摘要：随着冲压生产线自动化要求的提高，能否实现产品的自动检测成为评判其自动化程度的一个重要指标。然而，目前冲压产品的缺陷检测还停留在人目检测的阶段，效率低、稳定性差、成本高的人目检测严重制约了冲压生产线的自动化进程。机器视觉检测技术作为一种新型的无损检测技术，因具备高效、稳定、精确、柔性高等特点而逐渐在工业生产的检测领域得到推广，也为冲压产品的表面缺陷检测提供新思路。但是，目前机器视觉检测技术在冲压产品的表面缺陷检测领域的应用普遍局限在单一大平面类产品上，对于具有复杂表面特征及曲面特征的冲压产品的应用并不广泛。本文探讨适用于具有复杂表面特征的冲压制件视觉表面缺陷检测系统不仅促进视觉表面检测技术的发展，对提高冲压生产线的自动化水平也具有深远的意义。
关键词：冲压件检测；结构设计
前言
表面缺陷作为冲压缺陷的主要缺陷组成，冲压生产过程中出现的问题大部分会第一时间以表面缺陷形式呈现，因此在自动冲压生产线上对冲压制件进行表面缺陷检测成为了企业越来越关注的重点。然而受限于生产线的空间条件及冲压制件表面结构的复杂性，许多传统的无损检测技术如：磁粉探伤、祸流检测、超声检测等技术没有在冲压表面缺陷检测领域中得到广泛应用。目前国内主要还是人目结合测量仪器对产品进行抽检的阶段，而据科学统计，人目检测的稳定性只有80%[1]。由于人目检测具有许多不足，如经验依赖性、主观影响大、检测效率低、数据不能追踪等[2]，人目检测严重的影响着检测的稳定性，容易导致错检，漏检等情况。随着计算机技术、光电传感器、以及国像处理理论的飞速发展，机器视觉检测技术得到越来越广泛的应用。在视觉表面缺陷检测领域中，单一平面的检测与复杂表面的检测之间，无论是在前期的图像采集和照明方案，还是在后期的图像处理算法上都有着巨大的技术差异。在实际应用中，冲压制件的表面往往情况复杂，涉及多特征、多平面及多维度平面。视觉表面检测技术仅仅在单一大平面得到推广是远远不能满足实际需求。因此，研发适用于具有复杂表面特征的冲压制件视觉表面缺陷检测系统不仅促进视觉表面检测技术的发展，对提高冲压生产线的自动化水平也具有深远的意义。
1机器视觉检测概述
机器视觉系统是机器视觉技术的工程化，是机器视觉面向应用的一个重要体现。一套完整的机器视觉系统主要包含三大部分：图像采集模块、图像处理分析模块、信息输出模块。其基本工作原理是：三维世界的目标对象信息通过摄像设备反映在二维图像中完成图像的采集，然后二维图像在计算机以及辅助的图像处理软件下得到分析理解，分析内容根据应用领域的不同而有区别，最终处理结果根据不同的应用可以是信息显示或者是控制信号。机器视觉系统以其高效、可靠、精准和数字化的特点而广泛应用在机器视觉检测技术、机器人视觉引导化及自动化装配领域中。
相对于传统的人目检验技术，机器视觉检测技术具有以下的优点：
（1）可靠性高，漏检、错检几率低。人目检测一般具有主观性和不稳定性，机器视觉检测系统以其高质量的图像采集以及稳定的图像处理算法可以实现长时间稳定的检测工作，满足现代生产的大批量检测需求。
（2）检测速度高、精度高。根据不同需求，可搭配不同的硬件，运到满足要求的检检测精度。
（3）算法灵活、柔性强。机器视觉检测系统的核也是图像处理算法，可根据不同的检测要求选择相应的处理算法，具有一定的柔性，适合于现代自动生产线的柔性检测。
（4）工作环境抗性强。适用于许多不能实现人目检测的环境，可以提高生产的自动化程度。
（5）数字集成化。对于检测信息，能够及时的总结汇总，并能实时反馈，方便企业跟踪产品生产状况。
2冲压件表面缺陷检测系统结构设计
根据上述冲压表面缺陷分析，及检测指标要求，本系统依据机器视觉原理来设汁，由硬件系统和软件系统姐成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆检测系统的硬件系统由摄像机、境头、光源、计算机组成IW，软件系统是由HALCON与VC++联合编程开发的软件组成。其工作原理是：光源和摄像机在外触发信号控制下运行，冲压表面缺陷的实时信息通过光学成像设备转换成数字信号；数字信号保存为图像数据并传送到图像处理软件进行图像处理分析；计算机对处理结果进行判断，输出控制信号给控制执行机构，完成替代人工检测的流程。
缺陷检测软件系统设计要求：
（1）具备离线调试功能。离线调试过程可以允许用户对离线图像进行检测调试，配置检测参数，制作匹配模板，预选ROI等操作，为自动检测做准备；
（2）检测算法实现交互式设计。对于算法中的关键参数：分割的阈值，以及ROI的圈取和特征筛选范围实现交互式设计。用户可以通过输入设备微调算法中的参数以及可以通过鼠标实现民ROI的选择，提高算法的柔性和抗干扰能力；
（3）具有可视化窗口，及数据保存功能。图片过程可视化，图像处理结果可直观显示在界面的相应窗口，也可W通过特征提取，以数据形式显示并保存；
（4）具有相机标定功能。能满足用户对实际测量的需求，应对不同的相机与工件的相对位畳，界面应具备简单的相机标定功能；
（5）支持多项检测。界面应满足用户的不同检测需求，提供多项检测功能，提高界面的柔性；
3冲压件表面缺陷照明方案设计
深入分析半球型冲压件的表面缺陷形成机理以及形貌，明确各类缺略的特征描述并对其表面缺陷进行合理分类，是表面缺陷检测的基础，是检测系统构建的重要前提。半球型冲压件常见的表面缺陷类型主要有：表面破裂、划痕、压痕等。
采用明场顶部碗形漫射光源照射下的冲压件破裂缺陷，曲面侧壁在顶部碗型漫射光源照射下，形成均匀的法向反射现象，消除了光照不均的情况，也有效的抑制了阴影的发生。而破裂缺陷则有吸收光线特性，直接形成灰度值低区域，整个图像的前景和背景对比度高，唯一的干扰来自于弧顶的阴影部分，属于不可避免的结构阴影。
在环形暗场照明下，摄像机位于光线反射区域的暗场。在平面划痕检测时，环形光线从平行于工件平面射入，所W金属表面并不会出现法向反射而呈现低灰度值的暗区。而划痕区域因为金属表面被划伤形成型沟，隆起的金属向法向方向反射平行光，镜头在暗场区域接收部分反射光形成高频线状区域。在曲面侧壁划痕检测时，环形光线从高角度射入，曲面侧壁对入射光线的反射方向向下，相机位于侧壁顶部，所完整的侧壁表面所反射的光线没有被相机吸收，而呈现低频的暗区；而划痕的沟壑形貌所反射的光线却能进入相机中形成高频线状区域。
冲压件在生产过程成压痕一般会根据造成压痕的器件的形状不同而形成不同形状凹坑，但造成压痕的内表面一般比王件平面低。相机位于表面反射光的明场方位，接收表面反射光而形成压痕周围高频区域，而压痕形成的凹陷反射出的光线并不向相机方位而导致形成暗区，以此来突出压痕。
结语
随着冲压生产自动化要求的提高，依赖人目检测的质量监控手段无论在精度上还是效率上都严重制约了冲压生产的自动化进程。机器视觉检测技术作为自动化检测技术领域的先进代表，因具有自动化程度高、精度高、效率高、柔性好、稳定性好、信息处理量大等特点而被广泛地应用在加工生产领域。本文W曲面冲压件为对象，对非平面类冲压产品表面缺陷的机器视觉检测系统的关键技术进行了研究。通过分析半球型冲压件的表面缺陷形成机理及形貌，明确各类缺陷的特征描述并对其表面缺陷进行合理分类，将待检测表面缺陷分为H类；破裂、划痕、压痕。对比阐述了不同照明方案下的缺陷取效果，设计了不同缺陷的最佳照明方案。
参考文献：
[1]徐信.冲压件表面缺陷图像检测系统的研究与开发[D].广东工业大学，2016.
[2]杨铁滨.基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷自动检测技术研究[D].哈尔滨工业大学，2007.
论文作者:李飞,唐延旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：表面论文; 缺陷论文; 视觉论文; 机器论文; 检测技术论文; 冲压件论文; 算法论文; 《基层建设》2019年第3期论文;