鑄(zhu)件(jian)在(zai)發(fa)動(dong)機(ji)制造中(zhong)必(bi)不可少，發(fa)動(dong)機(ji)零部件(jian)中(zhong)，鑄(zhu)件(jian)占比為(wei) 30% ~ 40%，鑄(zhu)件(jian)產品質量(liang)直接影響(xiang)發(fa)動(dong)機(ji)產品的性能和質量(liang)。

鑄件制造過程(cheng)中存在(zai)(zai)許多不可控(kong)因素，鑄造缺陷很難避免。目前(qian)檢測鑄件表面缺陷仍(reng)然以(yi)人(ren)工檢查為主(zhu)，由于鑄件產量大、表面缺陷細微(wei)，人(ren)工檢測存在(zai)(zai)質量差、效率低、成(cheng)本高等缺點。

隨著計算機和通信技術的快速發展，機器視覺技術取得了巨大進步，特別是機器學習算法與數字圖像處理技術的結合，對于解決基于視覺的復雜檢測技術提供了有力的幫助。 因此，利用機器視覺技術代(dai)替人工檢測鑄件(jian)表面缺陷(xian)具有可行性(xing)、實用性(xing)和高效性(xing)。

鑄件表面缺陷類型

鑄造缺陷很難(nan)避免且種類(lei)繁多，最常(chang)見的缺陷有氣孔、縮(suo)孔、裂紋(wen)等。

氣孔(kong)是金屬液(ye)體在澆注過(guo)程(cheng)中產(chan)生的氣體未能及(ji)時逸出而形(xing)成的孔(kong)洞，氣孔(kong)缺陷通常(chang)為球(qiu)形(xing)，內壁比較光滑，呈明亮或輕微(wei)氧化色(se)，氣孔(kong)周圍易(yi)產(chan)生應力集中問題，降低鑄件的抗(kang)疲勞(lao)性。

縮(suo)孔是由(you)于(yu)鑄(zhu)件結(jie)構設(she)計不合理，或液(ye)(ye)態金屬化學成(cheng)(cheng)分不符合要求，或澆注溫度過高，在液(ye)(ye)體凝固期間收縮(suo)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)。縮(suo)孔形(xing)狀不規則(ze)、內壁比較粗(cu)糙、晶粒粗(cu)大(da)。

鑄(zhu)件裂紋通常分為 2 種：冷裂紋和熱(re)裂紋。熱(re)裂紋是在(zai)凝固鄰近固相線時形成的，此時大部(bu)分合(he)(he)(he)金已(yi)經(jing)凝固，在(zai)結晶構架間(jian)尚存(cun)少量液體，合(he)(he)(he)金強度(du)較低，在(zai)收縮應力(li)作用下，鑄(zhu)件會發生開裂；冷裂紋是鑄(zhu)件凝固冷卻到彈(dan)性狀態(tai)時，局(ju)部(bu)應力(li)超出了合(he)(he)(he)金的強度(du)極(ji)限(xian)而產(chan)生的。

熱(re)裂紋一般沿晶(jing)粒(li)邊(bian)緣產生和(he)發展的(de)，裂口表面呈氧(yang)化色(se)，裂口通(tong)常為(wei)不規(gui)則曲線(xian)，裂紋一般為(wei)比較連續且光滑的(de)曲線(xian)或(huo)直線(xian)。

表面缺陷特征分析

（1）氣孔(kong)缺(que)陷的形狀近似圓形，由(you)于(yu)(yu)其表面低于(yu)(yu)正常(chang)表面，圖像中灰度值較低，氣孔(kong)深度越深，圖像中灰度值越低。

（2）縮孔(kong)缺陷(xian)的形狀不規則(ze)，在(zai)圖像中灰(hui)(hui)度值也較低(di)。由于縮孔(kong)內(nei)壁粗糙，圖像中的該缺陷(xian)區域可能存在(zai)一定灰(hui)(hui)度變化。

（3）裂紋(wen)缺陷的(de)形狀為狹長(chang)條狀，與其他缺陷相(xiang)比，裂紋(wen)缺陷深度較深，這使(shi)得其圖像(xiang)中的(de)灰度值更低， 且缺陷邊緣更為明顯(xian)。

（4）偽缺陷(xian)(xian)銹斑(ban)形(xing)狀不(bu)規則，由于(yu)其(qi)灰(hui)度變(bian)化是由表(biao)面顏色造(zao)成的，與其(qi)他缺陷(xian)(xian)相比(bi)，灰(hui)度較(jiao)高(gao)， 且通常缺陷(xian)(xian)區域面積較(jiao)大(da)。

關鍵器件選型

視(shi)覺(jue)(jue)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)硬件部分主要(yao)是(shi)用于(yu)采集圖像(xiang)，并存(cun)儲、 顯示所(suo)采集到(dao)的(de)(de)圖像(xiang)樣(yang)本。硬件系(xi)統(tong)(tong)所(suo)采集到(dao)的(de)(de)圖像(xiang)的(de)(de)質量直接影響到(dao)后(hou)續(xu)圖像(xiang)處(chu)(chu)理(li)的(de)(de)難易程度， 及(ji)處(chu)(chu)理(li)所(suo)得(de)結果(guo)的(de)(de)優劣。因此，合適的(de)(de)硬件架(jia)構是(shi)視(shi)覺(jue)(jue)系(xi)統(tong)(tong)得(de)到(dao)預期效果(guo)的(de)(de)前提(ti)，其選型及(ji)設計(ji)需要(yao)根(gen)據實際需求(qiu)進行(xing)。

（1） 相機

相機(ji)是(shi)利用光學成像原(yuan)理(li)直接獲取圖(tu)像的(de)關鍵元件(jian)，直接關系到(dao)所獲圖(tu)像的(de)質(zhi)量，因此，需(xu)要根據檢測需(xu)求的(de)關鍵參數選取合適的(de)相機(ji)型號。

工業相機中常(chang)用的感(gan)光(guang)芯片多為(wei) CCD 和 CMOS，由于 CCD 感(gan)光(guang)元(yuan)件中的有效(xiao)感(gan)光(guang)面積較(jiao)大，且輸出圖像的噪音相對(dui)較(jiao)小， 故選用 CCD 相機(ji)(ji)。由于檢測(ce)對(dui)象(xiang)為(wei)鑄(zhu)件，其表面為(wei)灰色(se)(se)或高(gao)亮(liang)色(se)(se)， 無顏色(se)(se)特征，因此為(wei)減少數據量，提高(gao)后(hou)續圖像處理效(xiao)率，選用黑白 CCD 相機(ji)(ji)。

（2） 鏡頭

鏡頭是用來聚(ju)集光線生成圖像的(de)光學元件。其選型(xing)主(zhu)要(yao)依據所(suo)需要(yao)的(de)鏡頭放大率、焦(jiao)距(ju)等(deng)關鍵參數進(jin)行(xing)。而這(zhe)些(xie)參數是由(you)實際工作距(ju)離、檢測對象尺寸(cun)、相機(ji)相元尺寸(cun)、檢測精度(du)要(yao)求等(deng)進(jin)行(xing)確定的(de)。

（3） 光源

機器視覺系統中(zhong)的(de)光源(yuan)(yuan)主(zhu)要是用以提(ti)供適宜穩(wen)定的(de)亮度(du)，并盡(jin)量增強待檢測(ce)部(bu)分與(yu)周圍環境的(de)對比(bi)度(du)的(de)。由(you)(you)于檢測(ce)所處(chu)車間的(de)環境光線(xian)多變， 為避免視覺系統受到外界環境影(ying)響，選用暗(an)場照明(ming)的(de)方式。暗(an)場環境中(zhong)， 光線(xian)完全(quan)由(you)(you)光源(yuan)(yuan)提(ti)供，面陣(zhen)相機適用的(de)光源(yuan)(yuan)類型有白熾(chi)燈(deng)、 熒光燈(deng)、 LED 等。

其中， LED 光(guang)源(yuan)具有穩定(ding)性好，發光(guang)效(xiao)率高(gao)，且使(shi)用壽命長的(de)諸(zhu)多優點。因此，選(xuan)用 LED 條(tiao)形光(guang)源(yuan)進行照明。由于檢測(ce)目標為表(biao)(biao)面缺陷， 打光(guang)應當(dang)盡量(liang)使(shi)檢測(ce)對象的(de)表(biao)(biao)面信息更為凸顯，因此，選(xuan)用正面高(gao)角度(du)打光(guang)的(de)方(fang)式進行照明。

鑄件表面缺陷檢測

實現基于機器視覺的鑄件表面缺陷檢測對于鑄件高質高效的在線生產加工具有重要意義，根據視覺檢測系統在生產實際中的需求分析(xi)， 平臺應(ying)當具有(you)如下功能(neng)：

（1） 實時顯示功能

軟件系(xi)統(tong)(tong)界面(mian)上(shang)應(ying)能(neng)夠實時顯示(shi)表面(mian)缺(que)陷檢測(ce)情況， 并且能(neng)夠將鑄(zhu)件表面(mian)缺(que)陷檢測(ce)結果以及對(dui)缺(que)陷部位進行識別分類(lei)的(de)結果直觀的(de)展示(shi)在顯示(shi)界面(mian)上(shang)， 便于(yu)操作(zuo)人員了解檢測(ce)系(xi)統(tong)(tong)狀態。

（2） 次品報警功能

當(dang)檢(jian)測到有缺陷產品時(shi)， 視(shi)覺檢(jian)測軟件應當(dang)能夠及時(shi)發(fa)出次品報(bao)警信號(hao)， 便(bian)于執行機構(gou)進(jin)行下(xia)一步動作(zuo)。

（3） 數據記錄功能

視(shi)覺檢(jian)測(ce)軟件(jian)應當具(ju)有實時數(shu)據(ju)存儲的功能(neng)，能(neng)夠(gou)記錄下(xia)已(yi)檢(jian)測(ce)鑄件(jian)的數(shu)量(liang)(liang)、合格品數(shu)量(liang)(liang)以及不同類型缺陷的數(shu)量(liang)(liang)，并且(qie)記錄下(xia)每次檢(jian)測(ce)的起止時間以及單個鑄件(jian)的檢(jian)測(ce)耗時，生成產品檢(jian)測(ce)日(ri)志(zhi)，便(bian)于后續(xu)回溯分析(xi)，改(gai)進(jin)生產工(gong)藝。

軟件系統(tong)在(zai)(zai)接受到硬件系統(tong)所(suo)采集的(de)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)后， 對所(suo)獲鑄件表(biao)面圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)進行處(chu)理(li)完(wan)成(cheng)檢測與(yu)缺(que)陷(xian)分類。該過程(cheng)中(zhong)，圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)處(chu)理(li)關鍵步驟的(de)圖(tu)(tu)(tu)像(xiang)及缺(que)陷(xian)檢測結果會實時(shi)顯示在(zai)(zai)交互界面上(shang)，并保(bao)存至生產(chan)日志。與(yu)此同時(shi)，檢測過程(cheng)中(zhong)，計(ji)時(shi)與(yu)計(ji)數信息同步更新(xin)，顯示在(zai)(zai)交互界面上(shang)，并保(bao)存至生產(chan)日記。

生(sheng)產日志模(mo)塊主要用來(lai)保(bao)存缺陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)所(suo)采集到(dao)的原始(shi)圖像、檢(jian)測(ce)(ce)過(guo)程(cheng)中的關鍵步(bu)驟數據、圖像和缺陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)識別分(fen)類的結果。所(suo)保(bao)存的關鍵數據及圖像可以用來(lai)回溯生(sheng)產檢(jian)測(ce)(ce)過(guo)程(cheng)，并且可以為分(fen)類器進一步(bu)訓練(lian)學(xue)習提供(gong)足夠的樣本。