基于機(jī)器視覺(jué)的金屬?gòu)?fù)雜表面缺陷檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)析

隨著工業(yè)發(fā)展，金屬工件趨于精細(xì)化和復(fù)雜化，同時(shí)在宇航工藝、車輛制造業(yè)及輕工產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域起到了難以取代的作用，這使人們對(duì)金屬工件表面質(zhì)量的需求也越來(lái)越高。 但在制造金屬工件的過(guò)程中， 由于原材料、加工工藝、周圍工作環(huán)境等多種原因，金屬工件表面會(huì)出現(xiàn)劃傷、擦傷、凹凸坑等缺陷。這些缺陷不僅影響了工件外表的美觀性還給工件的抗疲勞性，耐受性和抗腐蝕性帶來(lái)嚴(yán)重的影響。 在實(shí)際應(yīng)用中，若金屬工件表面產(chǎn)生這些缺陷會(huì)對(duì)后續(xù)的使用帶來(lái)不可估量的消極影響，更會(huì)影響生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)形象。

因此怎樣檢測(cè)和控制金屬表面缺陷成為目前金屬表面質(zhì)量改進(jìn)的重要問(wèn)題，這就迫使金屬表面檢測(cè)技術(shù)不斷提升，對(duì)檢測(cè)算法的研究不斷加深。 檢測(cè)過(guò)程中金屬工件的復(fù)雜表面會(huì)增加表面缺陷檢測(cè)難度，在本文研究中，金屬工件為手機(jī)內(nèi)部芯片屏蔽罩，其表面為平面并具有紋理，同時(shí)紋理具有多樣性和不確定性。 比如：有些紋理是自上而下無(wú)規(guī)律排列的條紋型， 與工件表面產(chǎn)生的劃傷類缺陷非常相似，很容易造成檢測(cè)的誤判；有些紋理是無(wú)規(guī)律排列的磨砂型，當(dāng)缺陷非常細(xì)微時(shí)不易檢測(cè)出來(lái)；而有些紋理是周期性的凹凸坑，檢測(cè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生有規(guī)律性的光點(diǎn)或暗點(diǎn)影響檢測(cè)的精度。



通過(guò)研究金屬?gòu)?fù)雜表面缺陷檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)的自動(dòng)化，可以減少在檢測(cè)過(guò)程中由于人工造成的誤檢、 漏檢現(xiàn)象，還能節(jié)約時(shí)間，為金屬工件制造公司提髙生產(chǎn)效益，從而節(jié)省勞動(dòng)生產(chǎn)成本并優(yōu)化公司內(nèi)部人力資源結(jié)構(gòu)。

01

金屬?gòu)?fù)雜表面缺陷的分類及成因

通過(guò)對(duì)企業(yè)提供的金屬工件表面缺陷進(jìn)行分析，可以看出缺陷的尺寸、外在形狀等都存在著一定的隨機(jī)性和復(fù)雜性。通過(guò)分析缺陷形成的主要因素、缺陷的形狀特征，以及制造商對(duì)缺陷的檢測(cè)要求，將缺陷分為劃傷、擦傷和凹凸。 以下是這些缺陷的種類和成因：

1） 劃傷類缺陷 特征：形狀細(xì)長(zhǎng)呈帶狀， 具有方向性但方向不確定。

產(chǎn)生原因：

★在拋光工件時(shí)， 由于機(jī)械或金屬設(shè)備的碰撞， 會(huì)使工件表面產(chǎn)生劃傷。

★由于磨料中的磨粒、 微屑、 雜質(zhì)等因素的存在， 在磨削過(guò)程中， 磨削機(jī)器會(huì)造成工件的條形疤痕。

影響：劃傷溝槽中的物料碎屑會(huì)被擠壓出來(lái)， 在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)密封部位產(chǎn)生損傷， 并有可能產(chǎn)生新的劃傷區(qū)域痕跡， 從而影響制品的耐磨性能。



2） 擦傷類缺陷

特征：呈多條直線或者多段弧形狀， 有一定長(zhǎng)度和寬度， 深度一般較淺， 并且沿著滑移（或移動(dòng)） 的方向從深到淺， 在金屬工件的局部或表面上連續(xù)或間斷地分布。

產(chǎn)生原因：

★由于運(yùn)輸搬運(yùn)過(guò)程中硬物刮擦造成擦傷。

★鍛壓機(jī)械制作工藝不良導(dǎo)致表面不平滑、 受損嚴(yán)重或沾有異物， 鍛壓時(shí)將金屬表面擦傷。

影響：擦傷類溝槽會(huì)使工件表面粗糙度上升， 摩擦增加， 容易發(fā)生爬行現(xiàn)象。



3） 凹凸類缺陷

特征：此類缺陷的亮度總體比非缺陷區(qū)域亮或暗， 呈塊狀或突起狀異物等， 且尺寸不一， 位置不定。

產(chǎn)生原因：

★在切削過(guò)程中，由于工具或其它硬物質(zhì)的撞擊或擠壓而造成的。 ★主要是由于成品或前孔軋制過(guò)程中出現(xiàn)砂眼、 脫塊、 開(kāi)裂等原因。

★在軋制時(shí)， 過(guò)量的硬金屬會(huì)被擠壓到金屬工件的表面， 從而產(chǎn)生凹槽。

影響：凹坑不僅會(huì)提升表面的粗糙程度， 而且還會(huì)使鍍層的一致性受到很大的影響，甚至有可能形成更大的鍍層脫落。



4） 混合類缺陷

特征：此類缺陷由以上三種缺陷隨機(jī)組成， 但缺陷的亮度統(tǒng)一， 總體比非缺陷區(qū)域亮或暗， 大小不同、 位置不固定。

產(chǎn)生原因：一般情況下是由于生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障或機(jī)械老化所致， 不僅僅是因?yàn)闄C(jī)床出現(xiàn)問(wèn)題， 還可能與切屑、 刀具、 鍛壓機(jī)械設(shè)備有關(guān)系。

影響：嚴(yán)重的混合類缺陷會(huì)對(duì)表面粗糙度及表面涂層的一致性有比較大的影響， 不僅會(huì)發(fā)生爬行現(xiàn)象還造成更大面積的涂層剝落缺陷從而降低產(chǎn)品的耐磨性。

02

檢測(cè)任務(wù)及指標(biāo)

由于工件體積小、 厚度薄， 所產(chǎn)生的缺陷大多在表面， 即使很微小的表面缺陷也會(huì)影響后續(xù)產(chǎn)品性能， 所以需要檢測(cè)工件的表面部分。

檢測(cè)任務(wù)：文中金屬工件的表面為平面， 要求檢測(cè)工件表面的劃傷、 擦傷及凹凸坑三類缺陷。首先對(duì)工件表面有無(wú)缺陷進(jìn)行判斷， 然后再對(duì)缺陷進(jìn)行分類。

檢測(cè)精度：要求檢測(cè)出長(zhǎng)度超過(guò) 0.5mm 的劃傷類缺陷和擦傷類缺陷；檢測(cè)出尺寸大于 0.5*0.5mm 凹凸類缺陷。

檢測(cè)指標(biāo)及要求：漏檢是指在檢出的合格工件中有缺陷工件， 將缺陷工件確認(rèn)為合格工件。誤檢是指檢出的缺陷工件中有合格工件， 將合格工件確認(rèn)為缺陷工件。

03

金屬?gòu)?fù)雜表面缺陷檢測(cè)

背景紋理為凹凸坑的缺陷檢測(cè)結(jié)果分析

表面為凹凸坑型紋理的金屬工件產(chǎn)生的混合類缺陷數(shù)目最多， 劃傷類和擦傷類次之， 凹凸類缺陷最少， 其中劃傷類和擦傷類缺陷目標(biāo)的特征信息都較為明顯；但在檢測(cè)凹凸類或部分微弱缺陷時(shí)， 由于缺陷目標(biāo)體積較小不易識(shí)別因此將部分圖像進(jìn)行了放大處理以便觀測(cè)。

背景紋理為磨砂型的缺陷檢測(cè)結(jié)果分析

磨砂型紋理背景中產(chǎn)生的擦傷類和凹凸類缺陷較多，劃傷類和混合類次之，同時(shí)三類缺陷目標(biāo)的特征信息都較為明顯，但缺陷體積都十分細(xì)微，為了方便分析結(jié)果，對(duì)磨砂型紋理背景圖像都做了不同程度的放大處理。

背景紋理為條紋型的缺陷檢測(cè)結(jié)果分析

條紋型紋理背景中三類缺陷目標(biāo)的特征信息都較為明顯， 由于條紋型紋理背景的樣本數(shù)目較少， 所以缺陷類型并不完全， 缺少混合類型缺陷。但針對(duì)三種典型的缺陷目標(biāo)， 此缺陷檢測(cè)方法檢測(cè)到的缺陷信息準(zhǔn)確度較高， 能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。





審核編輯：劉清