视觉检测系统在缸盖零件识别中的应用

王乙楠 赫嘉琪

摘要：凸轮轴瓦盖是发动机缸盖主要零部件，不同机型缸盖凸轮轴瓦盖不同，人工手动装配瓦盖容易错装。视觉检测系统是近些年来较为先进的检测方式，具备多形式检测防错功能。本文对视觉检测系统在缸盖凸轮轴瓦盖安装识别中的应用进行简要介绍，为机加工行业检测及防错提供新思路。

Abstract： Camshaft cover is the main component of engine cylinder head with different camshaft cover， manual assembly is easy to cause errors.Visual inspection system is relatively advanced detection means ，it has many forms of testing mistake proofing function. We introduce visual inspection system in the application of camshaft cover recognition， to provide new ideas of the detection and error proofing for machining industry.

关键词：视觉系统;检测;零件识别

Key words： visual system;detection;part recognition

中图分类号：TH165+.3                                 文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）10-0148-02

0  引言

目前汽车制造行业正在向智能制造转变，大部分工作内容都可以使用自动数控机床或者机器人完成。但仍有部分装配和检测工作无法使用机器替代，依然需要人工完成，不仅工作效率低下，而且在装配和检测过程中容易出错，无法100%保证安装和检测准确性。视觉检测是新兴技术行业，已在自动化系统、汽车零部件检测和智能识别等领域有广泛应用，实现产品识别定位、尺寸和表面缺陷检测等功能。缸盖是发动机主要零部件之一。缸盖凸轮轴瓦盖目前使用人工安装，由拧紧设备将螺栓拧紧。缸盖产品型号众多，不同型号缸盖凸轮轴瓦盖不同，人工安装存在错装风险，还会对凸轮轴装配和运行造成影响。本文将简要介绍视觉检测系统及其在缸盖不同机型凸轮轴瓦盖识别中的应用。

1  自动化视觉检测简介

肉眼进行外观檢测曾是质量管理中不可欠缺的工序。然而随着图像处理技术的发展，自动化视觉检测已经普及到各个领域制造现场。检测种类和装置更加多样，导入难度越来越低。自动化视觉检测系统指的是使用工业相机对检测对象进行拍摄，通过电脑处理图像数据进行外观检测。自动化视觉检测系统可检测的项目包括：工件有无、尺寸位置、颜色差异、颜色偏移、缺口、污点、毛边、凸出、凹陷等。

1.1 目视化检测过程  目视化检测图像处理主要按“拍摄”→“处理”→“输出”3个阶段进行（见图1）。

1.1.1 拍摄阶段  拍摄阶段使用工业相机拍摄工件图像，得到稳定、正确图像处理效果，并将数据传送到“处理”阶段。此阶段用到的主要设备有：相机、镜头、照明。相机用于拍摄工件图像，相机型号要根据工件种类、大小、形状、颜色以及工作环境等在不同像素数、传输速度、尺寸型号中进行选择。镜头由多个镜片、光圈、调焦装置构成，根据监视画面进行光圈调焦，可以得到明亮清晰的图像。选择镜头时，视野、焦距、焦点、失真等因素都需考虑，可从大容量像素型或高分辨率型等外观检测专用镜头中选择。照明光源可通过镜面反射、漫反射、透射等不同形式，在光线不好工况下得到清晰图像。不同照明光源可支持金属、塑料等各种工件外观，可以根据识别内容、工件尺寸、材料、距离等选择LED、荧光灯或卤素灯等。

1.1.2 处理阶段  处理阶段主要硬件是图像处理控制器，主要对拍摄的图像进行处理判断，此阶段分为预处理、检测处理、判断输出三个阶段。预处理阶段主要对图像数据进行加工，使其特征明显以方便检测，此阶段主要进行照明校正、2值化、滤镜处理、提取颜色处理等工作。检测处理阶段主要对加工数据进行检测，根据图像数据以及前期设置内容对检测对象损伤、尺寸等测量。判断输出阶段是将检测内容与设定内容进行比较，并将结果输出，如测量形状是否与标准图案匹配，通过区域传感器测量面积是否符合设置要求等。

1.1.3 输出阶段  输出阶段主要输出检测结果，根据图像处理控制器的判断结果，控制检测工位各装置下一步动作。PLC是输出阶段程序控制的必要设备，用于驱动生产线上各种装置。最终结果可以选择通过显示器实时确认检测情况，也可以使用电脑统计检测结果，创建报告。

1.2 目视化检测原理  缸盖凸轮轴瓦盖识别主要用到轮廓形状搜索这一功能。轮廓形状搜索是一种以通过物体轮廓抽取的形状为基础的高速度、高精度识别检查对象功能，从图像中提取作为搜索标准边缘实现物体定位和特征尺寸测量。

1.2.1 轮廓搜索预处理  由于镜头直接获取的原始图像存在干扰，通常需要对图像进行滤波、增强等处理来改善图像质量。对于轮廓搜索，图像滤波器主要是去除图像内干扰，绘制出轮廓从而进行边缘提取。有些滤波器在图像横向和纵向上分别进行边缘提取，并对两者合成的边缘提取处理。搜索时，先进行粗略搜索，再进行细微搜索，从而实现搜索的高速型和高精度。

1.2.2 轮廓图像对比  在图像对比时，首先会设置标准图像存于程序中，在相机视野范围内，可以设置多个观察检测区域，通过轮廓搜索识别出的图像与标准图像进行对比，用户根据实际情况设置匹配比例，比如用户设置匹配比例为90%，则检测图像和标准图像相似度达到90%以上则认为合格，反之则不合格。

2  自动化视觉检测应用

某发动机工厂每种缸盖产品的凸轮轴瓦盖都不相同，在同一种产品上也安装有不同的凸轮轴瓦盖，使用自动化视觉检测功能对瓦盖进行判断识别，可以防止安装错误导致的质量缺陷逃逸。

2.1 确定检测特征  如图2所示，某缸盖后三档瓦盖与第二档瓦盖不同，两者易装错。第一档凸轮轴有两种类型，同样易装错。易混装的凸轮轴瓦盖相似，仅有局部结构不同，视觉检测就是通过这些同样位置不同形状的特征识别不同瓦盖，这些特征必须易识别，且要在相机视野平面上选择。如图2所示，本次视觉检测找到的特征是凸轮轴瓦盖顶部凸台，一种为圆形，一种为方形，通过此特征可以识别两种瓦盖。大瓦盖上一种有文字，一种没有文字，通过文字的有无识别也可以区分两种大瓦盖的不同。

2.2 搭建视觉检测系统  找到識别特征后，根据检测特征类型、工作环境等选择合适相机型号和光源型号，使其能够准确清晰的识别检测特征。根据检测特征位置和工位环境设计相机和光源位置及固定装置，搭建视觉检测系统。如图3所示，根据工件特征，选择高像素相机及条状光源。凸轮轴瓦盖位于工件顶部，所以将相机放置于工件正上方，根据相机检测视野范围确定相机高度，光源放置于相机旁边，使其易于检测识别特征。相机和光源使用铝型材和钢板支架固定，固定孔均使用槽状结构以便微调。

2.3 视觉检测设置

视觉检测系统搭建完毕后，在相机视野范围内设置多个检测区域窗口，每个区域设置一个标准图像，在检测过程中，设置的检测区域自动检测区域内的图像，并与标准图像对比得出检测结果。

如图4所示，凸轮轴瓦盖视觉防错将每个瓦盖特征点设置为检测区域。生产过程中，工件运行至检测工位停止，9个检测区域同时检测，其中任何一个区域检测不合格，此工件则认定不合格，踢料至不合格工件辊道。

将判定率设置为90%，并对视觉检测功能进行验证。瓦盖安装正确检测相似度为97.1%，系统判定合格。瓦盖安装错误检测相似度为43.8%，系统判定不合格。经过批量验证，检测系统可以对瓦盖错装进行识别，实现预期目标。

3  结束语

目前国内视觉检测技术已经飞速发展，在三维视觉引导、机器人运动控制、视觉检测、三维建模扫描等领域都有成熟解决方案。视觉检测目前已广泛应用于各领域，但是由于技术和工况限制，检测过程中依然存在误判情况，也并不是所有特征都可使用视觉系统进行检测，视觉系统识别率和精度还有很高提升空间。总之，视觉检测前景十分广阔，在工业生产智能化、现代化、自动化进程中必将起到举足轻重的作用。

参考文献：

[1]宋承秀.机器人视觉检测在工业中的应用探讨[J].汽车实用技术，2019（07）：187-188.

[2]赵庆斌.机器视觉技术在轴零件检测中的应用研究[J].科学技术创新，2018（22）：171-172.

[3]方轶.零件视觉检测系统的开发与研究[D].上海：上海工程技术大学，2016.

[4]侯远韶.机器视觉系统关键技术分析及应用[J].科技资讯，2019（8）：1-3.