1、创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application2023年6期基于工业视觉的汽车钣金件柔性检测系统设计王富春，张栩涛*，梁云（柳州职业技术学院 机电工程学院，广西 柳州 545006）钣金件在汽车行业中大量使用，钣金件的质量问题是至关重要的，目前汽车行业一般使用三坐标测量仪或专用的工装及检具进行钣金件质量检测。三坐标测量仪存在测量设备庞大、检测效率低等缺点；专用的质量检测工装及检具存在设计、制造周期长，成本高，柔性差，易受人为因素影响等缺点1。传统的检测方法无法适应目前汽车行业车型变化快及客户个性化配置等需求2。汽车钣金件检测自动化是目前国内外汽
2、车行业迫切需要解决的难题。视觉技术有无接触、无损伤、柔性强和速度快等优点3，是实现汽车钣金件检测自动化的一种有效方法。安紫明4利用机器视觉实现了钢质缺陷检测及分类。鲁鑫5设计了一款基于机器视觉的烟条外包装检测系统，该系统可以自动检测烟条的包装缺陷并根据缺陷进行剔除处理。于宏全等6提出了一种基于深度学习的铸件缺陷检测方法，实现了多种铸件的自动化检测。视觉检测技术在自动化检测的理论研究和工业应用中得到了广泛应用，但是视觉检测技术存在受现场环境光照变化影响的缺点7。环境光的变化会造成检测精度不稳定，限制了工业视觉在钣金件质量检测的应用。本文设计了一套基于工业视觉的汽车钣金件柔性检测系统，该系统具有模
3、块化设计、柔性化程度高、检测效率高和检测精度自适应稳定等特点。该系统可以自适应不同的环境光，可以检测多种环境下不同的钣金件精度，该系统具有柔性化程度高、环境适应性好、检测精度高、不受人为因素影响、检测效率高、无需开发与零件配套的专用检具和检测数据可以实时统计及分析等优点，能有效解决传统三坐标测量仪钣金件质摘要：根据钣金检测的工艺流程，设计一套基于工业视觉的汽车钣金件柔性检测系统，可对机械零部件及汽车部件上的规格、尺寸、瑕疵、冲孔数量、焊接螺杆的规格、数量，钣金件的褶皱、毛边、裂纹和形变等内容进行检测。该系统具有模块化设计、柔性化程度高和检测效率高等特点。通过检测精度自适应稳定系统，解决环境光变
4、化对检测精度的影响。为汽车行业传统三坐标测量仪钣金件质量检测的设备庞大，检测效率低等缺点及传统专用钣金件检测工装及检具的设计、制造周期长，成本高，柔性差，易受人为因素影响等缺点提供一种解决方案。关键词：视觉检测；环境光；钣金件；柔性检测；检测效率中图分类号：TP391.4文献标志码：A文章编号：2095-2945（2023）06-0009-04Abstract:According to the process flow of sheet metal inspection,a flexible inspection system for automotive sheet metal partsb
5、ased on industrial vision is designed,which inspects the specifications,dimensions,defects,number of punches,specifications,number of welding screws,creases,burrs,cracks and deformations of sheet metal parts on mechanical parts and automotive parts.The system is characterized by modularized design,h
6、igh flexibility and high inspection efficiency.The impact of ambient lightchanges on inspection accuracy is solved by the inspection accuracy adaptive stabilization system.It provides a solution to theshortcomings of traditional coordinate measuring machines(CMMs)in the automotive industry,such as l
7、arge equipment and lowinspection efficiency;and it also provides a solution to the shortcomings of traditional special inspection tools in the automotiveindustry,such as long design and manufacturing cycles,high costs,poor flexibility and susceptibility to human factorsKeywords:visual inspection;amb
8、ient light;sheet metal parts;flexible inspection;inspection efficiency基金项目：2019 年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2019KY1270）第一作者简介：王富春（1979-），男，硕士，副教授。研究方向为智能装备技术。*通信作者：张栩涛（1993-），男，硕士，助教。研究方向为工业机器人技术。DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.06.0029-2023年6期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application量检测的设备庞大，检测效率低
9、等缺点及传统专用钣金件检测工装及检具的设计、制造周期长，成本高，柔性差，易受人为因素影响等缺点。1系统的构成及工作过程该汽车钣金件柔性检测系统由工业机器人、工业相机、光源、变位机、夹具、定位工装、控制器和触摸屏等主要部件组成，如图 1 所示。图1设备结构示意图具有快换功能的夹具安装在可调变位机上，钣金件通过夹具实现定位。工业相机安装在工业机器人上，通过工业机器人带动工业相机到检测件的不同检测区域进行图像采集，可调变位机配合机器人运动使得工业相机在不同的角度采集图形。检测工作开始时，工业机器人带动工业相机移动到标定块的位置上方进行拍摄采集数据，检测控制系统在运行时会显示工业相机拍摄标定块所采集到
10、的数据。同时检测控制系统通过采集到的标定块实际像素值与标定块标准环境光像素值 X 进行对比，得出像素值偏差 P，经过算法计算并调整可调节光源的亮暗程度对实际环境光进行补偿，直到工业相机所拍摄标定块的数据符合设定的数据范围，补偿后实际工况与标准环境光工况一致，再对工件进行拍摄采集数据。由控制器处理图像数据后将相应数据传送到 PLC 处理。触摸屏实时显示当前检测数据与结果。工件的检测数据会在检测控制系统中显示，并在检测控制系统内部进行数据对比，若数据在合格范围内，则工件合格；若数据不在合格范围内，工件将定义为不合格。检测过程中，该装备实时记录每个工件检测数据并分析检测结果，输出分析报告。2视觉检测
11、系统设计2.1机器人视觉检测工业机器人具有重复定位精度高和效率高等特点，为了提高本系统的工作效率，本系统采用一台工业机器人通过连接轴装载一台工业摄像机给钣金件进行检测，如图 2 所示。本设计采用工业机器人通过连接轴驱动工业智能摄像机代替钣金件人工检测，解决了钣金件人工检测效率低、速度慢的缺陷。图2工业机器人及摄像机2.2可调变位机及夹具为了提高钣金检测效率及准确性，本系统采用可调变位机及快速更换夹具设计，具有快换功能的夹具安装在可调变位机上，钣金件通过夹具实现定位，可调变位机以合适的角度配合机器人运动，使工业相机实现在多个角度采集图形，提高了图像采集的质量。具有快换功能的夹具实现了不同钣金件的
12、快速装夹定位。如图 3 所示。图3可调变位机及快换夹具2.3控制系统检测装置的控制系统采用网络集成式设计，该控制系统分为：流水线及钣金件上料控制模块；钣金件检测控制模块；PLC 及触摸屏、上位机控制系统模块；服务器控制系统模块。每个模块相互独立又相互作用，如图 4 所示。对比传统采用单一 PLC 或者单片机的控制系统，本系统具有模块化设计、各子系统分工明确、系统的维护，故障的排除检修和升级更加便利等优点。双工位变位机钣金件摄像机连接轴工业摄像机机械臂视觉机器人工业相机钣金件夹具定位工装变位机搬运机器人工件储放台机械手10-创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and
13、 Application2023年6期2.4检测精度自适应稳定系统针对视觉检测精度受现场环境光照变化影响较大的缺点，本系统设计了检测精度自适应稳定系统，检测精度自适应稳定系统由可调节光源、工业相机及配套光源、工业机器人、标定块及检测精度自适应稳定控制器组成，如图 5 所示。图4控制系统注：1-可调节光源；2-工业相机及配套光源；3-工业机器人；4-标定块；5-检测控制系统。图5检测精度自适应稳定系统本系统具有一定数量的精度高于 10 m 的标定块，标定块布置于被检件的周边。在标准环境光的工况下，本装备通过工业相机拍照采集多组标定块的像素值，以该数值作为标准环境光像素值 X。本系统在检测钣金件之
14、前，通过采集多组标定块的实际像素数值与标准环境光像素值 X 进行对比，从而判断当前被检件的环境光是否发生变化。本系统通过采集的多组标定块实际像素值与标定块标准环境光像素值 X 进行对比，得出像素值偏差 P，通过算法计算并调整可调光源的亮度对环境光进行补偿，补偿后实际工况与标准环境光工况一致，从而达到提高检测精度与质量的作用，如图 6 所示。32154工业机器人汽车钣金件工业相机PLC上位机触摸屏服务器WIFIINTERNET11-2023年6期创新前沿科技创新与应用Technology Innovation and Application图6检测精度自适应稳定系统闭环控制流程图3结论针对目前汽
15、车行业传统三坐标测量仪钣金件质量检测的设备庞大，检测效率低等缺点及传统专用钣金件检测工装及检具的设计、制造周期长、成本高、柔性差和易受人为因素影响等缺点。本文设计了一套基于工业视觉的汽车钣金件柔性检测系统，该系统具有模块化设计、柔性化程度高和检测效率高等特点。通过检测精度自适应稳定系统，有效解决了环境光变化对检测精度的影响。在汽车产业升级的背景下，该系统具有较高的实用价值及推广意义。参考文献：1 苏润.基于视觉的汽车钣金件几何参数检测D.北京：中国科学院大学，2020.2 李春，李琳，邹焱飚，等.基于机器视觉的钣金件缺陷在线检测算法J.制造业自动化，2016，38（7）：56-59.3 汤勃，
16、孔建益，伍世虔.机器视觉表面缺陷检测综述J.中国图象图形学报，2017，22（12）：24.4 安紫明.钢质分类及缺陷检测方法研究D.郑州：郑州轻工业大学，2022.5 鲁鑫.基于机器视觉技术的烟条包装检测系统研究与应用D.南京：南京信息工程大学，2022.6 于宏全，袁明坤，常建涛，等.基于深度学习的铸件缺陷检测方法J.电子机械工程，2021，37（6）：59-64.7 张涛，刘玉婷，杨亚宁，等.基于机器视觉的表面缺陷检测研究综述J.科学技术与工程，2020，20（35）：14366-14376.开始复位机器人动作工业相机动作采集标准块数据机器人动作照相机动作改变模拟量模块输出改变放大模块的
17、放大信号改变照明设备亮度将不合格件移除，继续检测下一个件继续检测下一个钣金件不合格合格采集钣金件数据符合不符合当 TCPmax时，即满足不发生码间串扰的条件时，误码率几乎不受 CP 长度变化的影响，即 CP 长度对于提高系统抗多径效应的能力无明显作用，信噪比成为通信质量的主要影响因素。而信息速率损失与 TCP始终呈现正相关。由此可为循环前缀的最优选取提供依据。CP 长度太小无法消除 ISI，过大又会带来额外的信息速率损失8。而由仿真结果可知，当 TCPmax时，CP 长度的选取才对OFDM 系统的可靠性产生影响，故可将 CP 长度作为系统设计时的主要考虑因素。而当 TCPmax时，误码率与 C
18、P的相关度较小，应以信息速率和功率损失等其他因素作为系统性能的衡量标准，进行 OFDM 系统的最佳设计。参考文献：1 茹欣.基于深度学习的 OFDM 信道估计技术研究D.南京：南京邮电大学，2021：2-4.2 山长军，王友权，庄雪晶.新一代移动通信的核心技术 OFDM调制技术J.现代电子技术，2007（19）：34-37.3 徐小卡.基于 OFDM 的浅海高速水声通信关键技术研究D.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009：13-17.4 樊昌信，曹丽娜.通信原理M.北京：国防工业出版社，2020：242-248.5 李莉.MIMO-OFDM 系统原理、应用及仿真M.北京：机械工业出版社，2020：41-43.6 袁翠翠，王成凤，彭辉，等.关于 OFDM 系统中的循环前缀算法及仿真J.技术与市场，2015，22（10）：37-38.7 赵梓旭，宋小庆，魏有财，等.基于 QPSK-OFDM 系统的循环前缀长度优化设计J.火力与指挥控制，2018，43（5）：121-124.8 张晓光，王艳芬.循环前缀长度对 OFDM 系统性能的影响J.实验室研究与探索，2015，34（7）：117-121.（上接8页）12-
