徐健康，朱正兵，楊德志，許瑩，胡帥，胡卓星

（1.永康市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)測研究院（國家五金工具及門類產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測中心），浙江 永康 321300；2.杭州?？禉C器人股份有限公司，浙江 杭州 320018；3.北京中輕聯(lián)認證中心有限公司，中國 北京 100028）

0 引言

傳統(tǒng)的電動工具產(chǎn)品檢測主要采用人工目測或采用儀器設(shè)備檢測，人為因素對檢測結(jié)果的影響較大，尤其表現(xiàn)在耐熱、耐燃、標志和說明書等項目[1-2]。在產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查工作中，樣品數(shù)量一般較大，當樣品數(shù)量達到35 個及以上時，人為因素對檢測效率和準確率的影響逐漸加大。

當前，圖像識別技術(shù)迅速發(fā)展，逐漸滲透到工程應(yīng)用的各個領(lǐng)域。通過設(shè)計相應(yīng)的圖像采集裝置，運用軟件編程實現(xiàn)圖像的自動化處理[3-4]。通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)實現(xiàn)特征的自動提取，可以獲取復(fù)雜背景或特征不明顯的物體識別[5]。本文采用圖像識別技術(shù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，應(yīng)用于電動工具產(chǎn)品檢測實際工作。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)用圖像識別技術(shù)的電動工具視覺檢測系統(tǒng)由識別模塊、分析模塊、對比模塊和提醒模塊組成。識別模塊對電動工具產(chǎn)品說明書、標志等可視化圖像進行拍攝，得到可分析圖像；分析模塊對圖像進行分析提取，得到數(shù)據(jù)化信息；對比模塊用于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)（相關(guān)標準條款）與數(shù)據(jù)化信息比較，得出比較結(jié)果；提醒模塊形成質(zhì)量分析曲線后告知需求方（生產(chǎn)企業(yè)、制造商、檢測機構(gòu)、監(jiān)管部門等）。一種基于圖像識別技術(shù)的電動工具視覺檢測系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 一種基于圖像識別技術(shù)的電動工具視覺檢測系統(tǒng)架構(gòu)

2 模塊功能

2.1 硬件

電動工具視覺檢測系統(tǒng)由環(huán)形光源、500萬像素網(wǎng)口面陣相機、遠心鏡頭和工業(yè)鏡頭、圖像采集卡、測試支架等部件組成。

2.2 軟件

電動工具視覺檢測系統(tǒng)架構(gòu)工作流程圖如圖2 所示。

圖2 電動工具視覺檢測系統(tǒng)架構(gòu)工作流程圖

圖2 中，視覺傳感器將被測物體的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳入PC 端。將原始圖像信息傳入圖像識別系統(tǒng)，采用圖像濾波、形態(tài)學(xué)、圖像二值化等機器視覺算法對圖像進行預(yù)處理。獲得增強后的圖像信息后，采用圖像輪廓提取算法采集邊緣信息，建立幾何數(shù)學(xué)模型，將對應(yīng)圖像傳入深度學(xué)習(xí)字符分割模塊，采用光學(xué)字符識別技術(shù)（OCR）提取中英文字符，比對標準字符庫數(shù)據(jù)庫信息。

3 應(yīng)用研究

3.1 球壓試驗

球壓試驗是測試電工、電子產(chǎn)品中非金屬材料及固體絕緣材料（除陶瓷外）耐熱性能的重要方法[6-7]，依據(jù) GB/T 3883.1 2014 和GB/T 5169.21 2017 標準條款要求，樣品在特定溫度下球壓2 h，測量其圓形壓痕直徑。標準中定義的壓痕直徑d為壓球與樣品接觸區(qū)域的最大直徑[8-9]。

1）精度對比。選取3 個相同材質(zhì)的樣品，在試驗溫度為75 ℃、80 ℃、85 ℃條件下進行球壓試驗。試驗后，使用影像測量儀（型號：VMS-1510G）和視覺檢測系統(tǒng)分別進行壓痕檢測。其中，3 個壓痕直徑分別由3 位檢測人員使用影像測量儀獨立檢測5 次后取平均值所得。壓痕圖像如圖3 所示。檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 檢測數(shù)據(jù)

圖3 壓痕圖像

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)所得絕對誤差分別為0.21%、0.62%、0.47%，平均誤差為0.43%。平均誤差≤0.5%，即滿足檢測要求。

2) 標定樣品。選取2 個標定樣品進行對比。1 號標定樣品在75 ℃下進行球壓試驗，標準值為1.09 mm。2 號標定樣品在85 ℃下進行球壓試驗，標準值為1.50 mm。

式中，x為檢測值，X為標準值，σ為能力評定標準差，│Z│≤2 為結(jié)果滿意。

圖4 為1 號標定樣品圖像，圖5 為2 號標定樣品圖像。標定樣品檢測結(jié)果見表2。

表2 標定樣品檢測結(jié)果

圖4 1號標定樣品圖像

通過上述兩種測試方法可以看到，視覺檢測系統(tǒng)的檢測效果優(yōu)于人工光學(xué)測量。

3.2 標志和說明書

依據(jù) GB/T 3883.1 2014 相關(guān)條款要求，電動工具產(chǎn)品的標志和說明書應(yīng)包含產(chǎn)品參數(shù)、警示語句、制造商等多種信息。其中，僅警示語句就多達20 條以上。目前，該項檢測大多采用人工目測檢查，效率低且易出錯。

以電錘為對象，制作了具有13 個不同類型錯誤的產(chǎn)品標志，部分標志實拍圖如圖6 所示，檢測結(jié)果如圖7 所示。經(jīng)視覺檢測系統(tǒng)檢測，正確識別全部錯誤項，識別準確率為100%，缺陷檢測準確率為100%，檢測時間＜1 s。

圖6 部分標志實拍圖

圖7 檢測結(jié)果

以電動工具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查為例，完成40 批次的標志和說明書檢測項目僅需1 min，實現(xiàn)了雙盲檢測。考慮到電動工具產(chǎn)品種類眾多，同一類型的產(chǎn)品參數(shù)各不相同，在后續(xù)的檢測工作中需要適當增加樣本數(shù)量，進一步完善檢測樣品種類。

4 結(jié)語

依據(jù)電動工具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查工作實際，設(shè)計了基于圖像識別技術(shù)的電動工具視覺檢測系統(tǒng)，應(yīng)用于球壓試驗以及標志和說明書等檢測項目。球壓壓痕直徑測量與人工測量偏差平均值為0.43%，與標定值相比，Z值均＜1，標志參數(shù)缺陷檢測準確率為100%。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)工作將進一步增加檢測品類，拓展對應(yīng)的檢測項目，滿足電動工具行業(yè)的檢測需求。