干擾。之后圖像增強處理要增強圖像整體對比度與清晰度，通過對圖像亮度、對比度及其他參數(shù)進行調(diào)節(jié)，可凸顯氣缸蓋表面細微缺陷及特性[3]。另外，可通過直方圖均衡化等來提高圖像灰度分布以使得圖像更清晰易閱讀，圖像預(yù)處理時還要進行二值化和邊緣檢測，進一步凸顯圖像關(guān)鍵信息，二值化能把圖像變換成黑白二色，降低數(shù)據(jù)量，加快處理速度。通過邊緣檢測，能夠從圖像中識別出如裂紋、孔洞等缺陷的邊緣特征，這為后續(xù)的圖像識別工作提供了關(guān)鍵的參考依據(jù)。另外，為提高圖像預(yù)處理自動化程度與精度，還可通過機器學(xué)習(xí)等技術(shù)來優(yōu)化改進預(yù)處理算法，對海量樣本圖像進行處理，可使得預(yù)處理算法更適應(yīng)于各種情況下氣缸蓋圖像的檢測，增強了檢測系統(tǒng)魯棒性與準(zhǔn)確性。

綜上所述，圖像預(yù)處理對于內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)來說是必不可少的。對獲取的原始圖像做必要的處理與分析能夠去除噪聲，增強特征，提高圖像的信噪比，從而為之后的特征提取與識別提供了強有力的支撐。

2.3 特征提取識別

內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)核心環(huán)節(jié)中特征提取和識別起決定性作用。現(xiàn)階段的主要工作是：從預(yù)處理的影像中提取能表征氣缸蓋品質(zhì)的關(guān)鍵特征并在此基礎(chǔ)上對其精確識別與分類。首先要清楚地抽取什么樣的特征。對氣缸蓋而言，其共同的關(guān)鍵特征主要有表面缺陷、多料、缺料、錯位、漏工序的形貌，尺寸和位置以及其他缺陷。通過邊緣檢測、形狀分析、紋理分析和其他圖像處理技術(shù)，都能提取出上述特征，提取時必須選擇適當(dāng)?shù)乃惴皡?shù)才能保證能精確捕捉這些特征。在特征提取完成之后需要對其進行鑒別。其中一般包括和預(yù)設(shè)模板或者標(biāo)準(zhǔn)相比較、使用機器學(xué)習(xí)和其他算法自動分類等等，識別時需要保證算法對各種情況氣缸蓋圖像的準(zhǔn)確性與魯棒性。

為提高識別精度可通過多特征融合和多分類器集成來對多特征，或者多分類器識別結(jié)果做出綜合評判，由于深度學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展迅速，基于深度學(xué)習(xí)特征提取和識別方法被廣泛地應(yīng)用于內(nèi)燃機缸蓋視覺檢測。深度學(xué)習(xí)的模型，例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），能夠從眾多的樣本中自主地學(xué)習(xí)到有意義的特征描述，并依賴這些特征來進行精確的鑒別和分類。深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練后可自動化檢測氣缸蓋缺陷并提高檢測效率與精度。

綜上所述，特征提取和識別構(gòu)成了內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)的核心環(huán)節(jié)。通過對氣缸蓋關(guān)鍵特征進行準(zhǔn)確提取與識別，能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸蓋質(zhì)量準(zhǔn)確評價與分類，從而為發(fā)動機制造過程質(zhì)量控制提供強有力的支撐。

3 內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)的應(yīng)用方法

3.1 生產(chǎn)線集成

內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)首先表現(xiàn)為與生產(chǎn)線深度融合。通過在生產(chǎn)線上無縫集成視覺檢測系統(tǒng)，對氣缸蓋質(zhì)量進行在線實時監(jiān)測，大大提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。生產(chǎn)線集成關(guān)鍵是視覺檢測系統(tǒng)和已有生產(chǎn)設(shè)備協(xié)同配合。以某氣缸蓋生產(chǎn)線為例，各關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)之后均可建立視覺檢測站點。氣缸蓋在完成鑄造、加工或者熱處理的過程之后，被自動傳輸裝置送到視覺檢測站點，檢測站點上，高精度相機及光源系統(tǒng)對氣缸蓋圖像進行快速采集，傳送到圖像處理單元實時分析。在圖像處理單元，軟件算法將通過圖像預(yù)處理，特征提取與識別來判斷氣缸蓋有無裂紋、孔洞及變形的缺陷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，系統(tǒng)立即啟動報警機制把不合格的產(chǎn)品排除出生產(chǎn)線，告知工人繼續(xù)加工。該視覺檢測系統(tǒng)經(jīng)過生產(chǎn)線集成后，在提高氣缸蓋檢測精度與效率的同時，實現(xiàn)生產(chǎn)過程綜合監(jiān)控與管理。如該系統(tǒng)能實時地記錄各氣缸蓋檢測結(jié)果及生產(chǎn)信息并產(chǎn)生詳細質(zhì)量報告等，從而對質(zhì)量追溯及統(tǒng)計分析等工作提供了強有力支撐。同時該系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測結(jié)果對生產(chǎn)參數(shù)進行自動調(diào)節(jié)，從而達到生產(chǎn)過程優(yōu)化與智能化控制。舉例而言，一家汽車發(fā)動機制造廠引進視覺檢測系統(tǒng)對氣缸蓋生產(chǎn)線進行整體改造，系統(tǒng)引進之前，工廠使用傳統(tǒng)人工檢測方法檢測效率低、誤差率高。視覺檢測系統(tǒng)的引入使檢測效率在缺陷檢出率得到顯著提高的情況下得到幾倍的改善。這樣既提升了產(chǎn)品的質(zhì)量及顧客的滿意度，又減少了生產(chǎn)成本及售后維修成本。

將視覺檢測技術(shù)整合到生產(chǎn)線中，以氣缸蓋自動檢測和質(zhì)量控制為主，在通常情況下，視覺檢測系統(tǒng)需要被直接集成到生產(chǎn)線上，以便它能與生產(chǎn)線的其他組成部分實現(xiàn)無縫連接。以華晨寶馬動力總成工廠為例，團隊開發(fā)的AI視覺檢測系統(tǒng)已用于內(nèi)燃機缸蓋質(zhì)量檢測。本系統(tǒng)可以和生產(chǎn)線緊密結(jié)合在一起，利用AI和超清攝像頭相結(jié)合的方式自動識別缸蓋表面的細微缺陷，并且把任何可能出現(xiàn)的缺陷都直接傳送到檢測員面前的屏幕上，為了使工人能馬上發(fā)現(xiàn)缺陷的部位，進行再檢驗和采取相應(yīng)的處理。

3.2 實現(xiàn)自動化流水線對接

內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)應(yīng)用時，自動化流水線對接又是重要一環(huán)。與自動化流水線無縫連接后，該視覺檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸蓋快速準(zhǔn)確地檢測，從而進一步提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，自動化流水線銜接的關(guān)鍵是保證視覺檢測系統(tǒng)和流水線的和諧作業(yè)。其中包括傳感器信號同步，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，實時性強。要達到這一目的，就必須利用先進的自動化控制技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)來保證系統(tǒng)間信息的暢通。自動化流水線對接時，視覺檢測系統(tǒng)能接收流水線上傳來的缸蓋信號并自動啟動檢測程序。氣缸蓋在進入檢測區(qū)域后，該系統(tǒng)能迅速地對它的圖像進行捕獲、分析、處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，該系統(tǒng)立即發(fā)出剔除信號給流水線，把不合格的產(chǎn)品排除出流水線。同時該系統(tǒng)也能把檢測的結(jié)果實時傳送到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，以便管理人員對數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與分析。自動化流水線對接還有一個好處，就是能夠?qū)z測結(jié)果進行快速反饋以及閉環(huán)控制，如系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某氣缸蓋有缺陷，可馬上通知流水線停機處理或者調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)等。從而避免了同類缺陷反復(fù)發(fā)生，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)穩(wěn)定性。以某廠發(fā)動機制造自動化流水線為例，通過對接視覺檢測系統(tǒng)對氣缸蓋進行自動化檢測及剔除。系統(tǒng)導(dǎo)入之前，企業(yè)流水線需人工干預(yù)才能對不合格品進行檢測與排除，既增加人力成本，又降低生產(chǎn)效率。在引進視覺檢測系統(tǒng)之后，該企業(yè)對氣缸2R63usqzD/xLOrGpuDHOSSPM8zfBCtrRmnvZMsfzff4=蓋進行快速準(zhǔn)確地檢測，自動從流水線上排除不合格零件。這樣既能提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量，又能減少人力成本。在視覺檢測技術(shù)中，自動化流水線對接就是其中一個最主要的應(yīng)用。通過使用機器視覺解決方案實現(xiàn)了氣缸蓋毛坯自動檢測，并排除不合格產(chǎn)品的目的，避免了對后道工序的不利影響，確保了生產(chǎn)線的有序投產(chǎn)。如柴油機缸蓋制造時毛坯缺陷的漏檢，將給后道工序帶來刀具損壞和其他嚴重的影響，通過利用視覺檢測技術(shù)搭建缸蓋毛坯模板并檢驗毛坯缸蓋具體部位，能夠準(zhǔn)確地識別出缺陷并精確地去除不合格毛坯。另外，遷移科技3D視覺解決方案還實現(xiàn)氣缸蓋自動識別定位、指導(dǎo)機械臂抓取打磨等功能，進一步提升生產(chǎn)線自動化水平。

3.3 檢測結(jié)果的展示

在發(fā)動機制造和維修領(lǐng)域，氣缸蓋是發(fā)動機的一個重要部件，氣缸蓋質(zhì)量的好壞直接影響著發(fā)動機工作的性能和可靠性。所以氣缸蓋視覺檢測以保證氣缸蓋質(zhì)量達標(biāo)是發(fā)動機制造過程必不可少的環(huán)節(jié)。而縱觀整個視覺檢測流程，檢測結(jié)果顯示環(huán)節(jié)顯得尤為關(guān)鍵，其不僅可以直觀體現(xiàn)氣缸蓋質(zhì)量情況，而且可以為后續(xù)維護和完善提供重要數(shù)據(jù)支撐。

檢測結(jié)果顯示要求保證準(zhǔn)確清晰，視覺檢測系統(tǒng)利用高精度相機及圖像處理算法可以捕捉氣缸蓋表面細微缺陷及瑕疵。這類缺陷可包括表面缺陷、多料、缺料、錯位、漏工序其尺寸、形狀及位置是評價氣缸蓋質(zhì)量好壞的一個重要標(biāo)志。所以在對檢測結(jié)果進行顯示的時候一定要保證這些缺陷可以清楚地顯示出來，這樣才能讓工作人員對氣缸蓋質(zhì)量狀況進行精確的判斷。要達到這一目的可采取各種展示方式。一個常用方法就是用高分辨率顯示器全屏或者放大地顯示檢測圖像。這樣，工作人員就能直觀觀察到氣缸蓋的各個表面細節(jié)，其中包括缺陷尺寸，形狀及部位。同時我們也可采用圖像處理技術(shù)來增強檢測圖像的強度，使得缺陷更突出、更容易識別。除此之外，我們還可以采用虛擬現(xiàn)實（VR）或增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)，將檢測到的圖像以三維立體的方式展示出來，從而為工作人員提供更加真實和直觀的視覺體驗。

檢測結(jié)果的呈現(xiàn)不僅要呈現(xiàn)出缺陷的細節(jié)，還必須融入其他一些關(guān)鍵的信息內(nèi)容。還要把氣缸蓋型號、生產(chǎn)日期和生產(chǎn)批次這些基本情況顯示出來，使工作人員對氣缸蓋基本情況有一個迅速了解。同時我們也能顯示出一些關(guān)鍵參數(shù)與指標(biāo)，例如相機曝光時間，光源亮度以及圖像處理算法在檢測時的變化情況。這些資料幫助工作人員理解檢測系統(tǒng)性能及穩(wěn)定性，以便對檢測結(jié)果進行可靠性評價。在顯示檢測結(jié)果的同時，還要考慮數(shù)據(jù)可追溯性、可管理性等問題。內(nèi)燃機氣缸蓋作為汽車和其他機械設(shè)備的關(guān)鍵組件，其質(zhì)量狀態(tài)對整體設(shè)備的安全運行和可靠性起著至關(guān)重要的作用。所以在顯示檢測結(jié)果的時候，要保證數(shù)據(jù)可追溯，也就是可以將每一個氣缸蓋檢測結(jié)果及相關(guān)資料清楚地記錄下來，這樣才能在之后的質(zhì)量追溯及故障排查過程中迅速定位到問題。同時我們也要考慮數(shù)據(jù)可管理性問題，也就是可以很容易地實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲、查詢與統(tǒng)計，從而綜合分析評價缸蓋質(zhì)量狀況。

4 結(jié)語

本文對內(nèi)燃機氣缸蓋視覺檢測技術(shù)進行研究，提出高效精確的視覺檢測方案。本方案采用優(yōu)化圖像處理算法并引入先進視覺檢測技術(shù)來實現(xiàn)內(nèi)燃機氣缸蓋檢測精度較高。隨著科技的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用場景的不斷擴大，視覺檢測技術(shù)在內(nèi)燃機氣缸蓋檢測領(lǐng)域的重要性將逐漸增加。

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