一、引言：缺陷檢測的必要性與技術(shù)選擇
在汽車制造領(lǐng)域，剎車盤作為車輛制動系統(tǒng)的關(guān)鍵安全部件，其質(zhì)量直接影響到駕駛員的行車安全。剎車盤生產(chǎn)過程中因不同生產(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、風道異物等，這些缺陷會直接影響剎車盤的強度、硬度、應力、承受力等多項技術(shù)指標，從而縮短使用壽命，并帶來嚴重的安全隱患。因此，對剎車盤外觀缺陷進行精確檢測顯得尤為重要。
目前，剎車盤表面缺陷檢測常用的技術(shù)包括渦流檢測、磁粉探傷、紅外檢測、X 射線檢測以及機器視覺檢測等。與其他接觸式測量工具或人工目視檢測相比，機器視覺檢測憑借著無損、非接觸式特點；具有檢測數(shù)據(jù)準確度高,效率高,能顯著降低人工成本等優(yōu)勢,正逐漸廣泛應用于這一行業(yè)。該技術(shù)能快速采集剎車盤表面的高分辨率圖像，并使用強大的深度學習圖像處理算法，實現(xiàn)對多種外觀缺陷識別、區(qū)分和關(guān)鍵尺寸的精確測量。
二、機器視覺光源的重要性
機器視覺技術(shù)主要涉及圖像采集和圖像處理兩個環(huán)節(jié)，圖像質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的成敗。利用不同類型光源的光學特點，如同軸光，三色光，超亮頻閃光源等等，可以顯著提高檢測目標和背景的對比度，確保成像質(zhì)量的穩(wěn)定性，為后續(xù)高效、準確的圖像處理打下基礎(chǔ)。
剎車盤外觀缺陷檢測中，光源對提高圖像質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。剎車盤具有復雜的曲面結(jié)構(gòu)，車間內(nèi)的強光照明會形成環(huán)境光干擾，缺陷形態(tài)的多樣且細小，這些因素都對視覺系統(tǒng)的成像質(zhì)量有著不小的挑戰(zhàn)。不恰當?shù)恼彰鞣桨缚赡軐е聢D像過曝、亮度不均、對比度不足等問題，從而造成關(guān)鍵缺陷信息的丟失或誤判，即使是最先進的算法也無法發(fā)揮其應有的作用。
本文主要介紹風道剎車盤360°全方位外觀缺陷檢測的打光方案，可同時滿足3個檢測工作站的需求，因此須結(jié)合多臺相機和多個光源合理的布局，以確保采集到穩(wěn)定且無遺漏的圖像。
三、應用案例
為驗證打光方案有效性，針對風道剎車盤不同區(qū)域缺陷開展專項測試，關(guān)鍵方案與效果如下。
1. 正面缺陷檢測效果
剎車盤正面尺寸大（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。測試顯示，0.5mm 劃痕、0.3mm 砂眼呈明顯黑色，與淺灰色背景對比清晰，無漏判（如圖1所示）。
圖1 正面缺陷效果
2. 正斜面缺陷檢測效果
正斜面為正面與側(cè)面過渡區(qū)，曲率大、盲區(qū)多。通過6臺高分辨率相機環(huán)繞傾斜45°安裝，拍攝范圍重疊10%，搭配環(huán)形無影光源實現(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，為單相機局部圖像）。
圖2 其中單個相機部分圖像效果
3.風道斜面處刮傷檢測效果
風道斜面空間狹窄（寬 1-2cm、深 3-5cm），普通光源難以深入。環(huán)繞式安裝多臺相機協(xié)同工作，共用一個光源照射，同步控制采集圖像。與風道內(nèi)壁對比明顯，避免了光照不足導致的漏判（如圖3所示）。
圖3 風道斜面處刮傷效果
4. 背面缺陷檢測效果
背面需檢測砂眼、生銹等缺陷，結(jié)構(gòu)與正面類似。沿用 “大景深短焦鏡頭結(jié)合開孔面光源”方案，光源垂直照射亮度足夠，縮短曝光時間避免反光。測試中生銹區(qū)、砂眼均呈黑色，背景淺灰均勻，識別準確率與正面一致（如圖4所示）。
圖4 背面缺陷效果
5. 背側(cè)面、斜面缺陷檢測效果
背側(cè)面與背斜面檢測范圍廣、角度復雜。在同一工位安裝6臺相機（3臺拍背側(cè)面、3臺拍背斜面），根據(jù)曲率調(diào)整角度，共用單個環(huán)形無影光源。經(jīng)圖像降噪處理后，臟污異色可見，圖像無陰影（如圖5所示）。
圖5 背側(cè)面、斜面效果
6. 風道異物檢測效果
采用線掃描相機配合剎車盤旋轉(zhuǎn)拍攝，搭配超高亮同軸線光源，對風道3cm深度內(nèi)的異物檢測，異物呈不規(guī)則白色，與背景區(qū)分明顯。（如圖6所示）。
圖6 風道異物效果
四、結(jié)語
在機器視覺檢測中，經(jīng)常面臨一些結(jié)構(gòu)空間極限的測試條件。為了給客戶提供最佳的光學成像照明方案，如在限定的條件內(nèi)，應全面考慮光源的尺寸，照射角度以及靜態(tài)還是動態(tài)檢測的可行性。
以本方案為例，盡管剎車盤的缺陷都較為明顯，但由于尺寸較大，同時需單一工作站上實現(xiàn)多面檢測項的需求，以節(jié)省機臺的工作站空間，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)圖像處理與缺陷識別奠定堅實基礎(chǔ)。
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