基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件智能檢測裝備研發(fā)

中圖分類號：TP391.4 文獻標志碼：A 文章編號：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)量對汽車性能和安全性至關(guān)重要。傳統(tǒng)人工檢測效率低且不穩(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)視覺的智能檢測裝置，集成高精度相機、圖像處理算法、機器學習技術(shù)，實現(xiàn)快速準確識別鈑金件表面缺陷，提升檢測效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，增強競爭力。該裝置使用的測量系統(tǒng)由光學照明系統(tǒng)、CCD工業(yè)攝像機、計算機、位移傳感器及相應(yīng)軟件組成。基于機器視覺的檢測技術(shù)對于控制產(chǎn)品的質(zhì)量，樹立良好企業(yè)形象起到了重要作用。

研究內(nèi)容包括設(shè)計智能檢測裝置、開發(fā)圖像處理和機器學習模型、實現(xiàn)自動化運行和實時反饋，并通過生產(chǎn)線測試驗證其實用性和可靠性。本研究為汽車鈑金件的自動化、智能化檢測提供了一種有效的解決方案，也為其他領(lǐng)域產(chǎn)品質(zhì)量檢測提供技術(shù)參考，有望推動工業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新和發(fā)展。

1智能檢測系統(tǒng)的構(gòu)成

汽車鈑金件智能檢測系統(tǒng)由工業(yè)視覺相機、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，實現(xiàn)了鈑金件的快速放置和精確自動定位。工裝內(nèi)部巧妙地嵌入了傳感器，能夠智能檢測物料的存在與否。在自動模式下，裝置能夠與安全光柵的觸發(fā)信號無縫對接，自動激發(fā)視覺相機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，迅速送至先進的控制器進行處理。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)的標準件數(shù)據(jù)進行細致的對比分析。這一過程不僅確保了檢測的高效率，也大幅提高了檢測的準確性。當檢測結(jié)果符合質(zhì)量標準時，系統(tǒng)會輸出一個明確的合格信號，此時，顯示屏上不僅會顯示醒目的綠色“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。若檢測結(jié)果未達標，系統(tǒng)則會輸出不合格信號，顯示屏上將顯示紅色的“NG\"字樣，同時紅色指示燈閃爍，警示操作者注意質(zhì)量問題。如圖1所示。

注：1-視覺相機;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-擺臂機構(gòu)；9-電氣控制單元。

2智能檢測系統(tǒng)的運行

該裝置具備靈活的自動和手動2種運行模式，以滿足不同場景下的需求。在手動模式下，裝置主要用于檢測系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化。用戶可以對視覺相機進行細致的流程編輯，確保圖像采集的準確性和標定的精確性。此外，用戶還可以設(shè)定必要的數(shù)據(jù)參數(shù)，對鈑金件進行單次檢測，以驗證檢測流程的合理性和準確性。

自動模式則專為高效率的批量檢測而設(shè)計。在這一模式下，裝置能夠自動完成對汽車鈑金件的連續(xù)檢測工作。通過先進的算法和傳感器技術(shù)，裝置能夠自動識別鈑金件的位置和狀態(tài)，實現(xiàn)無需人工干預(yù)的自動化檢測流程。這不僅大大提高了檢測效率，也減少了人為操作帶來的誤差和不一致性。該裝置具備智能學習功能，能夠根據(jù)檢測結(jié)果不斷優(yōu)化檢測算法，提高檢測的準確性和可靠性。在自動模式下，裝置還能夠與生產(chǎn)線的其他設(shè)備進行集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和流程協(xié)同，進一步提升生產(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。檢測流程如圖2所示。

3智能檢測裝置設(shè)計

3.1 視覺相機的選型與安裝

視覺相機是智能檢測系統(tǒng)的核心部件，能將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號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)處理的準確性。利用視覺相機開展光學測量的方法由于具有非接觸、高準確度和高靈敏度的特點而備受人們的重視。在本系統(tǒng)中，我們選用了歐姆龍FZ-SC2M工業(yè)相機（圖3），該工業(yè)相機具備200萬像素的超高分辨率，像素尺寸為 4.4μm×4.4μm 的毫米級高精度和毫米級快速成像能力。相機的安裝位置經(jīng)過精心計算和多次測試，確定將相機安裝在左上方傾斜角度約 30^° 距離檢測目標約 850mm 的位置，確保能夠捕捉到鈑金件表面的全貌和需要檢測的全部目標特征，并避免陰影和反光對圖像質(zhì)量的影響。此外，相機的參數(shù)設(shè)置（如曝光時間、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需求。

3.2 光源的設(shè)計

在智能檢測裝置中，光源設(shè)計是圖像采集質(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，實現(xiàn)了光線均勻覆蓋，有效消除了陰影與反光，為視覺相機捕捉高品質(zhì)圖像奠定了堅實基礎(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別提供了堅實保障。

3.3工裝及智能傳感器擺臂機構(gòu)的設(shè)計

在基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件智能檢測裝置中，工裝與智能傳感器擺臂的設(shè)計占據(jù)了核心地位。本文詳細闡述了這2項設(shè)計的創(chuàng)新點及其對檢測精度與效率的提升作用。

工裝設(shè)計：我們采用了創(chuàng)新的仿形工裝設(shè)計，該設(shè)計緊密結(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，有效減少了因振動或位移導(dǎo)致的檢測誤差。工裝內(nèi)部精心嵌入的智能傳感器，能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測鈑金件的存在狀態(tài)，為后續(xù)圖像采集與處理提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

智能傳感器擺臂機構(gòu)：該機構(gòu)的設(shè)計充分考慮了檢測需求的多樣性，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活調(diào)整，確保對鈑金件上螺桿尺寸等關(guān)鍵特征的精確測量。其高精度與靈活性，進一步增強了檢測裝置的整體性能，提高了檢測的準確性與可靠性。仿形工裝和擺臂機構(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裝置的中樞，負責協(xié)調(diào)各個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)相機控制器、安全光柵控制器、步進驅(qū)動器、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

該裝置采用了先進的工業(yè)相機控制器作為核心部件，組成智能檢測裝置的控制系統(tǒng)，采用網(wǎng)絡(luò)集成式設(shè)計，該控制系統(tǒng)分為 ① 鈑金件上料控制模塊； ② 鈑金件檢測控制模塊； ③ PLC及觸摸屏、上位機控制系統(tǒng)模塊； ④ 服務(wù)器控制系統(tǒng)模塊。每個模塊相互獨立又相互作用，如圖6所示。控制器通過高速傳輸通道接收來自相機的圖像數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)的標準件數(shù)據(jù)進行對比分析，實現(xiàn)缺陷的快速識別。同時，控制器還具備智能學習功能，能夠根據(jù)檢測結(jié)果不斷優(yōu)化檢測算法，提高檢測的準確性和可靠性。此外，還設(shè)計了友好的用戶界面和操作指引，方便用戶進行系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化，對比傳統(tǒng)采用單一PLC或者單片機的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計，各子系統(tǒng)分工明確，系統(tǒng)的維護、故障的排除檢修和升級更加便利等優(yōu)點。

4FZ-SC2M工業(yè)相機的執(zhí)行過程

在基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件智能檢測裝置中，歐姆龍FZ-SC2M工業(yè)相機作為核心部件，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在檢測過程中，歐姆龍FZ-SC2M工業(yè)相機能夠?qū)崟r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)迅速送至控制器進行處理。控制器利用先進的圖像處理算法對圖像進行預(yù)處理、特征提取和缺陷識別，從而實現(xiàn)對鈑金件表面缺陷的快速、準確檢測。這一過程不僅提高了檢測效率，還大幅提升了檢測的準確性和可靠性。相機的執(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裝置，該裝置通過高精度工業(yè)相機、先進圖像處理算法和機器學習技術(shù)，實現(xiàn)了對鈑金件表面缺陷的快速、準確識別。實驗結(jié)果表明，該裝置能夠顯著提高檢測效率和準確性，減少生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。同時，裝置還具備實時反饋功能和智能學習功能，能夠與生產(chǎn)線的其他設(shè)備進行集成，實現(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化、智能化檢測提供了一種有效的解決方案，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。

參考文獻：

[1]李春，李琳，鄒焱飚，等.基于機器視覺的鈑金件缺陷在線檢測算法[J].制造業(yè)自動化，2016，38（7）：56-59.

[2]池福俊，陳敏.圖像測量系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].裝備制造技術(shù)，2011（1）：43-45.

[3]周茂林.機器視覺智能檢測系統(tǒng)的研究[J].自動化應(yīng)用，2016（11）：28-33.

[4]徐羊.機器視覺智能機器人無損檢測系統(tǒng)探討[J].電腦知識與技術(shù)，2022（8）：76-80.

[5]程瑤，趙建，米曾真.基于線陣CCD的光學測角嵌入式系統(tǒng)設(shè)計[J].應(yīng)用光學，2018（5）：650-654.