基于工業視覺的汽車鈑金件智能檢測裝備研發

中圖分類號：TP391.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）18-0033-04

Abstract：Withtherapiddevelopmentoftheautomotiveindustry，people'srequirementsforthequalityofautomotivesheet metalpartsarebecomingincreasinglyhighTradionalmanualdetectionmethodsarenotonlyineficient，butalsosusceptibleto humaninterference，leading tounstabledetectionresults.Inordertoimprovedetectionfciencyandaccuracythisstudy developedanintellgentdetectiondevice forautomotivesheetmetal partsbasedonindustrialvision.Thisdeviceuses precisionindustrialcamerastocaptureimagesofsheetmetalpartsAdvancedimageprocesingalgorithmsareusedtopreproce， extractfeatures，andrecognizedefectsintheimages.Machinelearningtechnologyisusedtointellgentlyanalyethedetection results，achievingfastandaccuraterecognitionofsurfacedefectsonshetmetalparts.Thepracticalityandreliabilityofthe devicehavebeenverifiedthroughactualproductionlinetesting.Thisresearchprovidesanefectivesolutionfortheautomated and intelligent inspection of automobile sheet metal parts.

Keywords：industrialvision;intellgent inspection;automotivesheetmetal paits;；imageprocessing；machinelearning

汽車鈑金件的質量對汽車性能和安全性至關重要。傳統人工檢測效率低且不穩定，無法適應目前汽車行業車型變化快及客戶個性化配置等需求。本研究開發了一種基于工業視覺的智能檢測裝置，集成高精度相機、圖像處理算法、機器學習技術，實現快速準確識別鈑金件表面缺陷，提升檢測效率和產品質量，降低成本，增強競爭力。該裝置使用的測量系統由光學照明系統、CCD工業攝像機、計算機、位移傳感器及相應軟件組成。基于機器視覺的檢測技術對于控制產品的質量，樹立良好企業形象起到了重要作用。

研究內容包括設計智能檢測裝置、開發圖像處理和機器學習模型、實現自動化運行和實時反饋，并通過生產線測試驗證其實用性和可靠性。本研究為汽車鈑金件的自動化、智能化檢測提供了一種有效的解決方案，也為其他領域產品質量檢測提供技術參考，有望推動工業領域創新和發展。

1智能檢測系統的構成

汽車鈑金件智能檢測系統由工業視覺相機、可調光源、顯示屏、觸摸屏、指示燈、安全光柵、鈑金件固定工裝、智能傳感器擺臂機構和電氣控制單元等主要部件組成。

該裝置采用了創新的汽車鈑金件仿形工裝設計，實現了鈑金件的快速放置和精確自動定位。工裝內部巧妙地嵌入了傳感器，能夠智能檢測物料的存在與否。在自動模式下，裝置能夠與安全光柵的觸發信號無縫對接，自動激發視覺相機捕捉鈑金件的高清圖像。采集到的圖像數據通過高速傳輸通道，迅速送至先進的控制器進行處理。控制器內部集成了一套精密的算法，能夠將采集到的圖像數據與預設的標準件數據進行細致的對比分析。這一過程不僅確保了檢測的高效率，也大幅提高了檢測的準確性。當檢測結果符合質量標準時，系統會輸出一個明確的合格信號，此時，顯示屏上不僅會顯示醒目的綠色“OK\"字樣，而且伴隨綠色指示燈的閃爍，為操作者提供直觀的合格反饋。若檢測結果未達標，系統則會輸出不合格信號，顯示屏上將顯示紅色的“NG\"字樣，同時紅色指示燈閃爍，警示操作者注意質量問題。如圖1所示。

注：1-視覺相機;2-可調光源；3-安全光柵；4-仿形工裝；5-顯示屏；6-觸摸屏；7-指示燈；8-擺臂機構；9-電氣控制單元。

2智能檢測系統的運行

該裝置具備靈活的自動和手動2種運行模式，以滿足不同場景下的需求。在手動模式下，裝置主要用于檢測系統的調試和優化。用戶可以對視覺相機進行細致的流程編輯，確保圖像采集的準確性和標定的精確性。此外，用戶還可以設定必要的數據參數，對鈑金件進行單次檢測，以驗證檢測流程的合理性和準確性。

自動模式則專為高效率的批量檢測而設計。在這一模式下，裝置能夠自動完成對汽車鈑金件的連續檢測工作。通過先進的算法和傳感器技術，裝置能夠自動識別鈑金件的位置和狀態，實現無需人工干預的自動化檢測流程。這不僅大大提高了檢測效率，也減少了人為操作帶來的誤差和不一致性。該裝置具備智能學習功能，能夠根據檢測結果不斷優化檢測算法，提高檢測的準確性和可靠性。在自動模式下，裝置還能夠與生產線的其他設備進行集成，實現數據共享和流程協同，進一步提升生產效率和產品質量。

為了確保操作的安全性和便捷性，該裝置還配備了友好的用戶界面和操作指引，使得即使是非專業人員也能快速上手。檢測流程如圖2所示。

3智能檢測裝置設計

3.1 視覺相機的選型與安裝

視覺相機是智能檢測系統的核心部件，能將被攝取目標轉換成圖像信號后傳送給專用的圖像處理系統，其選型直接影響圖像采集的質量和后續處理的準確性。利用視覺相機開展光學測量的方法由于具有非接觸、高準確度和高靈敏度的特點而備受人們的重視。在本系統中，我們選用了歐姆龍FZ-SC2M工業相機（圖3），該工業相機具備200萬像素的超高分辨率，像素尺寸為 4.4μm×4.4μm 的毫米級高精度和毫米級快速成像能力。相機的安裝位置經過精心計算和多次測試，確定將相機安裝在左上方傾斜角度約 30^° 距離檢測目標約 850mm 的位置，確保能夠捕捉到鈑金件表面的全貌和需要檢測的全部目標特征，并避免陰影和反光對圖像質量的影響。此外，相機的參數設置（如曝光時間、增益等）也經過優化，以適應不同環境光照條件下的檢測需求。

3.2 光源的設計

在智能檢測裝置中，光源設計是圖像采集質量的基石。為了獲得清晰、穩定的圖像，我們創新性地在不同位置和不同的角度上部署了3塊可調光源，它們巧妙分布于不同位置，靈活應對鈑金件表面的復雜反射特性。通過精密調控光源的位置與角度，實現了光線均勻覆蓋，有效消除了陰影與反光，為視覺相機捕捉高品質圖像奠定了堅實基礎。此外，光源還融入了智能調節功能，能夠根據環境變化自動調整亮度與色溫，確保圖像采集的穩定性和一致性，為后續的圖像處理與缺陷識別提供了堅實保障。

3.3工裝及智能傳感器擺臂機構的設計

在基于工業視覺的汽車鈑金件智能檢測裝置中，工裝與智能傳感器擺臂的設計占據了核心地位。本文詳細闡述了這2項設計的創新點及其對檢測精度與效率的提升作用。

工裝設計：我們采用了創新的仿形工裝設計，該設計緊密結合鈑金件的形狀與尺寸，確保鈑金件穩固放置于工裝上，有效減少了因振動或位移導致的檢測誤差。工裝內部精心嵌入的智能傳感器，能夠實時、準確地監測鈑金件的存在狀態，為后續圖像采集與處理提供了堅實的數據基礎。

智能傳感器擺臂機構：該機構的設計充分考慮了檢測需求的多樣性，能夠實現靈活調整，確保對鈑金件上螺桿尺寸等關鍵特征的精確測量。其高精度與靈活性，進一步增強了檢測裝置的整體性能，提高了檢測的準確性與可靠性。仿形工裝和擺臂機構如圖4所示。

3.4 電氣控制單元

電氣控制單元是智能檢測裝置的中樞，負責協調各個部件的工作并處理圖像數據。電氣控制單元由歐姆龍PLC、工業相機控制器、安全光柵控制器、步進驅動器、開關電源和常用電器元件等組成。電氣控制單元原理如圖5所示。

3.5電氣系統硬件連接

該裝置采用了先進的工業相機控制器作為核心部件，組成智能檢測裝置的控制系統，采用網絡集成式設計，該控制系統分為 ① 鈑金件上料控制模塊； ② 鈑金件檢測控制模塊； ③ PLC及觸摸屏、上位機控制系統模塊； ④ 服務器控制系統模塊。每個模塊相互獨立又相互作用，如圖6所示。控制器通過高速傳輸通道接收來自相機的圖像數據，并與預設的標準件數據進行對比分析，實現缺陷的快速識別。同時，控制器還具備智能學習功能，能夠根據檢測結果不斷優化檢測算法，提高檢測的準確性和可靠性。此外，還設計了友好的用戶界面和操作指引，方便用戶進行系統的調試和優化，對比傳統采用單一PLC或者單片機的控制系統，本系統具有模塊化設計，各子系統分工明確，系統的維護、故障的排除檢修和升級更加便利等優點。

4FZ-SC2M工業相機的執行過程

在基于工業視覺的汽車鈑金件智能檢測裝置中，歐姆龍FZ-SC2M工業相機作為核心部件，發揮著至關重要的作用。在檢測過程中，歐姆龍FZ-SC2M工業相機能夠實時捕捉鈑金件的高清圖像，并通過高速傳輸通道將圖像數據迅速送至控制器進行處理。控制器利用先進的圖像處理算法對圖像進行預處理、特征提取和缺陷識別，從而實現對鈑金件表面缺陷的快速、準確檢測。這一過程不僅提高了檢測效率，還大幅提升了檢測的準確性和可靠性。相機的執行過程如圖7所示。

5 結束語

本研究成功開發了一種基于工業視覺的汽車鈑金件智能檢測裝置，該裝置通過高精度工業相機、先進圖像處理算法和機器學習技術，實現了對鈑金件表面缺陷的快速、準確識別。實驗結果表明，該裝置能夠顯著提高檢測效率和準確性，減少生產成本，提升產品質量。同時，裝置還具備實時反饋功能和智能學習功能，能夠與生產線的其他設備進行集成，實現數據共享和流程協同。本研究為汽車鈑金件的自動化、智能化檢測提供了一種有效的解決方案，具有廣闊的應用前景和推廣價值。

參考文獻：

[1]李春，李琳，鄒焱飚，等.基于機器視覺的鈑金件缺陷在線檢測算法[J].制造業自動化，2016，38（7）：56-59.

[2]池福俊，陳敏.圖像測量系統及關鍵技術研究[J].裝備制造技術，2011（1）：43-45.

[3]周茂林.機器視覺智能檢測系統的研究[J].自動化應用，2016（11）：28-33.

[4]徐羊.機器視覺智能機器人無損檢測系統探討[J].電腦知識與技術，2022（8）：76-80.

[5]程瑤，趙建，米曾真.基于線陣CCD的光學測角嵌入式系統設計[J].應用光學，2018（5）：650-654.