中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）18-0033-04

Abstract：Withtherapiddevelopmentoftheautomotiveindustry，people'srequirementsforthequalityofautomotivesheet metalpartsarebecomingincreasinglyhighTradionalmanualdetectionmethodsarenotonlyineficient，butalsosusceptibleto humaninterference，leading tounstabledetectionresults.Inordertoimprovedetectionfciencyandaccuracythisstudy developedanintellgentdetectiondevice forautomotivesheetmetal partsbasedonindustrialvision.Thisdeviceuses precisionindustrialcamerastocaptureimagesofsheetmetalpartsAdvancedimageprocesingalgorithmsareusedtopreproce， extractfeatures，andrecognizedefectsintheimages.Machinelearningtechnologyisusedtointellgentlyanalyethedetection results，achievingfastandaccuraterecognitionofsurfacedefectsonshetmetalparts.Thepracticalityandreliabilityofthe devicehavebeenverifiedthroughactualproductionlinetesting.Thisresearchprovidesanefectivesolutionfortheautomated and intelligent inspection of automobile sheet metal parts.

Keywords：industrialvision;intellgent inspection;automotivesheetmetal paits;；imageprocessing；machinelearning

汽車鈑金件的質(zhì)量對(duì)汽車性能和安全性至關(guān)重要。傳統(tǒng)人工檢測(cè)效率低且不穩(wěn)定，無法適應(yīng)目前汽車行業(yè)車型變化快及客戶個(gè)性化配置等需求。本研究開發(fā)了一種基于工業(yè)視覺的智能檢測(cè)裝置，集成高精度相機(jī)、圖像處理算法、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確識(shí)別鈑金件表面缺陷，提升檢測(cè)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。該裝置使用的測(cè)量系統(tǒng)由光學(xué)照明系統(tǒng)、CCD工業(yè)攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)、位移傳感器及相應(yīng)軟件組成?；跈C(jī)器視覺的檢測(cè)技術(shù)對(duì)于控制產(chǎn)品的質(zhì)量，樹立良好企業(yè)形象起到了重要作用。

研究?jī)?nèi)容包括設(shè)計(jì)智能檢測(cè)裝置、開發(fā)圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)模型、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行和實(shí)時(shí)反饋，并通過生產(chǎn)線測(cè)試驗(yàn)證其實(shí)用性和可靠性。本研究為汽車鈑金件的自動(dòng)化、智能化檢測(cè)提供了一種有效的解決方案，也為其他領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)提供技術(shù)參考，有望推動(dòng)工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新和發(fā)展。

1智能檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

汽車鈑金件智能檢測(cè)系統(tǒng)由工業(yè)視覺相機(jī)、可調(diào)光源、顯示屏、觸摸屏、指示燈、安全光柵、鈑金件固定工裝、智能傳感器擺臂機(jī)構(gòu)和電氣控制單元等主要部件組成。

該裝置采用了創(chuàng)新的汽車鈑金件仿形工裝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鈑金件的快速放置和精確自動(dòng)定位。工裝內(nèi)部巧妙地嵌入了傳感器，能夠智能檢測(cè)物料的存在與否。在自動(dòng)模式下，裝置能夠與安全光柵的觸發(fā)信號(hào)無縫對(duì)接，自動(dòng)激發(fā)視覺相機(jī)捕捉鈑金件的高清圖像。采集到的圖像數(shù)據(jù)通過高速傳輸通道，迅速送至先進(jìn)的控制器進(jìn)行處理。控制器內(nèi)部集成了一套精密的算法，能夠?qū)⒉杉降膱D像數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的對(duì)比分析。這一過程不僅確保了檢測(cè)的高效率，也大幅提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)輸出一個(gè)明確的合格信號(hào)，此時(shí)，顯示屏上不僅會(huì)顯示醒目的綠色“OK\"字樣，而且伴隨綠色指示燈的閃爍，為操作者提供直觀的合格反饋。若檢測(cè)結(jié)果未達(dá)標(biāo)，系統(tǒng)則會(huì)輸出不合格信號(hào)，顯示屏上將顯示紅色的“NG\"字樣，同時(shí)紅色指示燈閃爍，警示操作者注意質(zhì)量問題。如圖1所示。

注：1-視覺相機(jī);2-可調(diào)光源；3-安全光柵；4-仿形工裝；5-顯示屏；6-觸摸屏；7-指示燈；8-擺臂機(jī)構(gòu)；9-電氣控制單元。

2智能檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行

該裝置具備靈活的自動(dòng)和手動(dòng)2種運(yùn)行模式，以滿足不同場(chǎng)景下的需求。在手動(dòng)模式下，裝置主要用于檢測(cè)系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化。用戶可以對(duì)視覺相機(jī)進(jìn)行細(xì)致的流程編輯，確保圖像采集的準(zhǔn)確性和標(biāo)定的精確性。此外，用戶還可以設(shè)定必要的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)鈑金件進(jìn)行單次檢測(cè)，以驗(yàn)證檢測(cè)流程的合理性和準(zhǔn)確性。

自動(dòng)模式則專為高效率的批量檢測(cè)而設(shè)計(jì)。在這一模式下，裝置能夠自動(dòng)完成對(duì)汽車鈑金件的連續(xù)檢測(cè)工作。通過先進(jìn)的算法和傳感器技術(shù)，裝置能夠自動(dòng)識(shí)別鈑金件的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無需人工干預(yù)的自動(dòng)化檢測(cè)流程。這不僅大大提高了檢測(cè)效率，也減少了人為操作帶來的誤差和不一致性。該裝置具備智能學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)檢測(cè)結(jié)果不斷優(yōu)化檢測(cè)算法，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。在自動(dòng)模式下，裝置還能夠與生產(chǎn)線的其他設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和流程協(xié)同，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

為了確保操作的安全性和便捷性，該裝置還配備了友好的用戶界面和操作指引，使得即使是非專業(yè)人員也能快速上手。檢測(cè)流程如圖2所示。

3智能檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

3.1 視覺相機(jī)的選型與安裝

視覺相機(jī)是智能檢測(cè)系統(tǒng)的核心部件，能將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)后傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，其選型直接影響圖像采集的質(zhì)量和后續(xù)處理的準(zhǔn)確性。利用視覺相機(jī)開展光學(xué)測(cè)量的方法由于具有非接觸、高準(zhǔn)確度和高靈敏度的特點(diǎn)而備受人們的重視。在本系統(tǒng)中，我們選用了歐姆龍F(tuán)Z-SC2M工業(yè)相機(jī)（圖3），該工業(yè)相機(jī)具備200萬像素的超高分辨率，像素尺寸為 4.4μm×4.4μm 的毫米級(jí)高精度和毫米級(jí)快速成像能力。相機(jī)的安裝位置經(jīng)過精心計(jì)算和多次測(cè)試，確定將相機(jī)安裝在左上方傾斜角度約 30^° 距離檢測(cè)目標(biāo)約 850mm 的位置，確保能夠捕捉到鈑金件表面的全貌和需要檢測(cè)的全部目標(biāo)特征，并避免陰影和反光對(duì)圖像質(zhì)量的影響。此外，相機(jī)的參數(shù)設(shè)置（如曝光時(shí)間、增益等）也經(jīng)過優(yōu)化，以適應(yīng)不同環(huán)境光照條件下的檢測(cè)需求。

3.2 光源的設(shè)計(jì)

在智能檢測(cè)裝置中，光源設(shè)計(jì)是圖像采集質(zhì)量的基石。為了獲得清晰、穩(wěn)定的圖像，我們創(chuàng)新性地在不同位置和不同的角度上部署了3塊可調(diào)光源，它們巧妙分布于不同位置，靈活應(yīng)對(duì)鈑金件表面的復(fù)雜反射特性。通過精密調(diào)控光源的位置與角度，實(shí)現(xiàn)了光線均勻覆蓋，有效消除了陰影與反光，為視覺相機(jī)捕捉高品質(zhì)圖像奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，光源還融入了智能調(diào)節(jié)功能，能夠根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整亮度與色溫，確保圖像采集的穩(wěn)定性和一致性，為后續(xù)的圖像處理與缺陷識(shí)別提供了堅(jiān)實(shí)保障。

3.3工裝及智能傳感器擺臂機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件智能檢測(cè)裝置中，工裝與智能傳感器擺臂的設(shè)計(jì)占據(jù)了核心地位。本文詳細(xì)闡述了這2項(xiàng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)及其對(duì)檢測(cè)精度與效率的提升作用。

工裝設(shè)計(jì)：我們采用了創(chuàng)新的仿形工裝設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)緊密結(jié)合鈑金件的形狀與尺寸，確保鈑金件穩(wěn)固放置于工裝上，有效減少了因振動(dòng)或位移導(dǎo)致的檢測(cè)誤差。工裝內(nèi)部精心嵌入的智能傳感器，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)鈑金件的存在狀態(tài)，為后續(xù)圖像采集與處理提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

智能傳感器擺臂機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)充分考慮了檢測(cè)需求的多樣性，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活調(diào)整，確保對(duì)鈑金件上螺桿尺寸等關(guān)鍵特征的精確測(cè)量。其高精度與靈活性，進(jìn)一步增強(qiáng)了檢測(cè)裝置的整體性能，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性與可靠性。仿形工裝和擺臂機(jī)構(gòu)如圖4所示。

3.4 電氣控制單元

電氣控制單元是智能檢測(cè)裝置的中樞，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)部件的工作并處理圖像數(shù)據(jù)。電氣控制單元由歐姆龍PLC、工業(yè)相機(jī)控制器、安全光柵控制器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、開關(guān)電源和常用電器元件等組成。電氣控制單元原理如圖5所示。

3.5電氣系統(tǒng)硬件連接

該裝置采用了先進(jìn)的工業(yè)相機(jī)控制器作為核心部件，組成智能檢測(cè)裝置的控制系統(tǒng)，采用網(wǎng)絡(luò)集成式設(shè)計(jì)，該控制系統(tǒng)分為 ① 鈑金件上料控制模塊； ② 鈑金件檢測(cè)控制模塊； ③ PLC及觸摸屏、上位機(jī)控制系統(tǒng)模塊； ④ 服務(wù)器控制系統(tǒng)模塊。每個(gè)模塊相互獨(dú)立又相互作用，如圖6所示?？刂破魍ㄟ^高速傳輸通道接收來自相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)缺陷的快速識(shí)別。同時(shí)，控制器還具備智能學(xué)習(xí)功能，能夠根據(jù)檢測(cè)結(jié)果不斷優(yōu)化檢測(cè)算法，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，還設(shè)計(jì)了友好的用戶界面和操作指引，方便用戶進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化，對(duì)比傳統(tǒng)采用單一PLC或者單片機(jī)的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計(jì)，各子系統(tǒng)分工明確，系統(tǒng)的維護(hù)、故障的排除檢修和升級(jí)更加便利等優(yōu)點(diǎn)。

4FZ-SC2M工業(yè)相機(jī)的執(zhí)行過程

在基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件智能檢測(cè)裝置中，歐姆龍F(tuán)Z-SC2M工業(yè)相機(jī)作為核心部件，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在檢測(cè)過程中，歐姆龍F(tuán)Z-SC2M工業(yè)相機(jī)能夠?qū)崟r(shí)捕捉鈑金件的高清圖像，并通過高速傳輸通道將圖像數(shù)據(jù)迅速送至控制器進(jìn)行處理?？刂破骼孟冗M(jìn)的圖像處理算法對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理、特征提取和缺陷識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金件表面缺陷的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。這一過程不僅提高了檢測(cè)效率，還大幅提升了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。相機(jī)的執(zhí)行過程如圖7所示。

5 結(jié)束語

本研究成功開發(fā)了一種基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件智能檢測(cè)裝置，該裝置通過高精度工業(yè)相機(jī)、先進(jìn)圖像處理算法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈑金件表面缺陷的快速、準(zhǔn)確識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能夠顯著提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性，減少生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，裝置還具備實(shí)時(shí)反饋功能和智能學(xué)習(xí)功能，能夠與生產(chǎn)線的其他設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和流程協(xié)同。本研究為汽車鈑金件的自動(dòng)化、智能化檢測(cè)提供了一種有效的解決方案，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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