王富春，張栩濤，梁 云

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

鈑金件在汽車行業(yè)中大量使用，鈑金件的質(zhì)量問題是至關(guān)重要的，目前汽車行業(yè)一般使用三坐標(biāo)測量儀或?qū)Ｓ玫墓ぱb及檢具進(jìn)行鈑金件質(zhì)量檢測。三坐標(biāo)測量儀存在測量設(shè)備龐大、檢測效率低等缺點(diǎn)；專用的質(zhì)量檢測工裝及檢具存在設(shè)計、制造周期長，成本高，柔性差，易受人為因素影響等缺點(diǎn)[1]。傳統(tǒng)的檢測方法無法適應(yīng)目前汽車行業(yè)車型變化快及客戶個性化配置等需求[2]。汽車鈑金件檢測自動化是目前國內(nèi)外汽車行業(yè)迫切需要解決的難題。視覺技術(shù)有無接觸、無損傷、柔性強(qiáng)和速度快等優(yōu)點(diǎn)[3]，是實現(xiàn)汽車鈑金件檢測自動化的一種有效方法。安紫明[4]利用機(jī)器視覺實現(xiàn)了鋼質(zhì)缺陷檢測及分類。魯鑫[5]設(shè)計了一款基于機(jī)器視覺的煙條外包裝檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動檢測煙條的包裝缺陷并根據(jù)缺陷進(jìn)行剔除處理。于宏全等[6]提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的鑄件缺陷檢測方法，實現(xiàn)了多種鑄件的自動化檢測。視覺檢測技術(shù)在自動化檢測的理論研究和工業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用，但是視覺檢測技術(shù)存在受現(xiàn)場環(huán)境光照變化影響的缺點(diǎn)[7]。環(huán)境光的變化會造成檢測精度不穩(wěn)定，限制了工業(yè)視覺在鈑金件質(zhì)量檢測的應(yīng)用。

本文設(shè)計了一套基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件柔性檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計、柔性化程度高、檢測效率高和檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定等特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以自適應(yīng)不同的環(huán)境光，可以檢測多種環(huán)境下不同的鈑金件精度，該系統(tǒng)具有柔性化程度高、環(huán)境適應(yīng)性好、檢測精度高、不受人為因素影響、檢測效率高、無需開發(fā)與零件配套的專用檢具和檢測數(shù)據(jù)可以實時統(tǒng)計及分析等優(yōu)點(diǎn)，能有效解決傳統(tǒng)三坐標(biāo)測量儀鈑金件質(zhì)量檢測的設(shè)備龐大，檢測效率低等缺點(diǎn)及傳統(tǒng)專用鈑金件檢測工裝及檢具的設(shè)計、制造周期長，成本高，柔性差，易受人為因素影響等缺點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成及工作過程

該汽車鈑金件柔性檢測系統(tǒng)由工業(yè)機(jī)器人、工業(yè)相機(jī)、光源、變位機(jī)、夾具、定位工裝、控制器和觸摸屏等主要部件組成，如圖1所示。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

具有快換功能的夾具安裝在可調(diào)變位機(jī)上，鈑金件通過夾具實現(xiàn)定位。工業(yè)相機(jī)安裝在工業(yè)機(jī)器人上，通過工業(yè)機(jī)器人帶動工業(yè)相機(jī)到檢測件的不同檢測區(qū)域進(jìn)行圖像采集，可調(diào)變位機(jī)配合機(jī)器人運(yùn)動使得工業(yè)相機(jī)在不同的角度采集圖形。檢測工作開始時，工業(yè)機(jī)器人帶動工業(yè)相機(jī)移動到標(biāo)定塊的位置上方進(jìn)行拍攝采集數(shù)據(jù)，檢測控制系統(tǒng)在運(yùn)行時會顯示工業(yè)相機(jī)拍攝標(biāo)定塊所采集到的數(shù)據(jù)。同時檢測控制系統(tǒng)通過采集到的標(biāo)定塊實際像素值與標(biāo)定塊標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光像素值X進(jìn)行對比，得出像素值偏差P，經(jīng)過算法計算并調(diào)整可調(diào)節(jié)光源的亮暗程度對實際環(huán)境光進(jìn)行補(bǔ)償，直到工業(yè)相機(jī)所拍攝標(biāo)定塊的數(shù)據(jù)符合設(shè)定的數(shù)據(jù)范圍，補(bǔ)償后實際工況與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光工況一致，再對工件進(jìn)行拍攝采集數(shù)據(jù)。由控制器處理圖像數(shù)據(jù)后將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳送到PLC處理。觸摸屏實時顯示當(dāng)前檢測數(shù)據(jù)與結(jié)果。工件的檢測數(shù)據(jù)會在檢測控制系統(tǒng)中顯示，并在檢測控制系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，若數(shù)據(jù)在合格范圍內(nèi)，則工件合格；若數(shù)據(jù)不在合格范圍內(nèi)，工件將定義為不合格。檢測過程中，該裝備實時記錄每個工件檢測數(shù)據(jù)并分析檢測結(jié)果，輸出分析報告。

2 視覺檢測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 機(jī)器人視覺檢測

工業(yè)機(jī)器人具有重復(fù)定位精度高和效率高等特點(diǎn)，為了提高本系統(tǒng)的工作效率，本系統(tǒng)采用一臺工業(yè)機(jī)器人通過連接軸裝載一臺工業(yè)攝像機(jī)給鈑金件進(jìn)行檢測，如圖2所示。本設(shè)計采用工業(yè)機(jī)器人通過連接軸驅(qū)動工業(yè)智能攝像機(jī)代替鈑金件人工檢測，解決了鈑金件人工檢測效率低、速度慢的缺陷。

圖2 工業(yè)機(jī)器人及攝像機(jī)

2.2 可調(diào)變位機(jī)及夾具

為了提高鈑金檢測效率及準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)采用可調(diào)變位機(jī)及快速更換夾具設(shè)計，具有快換功能的夾具安裝在可調(diào)變位機(jī)上，鈑金件通過夾具實現(xiàn)定位，可調(diào)變位機(jī)以合適的角度配合機(jī)器人運(yùn)動，使工業(yè)相機(jī)實現(xiàn)在多個角度采集圖形，提高了圖像采集的質(zhì)量。具有快換功能的夾具實現(xiàn)了不同鈑金件的快速裝夾定位。如圖3所示。

圖3 可調(diào)變位機(jī)及快換夾具

2.3 控制系統(tǒng)

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流水線及鈑金件上料控制模塊；②鈑金件檢測控制模塊；③PLC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。每個模塊相互獨(dú)立又相互作用，如圖4所示。對比傳統(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、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更加便利等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 控制系統(tǒng)

2.4 檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)

針對視覺檢測精度受現(xiàn)場環(huán)境光照變化影響較大的缺點(diǎn)，本系統(tǒng)設(shè)計了檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)，檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)由可調(diào)節(jié)光源、工業(yè)相機(jī)及配套光源、工業(yè)機(jī)器人、標(biāo)定塊及檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定控制器組成，如圖5所示。

圖5 檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)

本系統(tǒng)具有一定數(shù)量的精度高于10μm的標(biāo)定塊，標(biāo)定塊布置于被檢件的周邊。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光的工況下，本裝備通過工業(yè)相機(jī)拍照采集多組標(biāo)定塊的像素值，以該數(shù)值作為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光像素值X。本系統(tǒng)在檢測鈑金件之前，通過采集多組標(biāo)定塊的實際像素數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光像素值X進(jìn)行對比，從而判斷當(dāng)前被檢件的環(huán)境光是否發(fā)生變化。本系統(tǒng)通過采集的多組標(biāo)定塊實際像素值與標(biāo)定塊標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光像素值X進(jìn)行對比，得出像素值偏差P，通過算法計算并調(diào)整可調(diào)光源的亮度對環(huán)境光進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后實際工況與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境光工況一致，從而達(dá)到提高檢測精度與質(zhì)量的作用，如圖6所示。

圖6 檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)閉環(huán)控制流程圖

3 結(jié)論

針對目前汽車行業(yè)傳統(tǒng)三坐標(biāo)測量儀鈑金件質(zhì)量檢測的設(shè)備龐大，檢測效率低等缺點(diǎn)及傳統(tǒng)專用鈑金件檢測工裝及檢具的設(shè)計、制造周期長、成本高、柔性差和易受人為因素影響等缺點(diǎn)。本文設(shè)計了一套基于工業(yè)視覺的汽車鈑金件柔性檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計、柔性化程度高和檢測效率高等特點(diǎn)。通過檢測精度自適應(yīng)穩(wěn)定系統(tǒng)，有效解決了環(huán)境光變化對檢測精度的影響。在汽車產(chǎn)業(yè)升級的背景下，該系統(tǒng)具有較高的實用價值及推廣意義。