李 峰,邵世芬

(青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院 海爾學(xué)院(機(jī)電學(xué)院),山東 青島 266555)

自20世紀(jì)50年代盤(pán)式剎車首次出現(xiàn)在賽車上開(kāi)始,相比于之前廣泛使用的鼓式剎車,由于其制動(dòng)效果更好,維護(hù)更簡(jiǎn)單,更容易保持低溫,盤(pán)式剎車在世界汽車行業(yè)中得到了快速推廣和應(yīng)用并沿用至今。目前,我國(guó)國(guó)內(nèi)剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量眾多,主要集中在山東、浙江、湖北、廣東等地區(qū),如：剎車盤(pán)領(lǐng)軍企業(yè)山東金麒麟、山東信義、杭州杭城等。[1]近十年來(lái),我國(guó)汽車剎車盤(pán)市場(chǎng)規(guī)模整體呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),2021年我國(guó)汽車剎車盤(pán)OEM(Original Equipment Manufacturer)市場(chǎng)占比60.2%。[2]但是由于大部分剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)屬于中小型企業(yè),其生產(chǎn)工藝、技術(shù)水平和質(zhì)量控制水平參差不齊,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

汽車剎車系統(tǒng)的主要工作原理是首先將剎車盤(pán)與輪轂裝配成一體,然后通過(guò)制動(dòng)卡鉗和剎車襯片夾住剎車盤(pán),依靠上述三者之間干摩擦所產(chǎn)生的強(qiáng)大摩擦力來(lái)強(qiáng)行降低車輪轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到減速或停車的目的。因此,剎車盤(pán)質(zhì)量的好壞直接影響到車輛及駕乘人員的安全。但由于目前國(guó)內(nèi)剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)大多采用手工造型、粘土砂濕型、沖天爐熔煉鐵液等生產(chǎn)工藝[3],剎車盤(pán)生產(chǎn)過(guò)程中因不同生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)環(huán)境、人工操作等因素會(huì)導(dǎo)致剎車盤(pán)產(chǎn)成品存在多種缺陷,其中表面缺陷類型主要包括砂眼、氣孔、劃痕、裂紋、凹坑、斑點(diǎn)、偏箱、振紋、磕碰、生銹、風(fēng)道飛邊、筋條類缺陷(如多肉、缺肉、錯(cuò)筋、裂縫、冷隔)等,上述缺陷會(huì)直接影響剎車盤(pán)的強(qiáng)度、硬度、應(yīng)力承受力等技術(shù)指標(biāo),進(jìn)而影響其使用壽命。因此,剎車盤(pán)表面缺陷檢測(cè)及其改進(jìn)技術(shù)是目前世界各國(guó)剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)和研究熱點(diǎn)之一。本文圍繞剎車盤(pán)多種表面缺陷,展開(kāi)基于工業(yè)機(jī)器視覺(jué)的剎車盤(pán)表面缺陷檢測(cè)方法的理論研究和分析。

一、剎車盤(pán)結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)表面缺陷分析

(一)剎車盤(pán)結(jié)構(gòu)

汽車剎車盤(pán)按照兩摩擦面間是否存在通風(fēng)道可分為實(shí)心盤(pán)和通風(fēng)盤(pán)[4](如圖1所示)兩類。從物理構(gòu)造上來(lái)說(shuō),實(shí)心盤(pán)(如圖1-(a))為實(shí)心鑄造件,而通風(fēng)盤(pán)(如圖1-(b))內(nèi)部有數(shù)量不一的工藝孔洞,因此,相較于實(shí)心盤(pán)其重量更輕,制造工藝要求更高、更復(fù)雜,價(jià)格也更為昂貴。就材料而言,實(shí)心盤(pán)多為灰鐵材料,通風(fēng)盤(pán)材料則較多樣,常見(jiàn)有碳纖維強(qiáng)化材料、鋁基復(fù)合材料、陶瓷等材料。就性能而言,實(shí)心盤(pán)由于重量較大,會(huì)增加油耗和維修成本,而且由于其散熱性能較差,使用過(guò)程中剎車所產(chǎn)生的熱量會(huì)嚴(yán)重影響制動(dòng)效果進(jìn)而影響其使用壽命;通風(fēng)盤(pán)在車輛行駛過(guò)程中,其中間的通風(fēng)道可充分利用流動(dòng)的空氣進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)散熱,從而有效降低制動(dòng)的熱衰退。因此,相較于實(shí)心盤(pán),通風(fēng)盤(pán)的散熱效果更好,剎車效果更佳,使用壽命更長(zhǎng)。就使用位置而言,通風(fēng)盤(pán)多用于前輪,實(shí)心盤(pán)多用于轎車后輪或者微車前輪。剎車盤(pán)雖整體結(jié)構(gòu)型式不同,但其力學(xué)性能、化學(xué)成分、金相組織、尺寸公差和形位公差、外觀要求等均須滿足相關(guān)國(guó)標(biāo)要求。

圖1 剎車盤(pán)分類(按有無(wú)通風(fēng)道分類)

汽車剎車系統(tǒng)按照整體結(jié)構(gòu)型式(如圖2所示)可分為盤(pán)轂一體型、工字型和普通型三種。[5]通常,人們將剎車盤(pán)分為盤(pán)轂一體型和分體式兩種：盤(pán)式剎車與轂式剎車相比,盤(pán)式剎車制動(dòng)力大且穩(wěn)定,剎車效果更好,而轂式剎車由于散熱性差,在剎車過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量,產(chǎn)生剎車熱衰退現(xiàn)象,剎車轂在高溫影響下易發(fā)生變形,會(huì)出現(xiàn)剎車抖動(dòng)現(xiàn)象,剎車效率也會(huì)下降,但是轂式剎車制動(dòng)效果相對(duì)更好,制造工藝更為簡(jiǎn)單,造價(jià)更低,也能更容易地加裝手剎系統(tǒng)。盤(pán)轂一體型剎車則結(jié)合了盤(pán)式剎車和轂式剎車的特點(diǎn),其結(jié)構(gòu)尺寸更為緊湊,制動(dòng)距離較短,制動(dòng)減速度較高,制動(dòng)抗熱衰性能較強(qiáng),制動(dòng)穩(wěn)定性較高,制動(dòng)時(shí)汽車穩(wěn)定性也能夠得到保證,因此,盤(pán)轂一體式剎車系統(tǒng)近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。相比于盤(pán)轂一體型剎車系統(tǒng),分體式剎車盤(pán)的中間連接通常將鋁合金材質(zhì)的合頭通過(guò)螺絲與碟圈聯(lián)結(jié)在一起,此種結(jié)構(gòu)的剎車盤(pán)優(yōu)點(diǎn)是維修方便,在維修時(shí)可只更換碟圈,合頭則可根據(jù)實(shí)際磨損情況選擇更換或不更換。因此,分體式剎車盤(pán)可減少維修費(fèi)用,但是分體式剎車盤(pán)的缺點(diǎn)是如長(zhǎng)時(shí)間剎車或大力剎車的話,會(huì)發(fā)生變松或者變形,需要常檢查,如有松動(dòng)或變形跡象,需要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和更換。

圖2 剎車盤(pán)分類(按結(jié)構(gòu)型式分類)

(二)剎車盤(pán)常見(jiàn)的表面缺陷

經(jīng)剎車盤(pán)鑄造工藝流程(見(jiàn)圖3)鑄造出來(lái)的剎車盤(pán)經(jīng)常會(huì)存在砂眼、氣孔、縮孔、裂紋、凹坑、斑點(diǎn)、偏箱、振紋、磕碰等各種表面缺陷[6](見(jiàn)圖4),最為常見(jiàn)的是氣孔、砂眼、縮孔、裂紋等表面缺陷。根據(jù)GB/T34422—2017要求,對(duì)上述表面缺陷有嚴(yán)格尺寸要求,以確保剎車盤(pán)的強(qiáng)度和剛度,其位置精度和剎車面粗糙度也必須同時(shí)滿足相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 剎車盤(pán)鑄造工藝流程

圖4 剎車盤(pán)常見(jiàn)缺陷(依次為砂眼、縮松、氣孔、裂紋、振紋、安裝孔缺陷)

剎車盤(pán)常見(jiàn)表面缺陷中,產(chǎn)生氣孔的原因是因?yàn)樵跐沧⑦^(guò)程中,金屬液在澆道內(nèi)流動(dòng)同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量氣體,隨著金屬液的逐漸冷卻和凝固,氣體溶解度會(huì)逐漸降低,使得析出的氣體無(wú)法完全排出,這些未排出氣體在剎車盤(pán)成型后便會(huì)形成孔洞,這些孔洞即被稱為氣孔。氣孔會(huì)給剎車盤(pán)造成多種不利影響,如減少剎車盤(pán)有效截面面積、導(dǎo)致局部應(yīng)力集中、零部件疲勞強(qiáng)度下降、剎車盤(pán)在外力作用下易產(chǎn)生裂紋等。表面缺陷中砂眼產(chǎn)生原因主要是由于在剎車盤(pán)制造工藝過(guò)程中有雜物落入、型具損傷等。表面缺陷中縮孔產(chǎn)生原因主要是由于剎車盤(pán)澆注料在冷卻過(guò)程中體積會(huì)收縮,而收縮區(qū)域所缺失液體沒(méi)有得到有效快速補(bǔ)充,因此產(chǎn)生了縮孔。表面缺陷中裂紋主要分為熱裂紋、冷裂紋和溫裂紋三種,熱裂紋出現(xiàn)在剎車盤(pán)澆注料凝固后期,當(dāng)澆注料的線收縮受到阻礙時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋;冷裂紋出現(xiàn)在剎車盤(pán)鑄造后仍具備彈性狀態(tài)的一段時(shí)期,此時(shí)期內(nèi)當(dāng)鑄造應(yīng)力大于金屬?gòu)?qiáng)度時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋;溫裂紋出現(xiàn)在剎車盤(pán)在氣割和焊補(bǔ)過(guò)程中,由于氣割和焊補(bǔ)時(shí)溫度較高,高溫覆蓋區(qū)域與其相鄰的剎車盤(pán)區(qū)域會(huì)出現(xiàn)較大的溫差,溫差會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生,無(wú)論何種裂紋都會(huì)降低剎車盤(pán)的強(qiáng)度,易導(dǎo)致剎車盤(pán)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。上述所有表面缺陷均會(huì)影響剎車盤(pán)的安全性能和使用壽命,進(jìn)而最終影響駕乘人員的生命安全。

(三)剎車盤(pán)表面缺陷檢測(cè)現(xiàn)狀

依據(jù)GB/T34422—2017規(guī)定：剎車盤(pán)摩擦面的表面粗糙度Ra≤3.2μm,剎車盤(pán)表面需拋丸處理,表面應(yīng)無(wú)粘砂;剎車盤(pán)產(chǎn)品表面應(yīng)無(wú)裂紋、冷隔、縮孔等缺陷,其摩擦面與安裝面連接處及安裝孔的周圍10mm范圍內(nèi)不準(zhǔn)許有缺陷,缺陷不準(zhǔn)許焊補(bǔ)、修補(bǔ);剎車盤(pán)摩擦面和安裝面上允許氣孔、砂眼存在,但是氣孔直徑不得大于2mm,深度不得大于0.5mm,同一面上不準(zhǔn)許超過(guò)2處缺陷,且缺陷間距不得小于50mm;剎車盤(pán)摩擦面、安裝面及與車輪耦合面上不得有磕碰傷和毛刺,銳邊應(yīng)倒鈍。因此,為滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剎車盤(pán)表面質(zhì)量的要求,剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)需要在生產(chǎn)檢驗(yàn)工序中及產(chǎn)品下線后進(jìn)行表面缺陷檢測(cè),檢驗(yàn)不合格的需返工或報(bào)廢。

在生產(chǎn)過(guò)程中,因生產(chǎn)技術(shù)、制造環(huán)境、員工技術(shù)素養(yǎng)等因素會(huì)導(dǎo)致剎車盤(pán)產(chǎn)成品出現(xiàn)各種質(zhì)量問(wèn)題,其中剎車盤(pán)表面缺陷是其質(zhì)量問(wèn)題的最直觀體現(xiàn)。因此,表面缺陷檢測(cè)是質(zhì)量檢測(cè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。表面缺陷通常是指在物體表面發(fā)生的形狀、顏色、紋理等的可視變化[7],由于國(guó)內(nèi)剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)大多采用手工造型、粘土砂濕型、沖天爐熔煉鐵液等[8]生產(chǎn)工藝,其中粘度砂濕型生產(chǎn)工藝被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè),此工藝中型砂的主要粘結(jié)劑是粘土和適量的水,砂型制作完成后可以直接在濕態(tài)下進(jìn)行合型和澆注,此種工藝的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,原材料可多次回收再利用,鑄型制造周期短,砂型較方便拔模和下芯。其缺點(diǎn)是混砂效果較難保證,需要高功率的混砂設(shè)備來(lái)保證,造型時(shí)型砂流動(dòng)性差,難以夯實(shí),鑄型的剛度較差,鑄件的尺寸精度較差且易產(chǎn)生夾砂、氣孔等缺陷。沖天爐熔煉鐵液工藝用焦炭作燃料,焦炭燃燒所產(chǎn)生的熱量被直接用來(lái)熔化爐料和提高鐵液溫度,在能量消耗方面此生產(chǎn)工藝比電孤?tīng)t和其他熔爐均低,且沖天爐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、維修容易、熔化連續(xù)、生產(chǎn)率高、耗電少和熔煉成本較低等優(yōu)點(diǎn),其缺點(diǎn)是由于鐵液直接與焦炭接觸,在熔煉過(guò)程中會(huì)發(fā)生鐵液增碳和增硫現(xiàn)象,最終會(huì)導(dǎo)致剎車盤(pán)產(chǎn)品的成分不穩(wěn)定,從而易產(chǎn)生裂紋、氣孔、砂眼等缺陷。

綜上所述,由于不同企業(yè)適用的生產(chǎn)工藝不同等原因,導(dǎo)致各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出的剎車盤(pán)產(chǎn)品成分不一,缺陷種類不一,所以相應(yīng)的缺陷檢測(cè)方法也不盡相同。目前,常用剎車盤(pán)表面缺陷檢測(cè)方法主要有人工肉眼檢測(cè)、手動(dòng)儀器輔助的人工檢測(cè)和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、全站儀、激光跟蹤儀等檢測(cè)設(shè)備半自動(dòng)檢測(cè)三種方式。人工檢測(cè)主觀因素較大,且判別標(biāo)準(zhǔn)不一,判別方法不一,檢測(cè)設(shè)備精度不一,會(huì)導(dǎo)致獲取到的缺陷數(shù)據(jù)不精準(zhǔn),且上述各種方法檢測(cè)時(shí)間成本較高,檢測(cè)效率較低。因此,如何高質(zhì)高效的檢測(cè)各種表面缺陷,一直是剎車盤(pán)行業(yè)關(guān)注和研究熱點(diǎn)之一。

二、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)[9]是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個(gè)重要分支,至今雖只有幾十年歷史,但已成為各行各業(yè)必不可少的應(yīng)用技術(shù)之一。機(jī)器視覺(jué)起源于上世紀(jì)50年代,1960年,美國(guó)學(xué)者羅伯特提出了從2D圖像中提取三維結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn),引發(fā)了MIT人工智能實(shí)驗(yàn)室及其它機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)器視覺(jué)的關(guān)注,這標(biāo)志著三維機(jī)器視覺(jué)研究的開(kāi)始。1978 年,大衛(wèi)·馬爾開(kāi)創(chuàng)了“自下而上”的通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)捕捉物體形象的方法,該方法以2D圖像的輪廓素描為起點(diǎn),逐步完成3D形象的捕捉,這一方法的提出標(biāo)志著機(jī)器視覺(jué)研究的重大突破。20世紀(jì)80年代開(kāi)始,機(jī)器視覺(jué)掀起了全球性的研究熱潮,新的方法理論層出不窮,機(jī)器視覺(jué)相關(guān)技術(shù)也得到了廣泛的傳播與應(yīng)用。90年代初,市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)各種各樣的圖像處理產(chǎn)品,產(chǎn)品迭代更新速度極快,機(jī)器視覺(jué)相關(guān)技術(shù)也被應(yīng)用到各行各業(yè)的生產(chǎn)制造過(guò)程中,機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)張。隨著LED燈、傳感器及控制結(jié)構(gòu)等元件的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,降低了機(jī)器視覺(jué)行業(yè)的生產(chǎn)成本,加速了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的進(jìn)步和推廣。2000年至今,隨著更高速的3D視覺(jué)掃描系統(tǒng)和熱影像系統(tǒng)等逐步問(wèn)世,機(jī)器視覺(jué)的軟硬件產(chǎn)品可被應(yīng)用至生產(chǎn)制造的各個(gè)階段中。

基于圖像處理的表面缺陷檢測(cè)方式一般步驟為：圖像采集、圖像預(yù)處理(去噪、增強(qiáng)等)、圖像分割、特征提取及分類識(shí)別。圖像分割一般包括：閾值分割[10]、邊緣檢測(cè)[11]和區(qū)域生長(zhǎng)[12]三種方式,其中閾值分割可用來(lái)降低光照不均勻等因素的影響;邊緣檢測(cè)可通過(guò)計(jì)算提取出被檢測(cè)物的輪廓信息;區(qū)域生長(zhǎng)可用來(lái)描述缺陷內(nèi)部的像素點(diǎn)信息。特征提取通常運(yùn)用各種算法對(duì)被檢測(cè)物從顏色、紋理、形狀三個(gè)角度進(jìn)行特征數(shù)據(jù)計(jì)算和收集,但此方法的缺點(diǎn)是泛化性較低,有時(shí)需手動(dòng)調(diào)參,耗時(shí)較長(zhǎng)。

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要包括光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像處理軟件和系統(tǒng)集成五個(gè)部分[13](見(jiàn)圖5)。主要用途是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行圖像采集、數(shù)據(jù)處理和分析。首先,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)圖像攝取設(shè)備采集到目標(biāo)圖像;然后,通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)后臺(tái)將獲取到的二維或三維圖像轉(zhuǎn)化成信號(hào)數(shù)據(jù),并對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到最終的圖像特征數(shù)據(jù);最后,再利用依據(jù)特征數(shù)據(jù)對(duì)與之關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)整。整個(gè)過(guò)程涉及到了智能控制、人工智能、圖像處理、計(jì)算機(jī)等各種技術(shù)領(lǐng)域。因此,機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是一門(mén)綜合的學(xué)科。

圖5 工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)

近年來(lái),工業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)以檢測(cè)精度高、效率高、可有效避免人工檢測(cè)因主觀性和個(gè)體差異所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)偏差等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、軍事、工業(yè)等各領(lǐng)域中。[14]在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,機(jī)器視覺(jué)可用于農(nóng)作物的成熟度監(jiān)測(cè)、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)、植物生長(zhǎng)情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。[15]在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,機(jī)器視覺(jué)可用于目標(biāo)識(shí)別、定位和抓取、各生產(chǎn)工序輸出產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品等級(jí)分類、產(chǎn)品分揀、產(chǎn)品包裝跟蹤等。[16]在軍事領(lǐng)域,機(jī)器視覺(jué)可用于目標(biāo)識(shí)別和定位、軍事設(shè)備無(wú)人駕駛、排雷、爆破等。[17]

我國(guó)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)雖已有長(zhǎng)足發(fā)展和廣泛應(yīng)用,但仍存在許多亟待改善的問(wèn)題,比如圖像實(shí)時(shí)獲取仍有延遲,圖像分析軟件精確度仍有較大可提升空間,與其它技術(shù)的融合問(wèn)題等均需深入研究。

三、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在剎車盤(pán)表面缺陷監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用及趨勢(shì)

目前常見(jiàn)表面缺陷檢測(cè)技術(shù)主要包括：電磁檢測(cè)法、激光超聲檢測(cè)法、光學(xué)檢測(cè)法、聲學(xué)檢測(cè)法、紅外檢測(cè)法、X 射線檢測(cè)法以及機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)法[18],因機(jī)器視覺(jué)技術(shù)為無(wú)損檢測(cè),且檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高,檢測(cè)效率高,同時(shí)也能降低人工成本,相較于其它檢測(cè)技術(shù),它被更廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中。國(guó)外基于工業(yè)視覺(jué)的檢測(cè)技術(shù)研究起步較早,研究水平較高,其應(yīng)用已包括軌道檢測(cè)、鋼鐵質(zhì)量檢測(cè)、印刷品檢測(cè)、電路板卡檢測(cè)等多種高精尖領(lǐng)域,但其檢測(cè)設(shè)備十分昂貴,檢測(cè)系統(tǒng)授權(quán)成本居高不下,核心軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題久未解決,因此,成為“卡脖子”核心技術(shù)之一的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)已成為我國(guó)自主研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。

運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)剎車盤(pán)表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí),利用工業(yè)相機(jī)對(duì)剎車盤(pán)進(jìn)行各種方位的拍攝后,將拍攝圖像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給圖像處理系統(tǒng),圖像處理系統(tǒng)接收到圖像后對(duì)其進(jìn)行圖像增強(qiáng)和降噪處理,以獲得更清晰的圖像并去除圖像中的各種干擾,然后對(duì)圖像進(jìn)行模塊分割,再利用不同種類表面缺陷的不同識(shí)別算法對(duì)缺陷模塊進(jìn)行挑選和識(shí)別,最后將收集到的缺陷數(shù)據(jù)反饋給工序控制系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)范圍對(duì)缺陷進(jìn)行判定后做出剔除或流轉(zhuǎn)到下一個(gè)工序的決定。

目前,國(guó)內(nèi)剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始探索或逐步使用此項(xiàng)技術(shù),但是如何高效地通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)獲取剎車盤(pán)各種故障圖像,并得到經(jīng)相應(yīng)軟件處理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)仍是目前研究重點(diǎn)和行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。國(guó)內(nèi)已經(jīng)著力研究如何將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與一些準(zhǔn)確性高、魯棒性強(qiáng)的檢測(cè)跟蹤技術(shù),圖像采集技術(shù),圖像處理算法、光源處理技術(shù)等相融合,形成一套較為先進(jìn)的視覺(jué)系統(tǒng)(如圖6[19]所示),這也將是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的研究趨勢(shì)和方向。未來(lái)的剎車盤(pán)缺陷檢測(cè)系統(tǒng)將會(huì)在以下方面進(jìn)行改進(jìn)和提升：

圖6 汽車剎車盤(pán)缺陷智能檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

(一) 智能控制機(jī)器人的使用

生產(chǎn)線上采用智能控制機(jī)器人來(lái)完成鉆孔、精車、動(dòng)平衡、鏜磨、檢測(cè)等工序的上下料,傳統(tǒng)的人工上下料方式將會(huì)被逐漸取代,這樣不僅確保了生產(chǎn)節(jié)奏,提高了生產(chǎn)效能,還大大降低了人工成本和人工致錯(cuò)率。

(二)工業(yè)3D相機(jī)的使用

隨著圖像采集和處理技術(shù)的發(fā)展,3D相機(jī)在剎車盤(pán)缺陷檢測(cè)中應(yīng)用日益廣泛,相比于傳統(tǒng)的2D相機(jī),它可以實(shí)現(xiàn)流水線在線檢測(cè),通過(guò)對(duì)剎車片外形尺寸測(cè)量、表面圖案及文字識(shí)別、特征有無(wú)判別等操作將不符合規(guī)定尺寸、混料、錯(cuò)裝或漏裝的產(chǎn)品檢測(cè)出來(lái),并將結(jié)果顯示在屏幕上,同時(shí)將檢測(cè)結(jié)果輸出給PLC,系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做出不良品的處理決策。

(三)圖像處理算法的優(yōu)化

各種先進(jìn)的圖像去噪濾波算法[20]、缺陷圖像定位算法、基于深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別與分割算法[21]等被逐漸應(yīng)用于各行各業(yè)的檢測(cè)操作中,圖像處理算法的運(yùn)算速度、編程速度都較之前有極大提升,目前國(guó)內(nèi)外已逐步開(kāi)始將生產(chǎn)工序中各生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)兼容,高集成化的工業(yè)控制模式正在形成。

四、結(jié)論與展望

剎車盤(pán)是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一,汽車在高速行駛時(shí)的頻繁緊急制動(dòng),會(huì)給剎車盤(pán)造成不可逆的累積磨損,其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響車輛剎車性能以及行駛安全。剎車盤(pán)在鑄造過(guò)程中由于含碳量較高,會(huì)存在砂眼、氣孔、劃痕、裂紋、凹坑和斑點(diǎn)等缺陷,當(dāng)剎車磨損累計(jì)到一定程度時(shí),不僅會(huì)縮短其使用壽命,甚至?xí)绊懙狡囆旭偘踩?。因?對(duì)汽車剎車盤(pán)表面缺陷進(jìn)行檢測(cè),是保證剎車盤(pán)質(zhì)量的必要工序和手段。

我國(guó)是剎車盤(pán)生產(chǎn)大國(guó),目前國(guó)內(nèi)剎車盤(pán)生產(chǎn)企業(yè)大多通過(guò)人眼或使用手動(dòng)儀器輔助進(jìn)行剎車盤(pán)缺陷檢測(cè)。由于傳統(tǒng)人工判別標(biāo)準(zhǔn)不一,會(huì)導(dǎo)致剎車盤(pán)缺陷檢測(cè)效率低、出錯(cuò)率和漏檢率高等問(wèn)題,無(wú)法適用于大生產(chǎn)量的流水線車間里的實(shí)時(shí)檢測(cè)和高端剎車盤(pán)的大批量檢測(cè)。因此,引入自動(dòng)化裝備進(jìn)行剎車盤(pán)缺陷自動(dòng)檢測(cè)以代替人工檢測(cè)勢(shì)在必行。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)因其穩(wěn)定性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)、檢測(cè)精度高、速度快并且能夠有效避免人工檢測(cè)帶來(lái)的主觀性和個(gè)體差異等優(yōu)勢(shì),在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位,目前也正在逐步應(yīng)用于剎車盤(pán)缺陷檢測(cè)工藝中。隨著圖像處理技術(shù)、嵌入式技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)等的不斷發(fā)展,工業(yè)相機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等硬件設(shè)施的不斷完善,基于人工智能軟件和工業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)相結(jié)合的自動(dòng)化生產(chǎn)線將會(huì)逐步應(yīng)用于剎車盤(pán)自動(dòng)檢測(cè)和缺陷件自動(dòng)篩選,這將極大地提升剎車盤(pán)的缺陷檢測(cè)效率和剎車盤(pán)的生產(chǎn)質(zhì)量,最大程度地保證車輛及駕乘人員的安全。