一、引言：缺陷檢測(cè)的必要性與技術(shù)選擇
在汽車(chē)制造領(lǐng)域，剎車(chē)盤(pán)作為車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵安全部件，其質(zhì)量直接影響到駕駛員的行車(chē)安全。剎車(chē)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，其成品常存在多種缺陷。表面缺陷主要有劃痕、砂眼、凹坑、生銹、磕碰、裂紋、風(fēng)道異物等，這些缺陷會(huì)直接影響剎車(chē)盤(pán)的強(qiáng)度、硬度、應(yīng)力、承受力等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，從而縮短使用壽命，并帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。因此，對(duì)剎車(chē)盤(pán)外觀缺陷進(jìn)行精確檢測(cè)顯得尤為重要。
目前，剎車(chē)盤(pán)表面缺陷檢測(cè)常用的技術(shù)包括渦流檢測(cè)、磁粉探傷、紅外檢測(cè)、X 射線檢測(cè)以及機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)等。與其他接觸式測(cè)量工具或人工目視檢測(cè)相比，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)憑借著無(wú)損、非接觸式特點(diǎn)；具有檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高,效率高,能顯著降低人工成本等優(yōu)勢(shì),正逐漸廣泛應(yīng)用于這一行業(yè)。該技術(shù)能快速采集剎車(chē)盤(pán)表面的高分辨率圖像，并使用強(qiáng)大的深度學(xué)習(xí)圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種外觀缺陷識(shí)別、區(qū)分和關(guān)鍵尺寸的精確測(cè)量。
二、機(jī)器視覺(jué)光源的重要性
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)主要涉及圖像采集和圖像處理兩個(gè)環(huán)節(jié)，圖像質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的成敗。利用不同類(lèi)型光源的光學(xué)特點(diǎn)，如同軸光，三色光，超亮頻閃光源等等，可以顯著提高檢測(cè)目標(biāo)和背景的對(duì)比度，確保成像質(zhì)量的穩(wěn)定性，為后續(xù)高效、準(zhǔn)確的圖像處理打下基礎(chǔ)。
剎車(chē)盤(pán)外觀缺陷檢測(cè)中，光源對(duì)提高圖像質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。剎車(chē)盤(pán)具有復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)，車(chē)間內(nèi)的強(qiáng)光照明會(huì)形成環(huán)境光干擾，缺陷形態(tài)的多樣且細(xì)小，這些因素都對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量有著不小的挑戰(zhàn)。不恰當(dāng)?shù)恼彰鞣桨缚赡軐?dǎo)致圖像過(guò)曝、亮度不均、對(duì)比度不足等問(wèn)題，從而造成關(guān)鍵缺陷信息的丟失或誤判，即使是最先進(jìn)的算法也無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
本文主要介紹風(fēng)道剎車(chē)盤(pán)360°全方位外觀缺陷檢測(cè)的打光方案，可同時(shí)滿足3個(gè)檢測(cè)工作站的需求，因此須結(jié)合多臺(tái)相機(jī)和多個(gè)光源合理的布局，以確保采集到穩(wěn)定且無(wú)遺漏的圖像。
三、應(yīng)用案例
為驗(yàn)證打光方案有效性，針對(duì)風(fēng)道剎車(chē)盤(pán)不同區(qū)域缺陷開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試，關(guān)鍵方案與效果如下。
1. 正面缺陷檢測(cè)效果
剎車(chē)盤(pán)正面尺寸大（直徑 30-40cm）且?guī)峤睿ǜ叩筒?1-2cm），普通光源易產(chǎn)生陰影。采用“大景深短焦鏡頭結(jié)合開(kāi)孔面光源”組合，鏡頭覆蓋高低差區(qū)域避免失焦，面光源均勻照射消除陰影。測(cè)試顯示，0.5mm 劃痕、0.3mm 砂眼呈明顯黑色，與淺灰色背景對(duì)比清晰，無(wú)漏判（如圖1所示）。
圖1 正面缺陷效果
2. 正斜面缺陷檢測(cè)效果
正斜面為正面與側(cè)面過(guò)渡區(qū)，曲率大、盲區(qū)多。通過(guò)6臺(tái)高分辨率相機(jī)環(huán)繞傾斜45°安裝，拍攝范圍重疊10%，搭配環(huán)形無(wú)影光源實(shí)現(xiàn)均勻光照，再經(jīng)圖像拼接形成全景圖，缺陷輪廓清晰（如圖2所示，為單相機(jī)局部圖像）。
圖2 其中單個(gè)相機(jī)部分圖像效果
3.風(fēng)道斜面處刮傷檢測(cè)效果
風(fēng)道斜面空間狹窄（寬 1-2cm、深 3-5cm），普通光源難以深入。環(huán)繞式安裝多臺(tái)相機(jī)協(xié)同工作，共用一個(gè)光源照射，同步控制采集圖像。與風(fēng)道內(nèi)壁對(duì)比明顯，避免了光照不足導(dǎo)致的漏判（如圖3所示）。
圖3 風(fēng)道斜面處刮傷效果
4. 背面缺陷檢測(cè)效果
背面需檢測(cè)砂眼、生銹等缺陷，結(jié)構(gòu)與正面類(lèi)似。沿用 “大景深短焦鏡頭結(jié)合開(kāi)孔面光源”方案，光源垂直照射亮度足夠，縮短曝光時(shí)間避免反光。測(cè)試中生銹區(qū)、砂眼均呈黑色，背景淺灰均勻，識(shí)別準(zhǔn)確率與正面一致（如圖4所示）。
圖4 背面缺陷效果
5. 背側(cè)面、斜面缺陷檢測(cè)效果
背側(cè)面與背斜面檢測(cè)范圍廣、角度復(fù)雜。在同一工位安裝6臺(tái)相機(jī)（3臺(tái)拍背側(cè)面、3臺(tái)拍背斜面），根據(jù)曲率調(diào)整角度，共用單個(gè)環(huán)形無(wú)影光源。經(jīng)圖像降噪處理后，臟污異色可見(jiàn)，圖像無(wú)陰影（如圖5所示）。
圖5 背側(cè)面、斜面效果
6. 風(fēng)道異物檢測(cè)效果
采用線掃描相機(jī)配合剎車(chē)盤(pán)旋轉(zhuǎn)拍攝，搭配超高亮同軸線光源，對(duì)風(fēng)道3cm深度內(nèi)的異物檢測(cè)，異物呈不規(guī)則白色，與背景區(qū)分明顯。（如圖6所示）。
圖6 風(fēng)道異物效果
四、結(jié)語(yǔ)
在機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)中，經(jīng)常面臨一些結(jié)構(gòu)空間極限的測(cè)試條件。為了給客戶提供最佳的光學(xué)成像照明方案，如在限定的條件內(nèi)，應(yīng)全面考慮光源的尺寸，照射角度以及靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)檢測(cè)的可行性。
以本方案為例，盡管剎車(chē)盤(pán)的缺陷都較為明顯，但由于尺寸較大，同時(shí)需單一工作站上實(shí)現(xiàn)多面檢測(cè)項(xiàng)的需求，以節(jié)省機(jī)臺(tái)的工作站空間，那么光源的安裝架構(gòu)就顯得尤為重要。因光學(xué)成像照明方案是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵前期環(huán)節(jié)，所以正確的光源成像方案選擇，能為后續(xù)圖像處理與缺陷識(shí)別奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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