王乙楠 赫嘉琪

摘要：凸輪軸瓦蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋主要零部件，不同機(jī)型缸蓋凸輪軸瓦蓋不同，人工手動(dòng)裝配瓦蓋容易錯(cuò)裝。視覺檢測(cè)系統(tǒng)是近些年來較為先進(jìn)的檢測(cè)方式，具備多形式檢測(cè)防錯(cuò)功能。本文對(duì)視覺檢測(cè)系統(tǒng)在缸蓋凸輪軸瓦蓋安裝識(shí)別中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，為機(jī)加工行業(yè)檢測(cè)及防錯(cuò)提供新思路。

Abstract： Camshaft cover is the main component of engine cylinder head with different camshaft cover， manual assembly is easy to cause errors.Visual inspection system is relatively advanced detection means ，it has many forms of testing mistake proofing function. We introduce visual inspection system in the application of camshaft cover recognition， to provide new ideas of the detection and error proofing for machining industry.

關(guān)鍵詞：視覺系統(tǒng);檢測(cè);零件識(shí)別

Key words： visual system;detection;part recognition

中圖分類號(hào)：TH165+.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0148-02

0? 引言

目前汽車制造行業(yè)正在向智能制造轉(zhuǎn)變，大部分工作內(nèi)容都可以使用自動(dòng)數(shù)控機(jī)床或者機(jī)器人完成。但仍有部分裝配和檢測(cè)工作無法使用機(jī)器替代，依然需要人工完成，不僅工作效率低下，而且在裝配和檢測(cè)過程中容易出錯(cuò)，無法100%保證安裝和檢測(cè)準(zhǔn)確性。視覺檢測(cè)是新興技術(shù)行業(yè)，已在自動(dòng)化系統(tǒng)、汽車零部件檢測(cè)和智能識(shí)別等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品識(shí)別定位、尺寸和表面缺陷檢測(cè)等功能。缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件之一。缸蓋凸輪軸瓦蓋目前使用人工安裝，由擰緊設(shè)備將螺栓擰緊。缸蓋產(chǎn)品型號(hào)眾多，不同型號(hào)缸蓋凸輪軸瓦蓋不同，人工安裝存在錯(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)對(duì)凸輪軸裝配和運(yùn)行造成影響。本文將簡(jiǎn)要介紹視覺檢測(cè)系統(tǒng)及其在缸蓋不同機(jī)型凸輪軸瓦蓋識(shí)別中的應(yīng)用。

1? 自動(dòng)化視覺檢測(cè)簡(jiǎn)介

肉眼進(jìn)行外觀檢測(cè)曾是質(zhì)量管理中不可欠缺的工序。然而隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化視覺檢測(cè)已經(jīng)普及到各個(gè)領(lǐng)域制造現(xiàn)場(chǎng)。檢測(cè)種類和裝置更加多樣，導(dǎo)入難度越來越低。自動(dòng)化視覺檢測(cè)系統(tǒng)指的是使用工業(yè)相機(jī)對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行拍攝，通過電腦處理圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行外觀檢測(cè)。自動(dòng)化視覺檢測(cè)系統(tǒng)可檢測(cè)的項(xiàng)目包括：工件有無、尺寸位置、顏色差異、顏色偏移、缺口、污點(diǎn)、毛邊、凸出、凹陷等。

1.1 目視化檢測(cè)過程? 目視化檢測(cè)圖像處理主要按“拍攝”→“處理”→“輸出”3個(gè)階段進(jìn)行（見圖1）。

1.1.1 拍攝階段? 拍攝階段使用工業(yè)相機(jī)拍攝工件圖像，得到穩(wěn)定、正確圖像處理效果，并將數(shù)據(jù)傳送到“處理”階段。此階段用到的主要設(shè)備有：相機(jī)、鏡頭、照明。相機(jī)用于拍攝工件圖像，相機(jī)型號(hào)要根據(jù)工件種類、大小、形狀、顏色以及工作環(huán)境等在不同像素?cái)?shù)、傳輸速度、尺寸型號(hào)中進(jìn)行選擇。鏡頭由多個(gè)鏡片、光圈、調(diào)焦裝置構(gòu)成，根據(jù)監(jiān)視畫面進(jìn)行光圈調(diào)焦，可以得到明亮清晰的圖像。選擇鏡頭時(shí)，視野、焦距、焦點(diǎn)、失真等因素都需考慮，可從大容量像素型或高分辨率型等外觀檢測(cè)專用鏡頭中選擇。照明光源可通過鏡面反射、漫反射、透射等不同形式，在光線不好工況下得到清晰圖像。不同照明光源可支持金屬、塑料等各種工件外觀，可以根據(jù)識(shí)別內(nèi)容、工件尺寸、材料、距離等選擇LED、熒光燈或鹵素?zé)舻取?/p>

1.1.2 處理階段? 處理階段主要硬件是圖像處理控制器，主要對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行處理判斷，此階段分為預(yù)處理、檢測(cè)處理、判斷輸出三個(gè)階段。預(yù)處理階段主要對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，使其特征明顯以方便檢測(cè)，此階段主要進(jìn)行照明校正、2值化、濾鏡處理、提取顏色處理等工作。檢測(cè)處理階段主要對(duì)加工數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)以及前期設(shè)置內(nèi)容對(duì)檢測(cè)對(duì)象損傷、尺寸等測(cè)量。判斷輸出階段是將檢測(cè)內(nèi)容與設(shè)定內(nèi)容進(jìn)行比較，并將結(jié)果輸出，如測(cè)量形狀是否與標(biāo)準(zhǔn)圖案匹配，通過區(qū)域傳感器測(cè)量面積是否符合設(shè)置要求等。

1.1.3 輸出階段? 輸出階段主要輸出檢測(cè)結(jié)果，根據(jù)圖像處理控制器的判斷結(jié)果，控制檢測(cè)工位各裝置下一步動(dòng)作。PLC是輸出階段程序控制的必要設(shè)備，用于驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線上各種裝置。最終結(jié)果可以選擇通過顯示器實(shí)時(shí)確認(rèn)檢測(cè)情況，也可以使用電腦統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果，創(chuàng)建報(bào)告。

1.2 目視化檢測(cè)原理? 缸蓋凸輪軸瓦蓋識(shí)別主要用到輪廓形狀搜索這一功能。輪廓形狀搜索是一種以通過物體輪廓抽取的形狀為基礎(chǔ)的高速度、高精度識(shí)別檢查對(duì)象功能，從圖像中提取作為搜索標(biāo)準(zhǔn)邊緣實(shí)現(xiàn)物體定位和特征尺寸測(cè)量。

1.2.1 輪廓搜索預(yù)處理? 由于鏡頭直接獲取的原始圖像存在干擾，通常需要對(duì)圖像進(jìn)行濾波、增強(qiáng)等處理來改善圖像質(zhì)量。對(duì)于輪廓搜索，圖像濾波器主要是去除圖像內(nèi)干擾，繪制出輪廓從而進(jìn)行邊緣提取。有些濾波器在圖像橫向和縱向上分別進(jìn)行邊緣提取，并對(duì)兩者合成的邊緣提取處理。搜索時(shí)，先進(jìn)行粗略搜索，再進(jìn)行細(xì)微搜索，從而實(shí)現(xiàn)搜索的高速型和高精度。

1.2.2 輪廓圖像對(duì)比? 在圖像對(duì)比時(shí)，首先會(huì)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)圖像存于程序中，在相機(jī)視野范圍內(nèi)，可以設(shè)置多個(gè)觀察檢測(cè)區(qū)域，通過輪廓搜索識(shí)別出的圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比，用戶根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置匹配比例，比如用戶設(shè)置匹配比例為90%，則檢測(cè)圖像和標(biāo)準(zhǔn)圖像相似度達(dá)到90%以上則認(rèn)為合格，反之則不合格。

2? 自動(dòng)化視覺檢測(cè)應(yīng)用

某發(fā)動(dòng)機(jī)工廠每種缸蓋產(chǎn)品的凸輪軸瓦蓋都不相同，在同一種產(chǎn)品上也安裝有不同的凸輪軸瓦蓋，使用自動(dòng)化視覺檢測(cè)功能對(duì)瓦蓋進(jìn)行判斷識(shí)別，可以防止安裝錯(cuò)誤導(dǎo)致的質(zhì)量缺陷逃逸。

2.1 確定檢測(cè)特征? 如圖2所示，某缸蓋后三檔瓦蓋與第二檔瓦蓋不同，兩者易裝錯(cuò)。第一檔凸輪軸有兩種類型，同樣易裝錯(cuò)。易混裝的凸輪軸瓦蓋相似，僅有局部結(jié)構(gòu)不同，視覺檢測(cè)就是通過這些同樣位置不同形狀的特征識(shí)別不同瓦蓋，這些特征必須易識(shí)別，且要在相機(jī)視野平面上選擇。如圖2所示，本次視覺檢測(cè)找到的特征是凸輪軸瓦蓋頂部凸臺(tái)，一種為圓形，一種為方形，通過此特征可以識(shí)別兩種瓦蓋。大瓦蓋上一種有文字，一種沒有文字，通過文字的有無識(shí)別也可以區(qū)分兩種大瓦蓋的不同。

2.2 搭建視覺檢測(cè)系統(tǒng)? 找到識(shí)別特征后，根據(jù)檢測(cè)特征類型、工作環(huán)境等選擇合適相機(jī)型號(hào)和光源型號(hào)，使其能夠準(zhǔn)確清晰的識(shí)別檢測(cè)特征。根據(jù)檢測(cè)特征位置和工位環(huán)境設(shè)計(jì)相機(jī)和光源位置及固定裝置，搭建視覺檢測(cè)系統(tǒng)。如圖3所示，根據(jù)工件特征，選擇高像素相機(jī)及條狀光源。凸輪軸瓦蓋位于工件頂部，所以將相機(jī)放置于工件正上方，根據(jù)相機(jī)檢測(cè)視野范圍確定相機(jī)高度，光源放置于相機(jī)旁邊，使其易于檢測(cè)識(shí)別特征。相機(jī)和光源使用鋁型材和鋼板支架固定，固定孔均使用槽狀結(jié)構(gòu)以便微調(diào)。

2.3 視覺檢測(cè)設(shè)置

視覺檢測(cè)系統(tǒng)搭建完畢后，在相機(jī)視野范圍內(nèi)設(shè)置多個(gè)檢測(cè)區(qū)域窗口，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像，在檢測(cè)過程中，設(shè)置的檢測(cè)區(qū)域自動(dòng)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的圖像，并與標(biāo)準(zhǔn)圖像對(duì)比得出檢測(cè)結(jié)果。

如圖4所示，凸輪軸瓦蓋視覺防錯(cuò)將每個(gè)瓦蓋特征點(diǎn)設(shè)置為檢測(cè)區(qū)域。生產(chǎn)過程中，工件運(yùn)行至檢測(cè)工位停止，9個(gè)檢測(cè)區(qū)域同時(shí)檢測(cè)，其中任何一個(gè)區(qū)域檢測(cè)不合格，此工件則認(rèn)定不合格，踢料至不合格工件輥道。

將判定率設(shè)置為90%，并對(duì)視覺檢測(cè)功能進(jìn)行驗(yàn)證。瓦蓋安裝正確檢測(cè)相似度為97.1%，系統(tǒng)判定合格。瓦蓋安裝錯(cuò)誤檢測(cè)相似度為43.8%，系統(tǒng)判定不合格。經(jīng)過批量驗(yàn)證，檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)瓦蓋錯(cuò)裝進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

3? 結(jié)束語

目前國內(nèi)視覺檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)飛速發(fā)展，在三維視覺引導(dǎo)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、視覺檢測(cè)、三維建模掃描等領(lǐng)域都有成熟解決方案。視覺檢測(cè)目前已廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，但是由于技術(shù)和工況限制，檢測(cè)過程中依然存在誤判情況，也并不是所有特征都可使用視覺系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，視覺系統(tǒng)識(shí)別率和精度還有很高提升空間?？傊?，視覺檢測(cè)前景十分廣闊，在工業(yè)生產(chǎn)智能化、現(xiàn)代化、自動(dòng)化進(jìn)程中必將起到舉足輕重的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋承秀.機(jī)器人視覺檢測(cè)在工業(yè)中的應(yīng)用探討[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（07）：187-188.

[2]趙慶斌.機(jī)器視覺技術(shù)在軸零件檢測(cè)中的應(yīng)用研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（22）：171-172.

[3]方軼.零件視覺檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與研究[D].上海：上海工程技術(shù)大學(xué)，2016.

[4]侯遠(yuǎn)韶.機(jī)器視覺系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析及應(yīng)用[J].科技資訊，2019（8）：1-3.