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。

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：①流水线及钣金件上料控制模块；②钣金件检测控制模块；③PLC及触摸屏、上位机控制系统模块；④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。

图4 控制系统

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10μm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。

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。