朱桂英

摘 要：文章以汽車電機(jī)中的主要磁性產(chǎn)品表面缺陷檢測為研究對象，結(jié)合圖像處理、機(jī)器視覺、智能計(jì)算等理論知識，通過理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究磁材表面紋理的抑制、缺陷區(qū)域檢測、缺陷特征提取及缺陷類型的智能識別，進(jìn)一步開發(fā)基于圖像處理的磁材微缺陷可視化在線無損檢測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：圖像處理；磁性產(chǎn)品；缺陷檢測

中圖分類號：TH134 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0023-02

Abstract：The object is surface defect detection of small magnetic of Motor vehicle. Through image processing， numerical simulation and experimental research， the surface texture suppression of magnetic， the defect region detection based on visual saliency， the defect feature extraction with significant influence and the intelligent recognition of defect types will be studied combined with human visual perception， Further， a visual inspection system of small magnetic based on image processing will be developed.

Keywords：image processing；Magnetic products；Defect detection

1 概述

近年來，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展和人們對自動化性能的不斷需求，電機(jī)在汽車的應(yīng)用不斷深入，汽車中有很多電機(jī)，比如雨刷器電機(jī)，車窗的玻璃升降器電機(jī)，后視鏡的調(diào)整電機(jī)，CD機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，天窗的開啟與閉合驅(qū)動電機(jī)，汽車發(fā)電機(jī)等等。為了保證電機(jī)的可靠運(yùn)行，高性能的電機(jī)用磁材的需求就不斷增加。

但是在磁材成型過程中，原材料攪拌不均勻或混有雜質(zhì)、成型模具的磨損、燒結(jié)工序的溫度控制不當(dāng)或半成品受熱不均勻等均會使磁材產(chǎn)生尺寸缺陷和表面缺陷，如裂紋、粘連、結(jié)晶及掉角等。表面缺陷會直接影響磁材后期的品質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)品導(dǎo)磁率低、氣隙大，降低產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，從而影響汽車的正常使用。

目前，磁材的類型大約有6000多種，而且是小批量定制，一條磁材生產(chǎn)線上生產(chǎn)的磁材類型經(jīng)常發(fā)生變化，雖然通過優(yōu)化配置可以減少同一生產(chǎn)線上磁材的種類，但市場上還沒有可以對多種類型磁材進(jìn)行在線尺寸和表面缺陷檢測的自動化設(shè)備。為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，磁材生產(chǎn)企業(yè)仍然采用人工檢測磁材的表面缺陷。人工檢測中工人勞動強(qiáng)度大，受限于工人的精神狀態(tài)、檢測熟練水平、經(jīng)驗(yàn)積累水平以及工作環(huán)境等多方面因素，檢測的效率低、速度慢，器件的一致性標(biāo)準(zhǔn)難以得到保證。檢測過程中由于工人疲勞，不可避免的產(chǎn)生錯撿、漏檢，不合格產(chǎn)品的流出不僅會給工廠帶來經(jīng)濟(jì)損失，更嚴(yán)重的是會給用戶帶來安全隱患。

本文針對不同類型磁材外觀檢測中存在的主要問題，探討基于圖像處理的磁材表面缺陷檢測方法。該系統(tǒng)完成后，可以節(jié)省人工，從而節(jié)省勞動力，減輕勞動強(qiáng)度，提高工作效率及工廠經(jīng)濟(jì)效益。

2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)小型磁材的技術(shù)要求，主要的表面缺陷有：

（1）裂紋（包括裂紋、開裂等）

（2）磕邊（包括磕邊、崩邊、料殘等）

（3）麻點(diǎn)（包括麻點(diǎn)、麻面、氣泡、傷痕、渣層、局部過厚、電鍍瘤等）

（4）砂眼（包括砂眼、氣孔、針孔、粒子等）

（5）劃痕（包括劃痕、線痕、刀痕等）

首先，通過分析小型磁材表面紋理的產(chǎn)生機(jī)理及其成像特點(diǎn)，研究小型磁材表面復(fù)雜紋理的抑制算法；其次，根據(jù)不同缺陷的產(chǎn)生機(jī)理和成像機(jī)理，研究缺陷的分類方法及其相應(yīng)的缺陷提取算法；進(jìn)而，研究缺陷區(qū)域的特征描述方法及其缺陷類型的識別方法；最后，搭建實(shí)驗(yàn)平臺和開發(fā)缺陷檢測系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)對檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、實(shí)時性和魯棒性進(jìn)行完善。磁材表面缺陷圖像具有對比度低、紋理背景復(fù)雜、缺陷種類多、亮度不均勻等特點(diǎn)。根據(jù)磁材表面缺陷圖像的梯度圖、灰度直方圖以及檢測功能的需要，可將磁材表面圖像分為正常區(qū)域、背景區(qū)域、缺陷區(qū)域、干擾區(qū)域。

（1）正常區(qū)域：磁材表面正常區(qū)域灰度值較高且與缺陷區(qū)域灰度值差別較大，區(qū)域內(nèi)部灰度值比較平均、梯度值比較?。?/p>

（2）背景區(qū)域：磁材圖像中磁材以外的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)部灰度值小，灰度變化平穩(wěn)，與磁材表面灰度平均值差值大易于分割；

（3）缺陷區(qū)域：磁材表面缺陷區(qū)域內(nèi)部灰度值小，區(qū)域內(nèi)部灰度值比較平穩(wěn)；但不同缺陷區(qū)域與正常區(qū)域的灰度值差別不同，交界部分梯度值大小也不同。有的缺陷交界部分梯度值大，如裂紋、掉塊等；有的缺陷交界部分梯度值小，如偏磨等。

（4）干擾區(qū)域：磁材表面圖像干擾區(qū)域主要包含表面紋理干擾和光照不均產(chǎn)生的陰影干擾，磁材表面紋理圖像區(qū)域灰度值小，內(nèi)部區(qū)域面積小，寬度窄，與正常區(qū)域交界處梯度值較大對磁材表面缺陷檢測干擾較大。因光照不均產(chǎn)生的陰影干擾區(qū)域內(nèi)部灰度值與正常區(qū)域灰度值差別小，二者交界處的梯度值小；而且陰影內(nèi)部區(qū)域灰度平穩(wěn)，變化小，對磁材表面缺陷檢測的干擾小。

本文將CCD相機(jī)通過千兆網(wǎng)線與電腦相連，搭建實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下磁材尺寸和表面缺陷檢測實(shí)驗(yàn)平臺，拍攝不同類型和不同缺陷的磁材所有表面圖像，并利用opencv開發(fā)磁材尺寸與表面缺陷檢測系統(tǒng)。缺陷檢測算法主要分為磁材尺寸缺陷檢測算法和磁材表面缺陷檢測算法兩大部分，磁材尺寸缺陷檢測及定位原理如圖1所示，磁材表面缺陷檢測及合格磁材分級原理如圖2所示。

合格的磁材也有可能存在尺寸和表面缺陷，但缺陷必須滿足不同磁材的要求，一般廠家都會提供磁材缺陷的尺寸要求，而且要求對合格品進(jìn)行分級。

3 結(jié)束語

本文研究了磁材的各種缺陷以及生成機(jī)理，研究了一套基于圖像處理的檢測系統(tǒng)，已經(jīng)在matlab上對一些關(guān)鍵算法進(jìn)行了開發(fā)和實(shí)驗(yàn)研究，主要有磁材和磁材尺寸測量，可以測量出磁材的內(nèi)徑、外徑和厚度，測量誤差在20um左右；磁材表面的紋理去除算法，主要提出通過各向異性濾波器抑制紋理的算法，雖然紋理去除效果比較理想，但程序運(yùn)行時間比較長，需要對算法進(jìn)行優(yōu)化或設(shè)計(jì)其他性能更優(yōu)良的去紋理算法；磁材裂紋、磕邊、砂眼、倒角四種比較容易識別缺陷的區(qū)域提取算法，以及相應(yīng)面積、周長、圓形度、寬長比、區(qū)域復(fù)雜度等特征的提取算法；還需要設(shè)計(jì)出效果更好的預(yù)處理算法，以便于提取劃痕、偏磨、污漬等其它表面缺陷。

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