摘 要：隨著“中國制造2025”“工業(yè)4.0”的推進，先進制造、精密設(shè)備、特種設(shè)備的需求與日俱增，對工業(yè)零部件的質(zhì)量提出了更高要求。微細管道作為工業(yè)零部件的重要結(jié)構(gòu)，保證其質(zhì)量至關(guān)重要，但目前的微細管道缺陷檢測方法自動化程度低、精度低、檢測效率低，無法滿足檢測需求。團隊研制了一種微細管道內(nèi)壁缺陷檢測儀，包括微細管道內(nèi)壁成像裝置和微細管道內(nèi)壁缺陷檢測系統(tǒng)兩部分。該檢測儀具有檢測速度快、測量精度高、檢測過程智能等優(yōu)點，可實現(xiàn)小口徑微細管道內(nèi)壁缺陷的精確化、標準化、智能化檢測。

關(guān)鍵詞：智能制造；新質(zhì)生產(chǎn)力；微細管道；缺陷檢測

1 作品簡介

本項目產(chǎn)品針對工業(yè)生產(chǎn)線上大批量、多品種零部件中微細管道管內(nèi)缺陷及形貌測量現(xiàn)有方法存在的不足和應(yīng)用局限性，將視覺檢測技術(shù)、人工智能技術(shù)及視覺測量技術(shù)相結(jié)合，圍繞微細管道管內(nèi)缺陷及形貌進行非接觸、自動檢測，設(shè)計了一種可實現(xiàn)自動、快速、在線的高精度、非接觸式微細管道管內(nèi)缺陷及形貌測量裝置。

該微細管道內(nèi)壁缺陷檢測儀具有檢測速度快、測量精度高、檢測過程智能等優(yōu)點，支持缺陷種類識別、缺陷尺寸測量，具有生成管道內(nèi)部全景圖等功能，可滿足管徑小于10 mm工件的微細管道內(nèi)壁缺陷測量需求。

該檢測儀檢測速度快（單個管道檢測時間為5 s），檢測精度高，可由計算機控制外部位移臺自動完成測量任務(wù)，測量精度為0.01 mm。

2 技術(shù)原理

微細管道內(nèi)壁形貌測量裝置包括光信息傳輸部件、照明部件、圖像采集部件和高精度位移部件。借助光信息傳輸模塊將外部光源導(dǎo)入微細管道內(nèi)壁，利用工業(yè)相機采集微細管道內(nèi)壁局部圖像，通過控制外部升降臺位移和Z軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)帶動測量裝置完成微細管道內(nèi)壁的圖像采集，使用圖像處理技術(shù)將各部分圖像進行拼接，最終得到微細管道內(nèi)壁的完整形貌信息。

基于深度學(xué)習(xí)的缺陷檢測算法模型由缺陷判別網(wǎng)絡(luò)和缺陷分割網(wǎng)絡(luò)組成。缺陷判別網(wǎng)格基于輕量化卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)LCNN （Lite Convolution Nerual Network）構(gòu)建，LCNN由特征提取器和特征分類器組成。在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于空間信息和語義信息解耦-融合的實時缺陷分割網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)驗證，微細管道內(nèi)壁缺陷檢測系統(tǒng)的缺陷識別準確率為98.5%，缺陷測量誤差為0.01 mm，單張圖片的檢測時間為60 ms。

為解決深孔內(nèi)壁照明效果和成像質(zhì)量差的問題，提出了基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像增強算法和基于圖像質(zhì)量評價的照明光強自動優(yōu)化設(shè)計。利用圖像質(zhì)量評價方法、照明光強自動優(yōu)化模塊及基于超薄柔性電路的高均勻度照明光源，根據(jù)實際成像調(diào)整光源光強，使微細管道內(nèi)壁成像裝置能夠自動適應(yīng)管內(nèi)環(huán)境，實現(xiàn)對各種材質(zhì)管道內(nèi)壁形貌的完整采集。

為解決視像管傾斜對于缺陷尺寸測量結(jié)果的影響，設(shè)計了誤差補償和畸變矯正算法，通過實時監(jiān)測視像管與待測微細管道的位姿，設(shè)計針對斜視投影的誤差補償和矯正算法，從而使裝置能夠自動矯正弧面投影畸變，將測量精度再提高10.8%，將系統(tǒng)誤差影響降至0.26%。

3 項目創(chuàng)新點

本文設(shè)計了基于光路空分復(fù)用系統(tǒng)的成像裝置，將網(wǎng)絡(luò)輸入由單一光強拓展為多維信息，解決了狹窄區(qū)域成像的光干擾問題。團隊首創(chuàng)光信息傳輸部件，配合光路空分復(fù)用系統(tǒng)，提高了成像質(zhì)量，降低了設(shè)備成本；利用人工智能代替人眼檢測；開發(fā)了針對工業(yè)生產(chǎn)線的在線缺陷檢測系統(tǒng)。

4 應(yīng)用前景與市場

隨著中國儀器儀表行業(yè)的發(fā)展，政府相繼出臺了諸多政策扶持行業(yè)發(fā)展。2021年中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會發(fā)布了《儀器儀表行業(yè)“十四五”建議規(guī)劃》，指出加強高端儀器儀表的發(fā)展，優(yōu)先推進行業(yè)中具有一定技術(shù)儲備和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)、市場有一定需求規(guī)模的高端產(chǎn)品的發(fā)展，集中力量解決部分高端儀器儀表“卡脖子”等問題，彌補部分行業(yè)在高端產(chǎn)品領(lǐng)域的短板。