今天小編為大家分享的是關(guān)于汽車車身漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)的文章，一起來看看吧。

孔 飛， 張 川， 馮日華， 韓俊杰

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

摘要： 基于計(jì)算機(jī)視覺的表面缺陷自動檢測作為一種快速發(fā)展的新型檢測技術(shù)，具有速度快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用到多個行業(yè)。將其應(yīng)用到汽車車身漆膜缺陷檢測領(lǐng)域，可改變現(xiàn)在人工檢測耗時過長、一次檢出率低等缺陷，同時可以降低人工成本。主要介紹了漆膜缺陷自動檢測技術(shù)的原理、特點(diǎn)，以及在一些生產(chǎn)線中的應(yīng)用實(shí)例，總結(jié)了現(xiàn)狀及存在的問題，并對其應(yīng)用前景做了展望。

關(guān)鍵詞： 漆膜缺陷； 自動檢測； 計(jì)算機(jī)視覺；汽車涂裝

0   引言

汽車涂裝是汽車生產(chǎn)過程中重要的一個環(huán)節(jié)，主要為汽車提供外觀裝飾性和長期的防腐蝕性能。常規(guī)的汽車涂裝過程中，噴涂后的車身需要進(jìn)行漆膜表面的缺陷檢測和修飾。目前，噴涂后車身漆膜檢測主要通過人工目視的方法完成，存在耗時過長、效率低下及受人為因素影響等缺點(diǎn)，是制約涂裝車身質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

隨著光電、自動化和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺在不同工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。比如基于計(jì)算機(jī)視覺的表面缺陷自動檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在織物表面、食品表面、鋼表面、瓷磚表面以及多晶硅太陽能電池表面檢測等領(lǐng)域。近幾年，表面缺陷自動檢測技術(shù)開始在汽車車身漆膜缺陷的檢測領(lǐng)域發(fā)展，并且已經(jīng)開始在一些汽車公司測試與應(yīng)用。與傳統(tǒng)的人工檢測方法相比，這種漆膜缺陷自動檢測技術(shù)有速度快、效率高、精度高、檢測范圍廣以及穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文主要對漆膜缺陷自動檢測技術(shù)原理、特點(diǎn)以及在汽車涂裝工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹和總結(jié)。

1   汽車車身漆膜缺陷和人工檢查

1.1   汽車面漆噴涂工藝及漆膜構(gòu)成

隨著噴涂技術(shù)的發(fā)展，汽車面漆噴涂工藝經(jīng)歷了從3C2B傳統(tǒng)噴涂工藝、3C1B“濕碰濕”工藝到B1B2免中涂工藝的過程，噴涂材料也由溶劑型逐漸發(fā)展到水性，噴涂設(shè)備主要使用手工噴槍、往復(fù)機(jī)、機(jī)器人靜電旋杯噴涂等。絕大部分的金屬底材汽車車身漆膜都可以歸納為圖1所示的構(gòu)成。

1.2   漆膜缺陷種類

漆膜缺陷細(xì)分有上百種之多，根據(jù)產(chǎn)生的原理和相似性可以大致歸納為以下幾類：

1）顆粒、異物等附著導(dǎo)致漆膜表面突起的缺陷；2）表面張力不同而導(dǎo)致的縮孔類缺陷；3）流掛類缺陷；4）針孔；5）氣泡；6）沾污、斑點(diǎn)類缺陷；7）顏色缺陷，包括目視色差、發(fā)花、遮蓋不良等；8）外觀不良，包括橘皮、失光等；9）打磨不良導(dǎo)致的缺陷，包括打磨痕、拋光斑等；10）漆膜劃傷、磕碰或部分脫落導(dǎo)致的缺陷，包括劃痕、磕傷和漆膜脫落等缺陷。

1.3   人工漆膜缺陷檢查和修飾

在涂裝生產(chǎn)過程中，這些缺陷產(chǎn)生的區(qū)域、嚴(yán)重程度各不相同，因此處理方式也相應(yīng)地有不同的標(biāo)準(zhǔn)。比如某豪華汽車公司規(guī)定，在引擎蓋表面不允許出現(xiàn)直徑超過2 mm的顆粒缺陷，直徑在1 ~ 2 mm之間的顆粒不能超過1個，任意100 cm2的范圍內(nèi)直徑在1 mm以下的顆粒不能超過2個，否則就判定為不合格，需要進(jìn)行打磨拋光等修飾處理。

常規(guī)的漆膜缺陷尋找、判定以及標(biāo)記等都是由人工完成，在噴涂線之后設(shè)置面漆檢查線。根據(jù)檢查區(qū)域設(shè)置高度不同的工位，需要配置不同角度的光源和檢查人員等，因此常規(guī)的人工檢查線不僅空間占據(jù)過大而且需要過多的人員配置。

2   漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)視覺是將圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識別、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能等眾多學(xué)科高度集成和有機(jī)結(jié)合而形成的一門綜合性技術(shù)。一般地說，計(jì)算機(jī)視覺是研究計(jì)算機(jī)或其他處理器模擬生物宏觀視覺功能的科學(xué)和技術(shù)，也就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷?；谟?jì)算機(jī)視覺的表面缺陷檢測技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在視覺檢測各個領(lǐng)域中，它是確保自動化生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量的一個非常重要的環(huán)節(jié)。

2.1   表面缺陷自動檢測技術(shù)

表面缺陷視覺檢測系統(tǒng)由照明系統(tǒng)、圖像獲取系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)及結(jié)果輸出等模塊組成。其基本原理為：在特定光源照射下，CCD相機(jī)獲得檢測區(qū)域清晰圖片，然后將圖片傳送給圖像處理單元，圖像處理單元通過使用一系列算法對圖片進(jìn)行處理，獲得缺陷3D或2D特征，通過與數(shù)據(jù)庫比對之后，獲得缺陷位置、分類、尺寸等信息，最后將數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。

2.2   漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)構(gòu)成

汽車車身長度一般在3.6 ~ 5.2 m，寬度在1.5 ~ 2.0 m，而且車身曲面多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為了能將車身外表所有區(qū)域都覆蓋到，需要增加光源和相機(jī)數(shù)量或者將光源和相機(jī)安裝在機(jī)器人等可移動設(shè)備上，目前研究和應(yīng)用較多的主要有以下2種結(jié)構(gòu)：

1）將光源和CCD相機(jī)安裝到包圍車身的鋼結(jié)構(gòu)框架上，通過增加光源和CCD相機(jī)數(shù)量的方式覆蓋整個車身。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試時只需要調(diào)整相機(jī)角度，耗時短。缺點(diǎn)是柔性低，不同的車型外形有較大差異時不能通用。

2）將光源和CCD相機(jī)集成到布置在車身兩側(cè)的

機(jī)器人手臂上，使用2臺以上的機(jī)器人，可以增加行走軌道擴(kuò)大檢測區(qū)域。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人相對靈活，對車身外表任何區(qū)域都可以進(jìn)行拍攝，柔性高，不同車型可混線檢測。缺點(diǎn)就是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢測一臺車的時間相對第一種結(jié)構(gòu)要長。

3   漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

汽車漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)目前已經(jīng)在幾個汽車公司中開始測試和使用，主要是歐美和日本等汽車技術(shù)發(fā)達(dá)的地區(qū)。國內(nèi)還沒有生產(chǎn)中應(yīng)用的實(shí)例。

3.1   美國福特汽車公司

2013年福特汽車在全世界的3個工廠涂裝線上使用了福特自己開發(fā)的漆膜3D缺陷檢測系統(tǒng)。

福特的3D缺陷檢測系統(tǒng)安裝了JAI公司生產(chǎn)的16個高分辨率CCD相機(jī)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，在15 s內(nèi)為每臺車拍攝3 000多張圖像。然后將這些圖像創(chuàng)建成一個三維車身模型。三維成像系統(tǒng)使用不同程度和角度的光線用來檢查噴涂后的車身表面，識別直徑比鹽粒還要小的顆粒和其他漆膜缺陷。福特公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說明這套系統(tǒng)能改善82%的車身噴涂質(zhì)量和客戶滿意度。

3.2   德國寶馬汽車公司

2007年寶馬與Micro-Epsilon公司和Passau University合作，在寶馬Dingolfing工廠對reflectCONTROL漆膜缺陷檢測系統(tǒng)進(jìn)行了研究和應(yīng)用測試。

reflectCONTROL系統(tǒng)安裝在一條產(chǎn)能在40 ~ 60 JPH的涂裝生產(chǎn)線上，用來檢測最小直徑0.3 mm的缺陷。4臺機(jī)器人并聯(lián)使用，每臺機(jī)器人都安裝了1個大尺寸的顯示器和4臺200萬像素的相機(jī)，每臺相機(jī)在一個檢測位置會拍攝8張圖像，單個檢測位置的耗時少于1 s。在60 s的節(jié)拍時間內(nèi)，可以完成30個位置的檢測，而且所有缺陷的檢出率都在98%或更高。

3.3   德國梅賽德斯-奔馳汽車公司

奔馳2007年在Rastatt的工廠使用ISRA VISION公司的Car Paint Vision系統(tǒng)對A級和B級車的漆膜外表面進(jìn)行缺陷檢測測試。

Car Paint Vision系統(tǒng)包括2個側(cè)面機(jī)器人和1個水平面機(jī)器人，每個機(jī)器人各安裝一個拍攝和照明單元，通過移動來覆蓋整個車身外表面。對缺陷進(jìn)行五重圖像采集，通過使用多重掃描缺陷融合技術(shù)獲得最佳并且始終如一的缺陷識別率。圖像采集按照每經(jīng)過30 mm采集1次的順序進(jìn)行，因此每一個序列創(chuàng)建一張主圖像和4張二級圖像并且記錄一個缺陷的位置。這個系統(tǒng)能保證高于99.5%的缺陷識別率和低于5%的錯誤率。識別缺陷的最小尺寸為0.3 mm，使用4個傳感器時檢測一臺車的時間約為60 s。

3.4   日產(chǎn)汽車公司

與人工檢測相比，日產(chǎn)開發(fā)的Surface-Defect Detector表面缺陷檢測系統(tǒng)極大地改善了缺陷的檢出率。該系統(tǒng)使用一個條紋狀排列的LED光源和CCD相機(jī)，安裝在機(jī)械臂的末端腕部軸上。

日產(chǎn)的表面缺陷檢測系統(tǒng)提供的缺陷檢測精度很高，0.3 mm的缺陷檢出率接近100%，可檢測的缺陷最小尺寸約0.1 mm，車身外表面可檢測的區(qū)域達(dá)到98%。

4   漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)特點(diǎn)

通過對上述幾個漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)在生產(chǎn)線上的應(yīng)用介紹，可總結(jié)出以下特點(diǎn)。

4.1   缺陷識別精度高

對車身缺陷識別的最低尺寸能達(dá)到或低于0.3 mm，而人工在線檢測很難識別出0.3 mm及以下的微小缺陷。

4.2   缺陷檢出率高

根據(jù)某公司使用漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)在生產(chǎn)線測試結(jié)果表明，相對于人工檢查的方式，使用漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)能大幅提高缺陷的檢出率。

而且針對不同顏色的漆膜，自動檢測設(shè)備受影響較人工要小，通過不同顏色的漆膜自動檢測和人工檢測的檢出率對比，可以發(fā)現(xiàn)自動檢測受顏色影響較小，而人工檢測時波動較大，尤其是淺色漆膜表面缺陷檢出率較低。

4.3   檢測效率高

與人工檢測漆膜缺陷相比，自動檢測效率高。使用第一種結(jié)構(gòu)的漆膜缺陷自動檢測系統(tǒng)，產(chǎn)能最高可達(dá)到60 JPH，能夠節(jié)省大量的人工和縮短生產(chǎn)線長度。使用第二種結(jié)構(gòu)時，通過配置不同數(shù)量的機(jī)器人可以達(dá)到不同的產(chǎn)能需求。某公司通過在生產(chǎn)線上配置不同數(shù)量機(jī)器人測試所能達(dá)到的最大產(chǎn)能，測試結(jié)果表明1臺機(jī)器人可以完成2 ~ 4個工人的工作量。

4.4   外部環(huán)境要求

由于漆膜缺陷自動檢測技術(shù)的原理是依靠可見光反射進(jìn)行分析和判定缺陷的，如某公司漆膜缺陷檢測系統(tǒng)對影響反射效果的漆膜光澤度和環(huán)境光強(qiáng)度有以下要求：漆膜光澤度（60°）＞60%；環(huán)境光照強(qiáng)度＜150 lx。

5   結(jié)語

通過在涂裝生產(chǎn)線上的測試與使用，說明計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)可成功應(yīng)用在車身漆膜缺陷檢測領(lǐng)域，并且與人工檢測相比，此系統(tǒng)的應(yīng)用極大地提高了生產(chǎn)效率和改善了噴涂質(zhì)量。隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展創(chuàng)新，可以預(yù)計(jì)基于計(jì)算機(jī)視覺的漆膜缺陷自動檢測技術(shù)在汽車涂裝行業(yè)將會得到越來越廣泛的應(yīng)用。