在汽車生產(chǎn)制造中，有很大一部分金屬零件采用沖壓加工成型的方法得到，沖壓工藝是汽車生產(chǎn)的一種重要工藝方法。沖壓加工具有生產(chǎn)效率高、成本低、精度一致性好和材料利用率高等特點(diǎn)。

車身上的各類覆蓋件，車內(nèi)支撐件等大量的汽車零部件都采用沖壓工藝加工制造，沖壓件在汽車零部件中占有很大比例，所以沖壓加工方式的水平和能力，在很大程度上決定著我國汽車制造的成本和質(zhì)量，也影響著其他包含沖壓加工生產(chǎn)的行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

汽車沖壓件在沖壓成型過程中，由于模具配合和振動等原因，經(jīng)常出現(xiàn)表面起皺、面畸變、局部凹陷及凸起等現(xiàn)象，導(dǎo)致汽車沖壓件表面產(chǎn)生較大的形狀誤差，甚至成為廢品，典型的幾類沖壓件表面缺陷如圖所示：

各類沖壓缺陷的存在會對沖壓件的使用造成不同程度的影響，如汽車車身外覆蓋件的表面質(zhì)量直接影響噴漆后局部目視效果，影響產(chǎn)品的外觀和后續(xù)銷售。

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汽車沖壓件檢測現(xiàn)狀

目前在汽車沖壓件生產(chǎn)中，對沖壓件表面質(zhì)量的檢測主要有目視檢測、觸摸檢測、油石打磨、涂油檢測和檢具檢測等方法。

其中，目視檢測主要用于可視結(jié)構(gòu)的檢測，如料邊和棱線；觸摸檢測主要用于表面凸起和凹陷的檢測；油石打磨用于檢測外表面缺陷；檢具檢測用于孔徑和特殊孔的檢測， 幾種傳統(tǒng)的沖壓件表面質(zhì)量檢測方法如圖所示。

傳統(tǒng)的沖壓件表面缺陷檢測方法具有如下不足：

1） 檢測效率低， 結(jié)果不可靠

傳統(tǒng)的汽車沖壓件缺陷主要依靠檢驗(yàn)人員目視檢測，需要專門的檢測人員進(jìn)行檢測，時間和精力投入都很大，檢測的結(jié)果容易受到檢測人員的主觀性影響，不同的檢測人員得到的檢測結(jié)果差異較大，可靠性較差，可信度低；

2） 質(zhì)量跟蹤比較困難

傳統(tǒng)檢測方法的結(jié)果粗糙，缺少標(biāo)準(zhǔn)的、量化的指標(biāo)來評價汽車沖壓件的質(zhì)量。同時，檢測數(shù)據(jù)的缺失使得后期建立完整的質(zhì)量跟蹤體系存在著很大的難點(diǎn)，不利于沖壓工藝方法的進(jìn)步；

3） 產(chǎn)品數(shù)字化集成困難

由于傳統(tǒng)的沖壓件檢測方法存在的缺點(diǎn)，檢測過程和結(jié)果過于依靠檢測人員的工作經(jīng)驗(yàn)，檢測數(shù)據(jù)也不能及時錄入檢測部門的數(shù)據(jù)庫這就為企業(yè)不同部門之間的技術(shù)交流增加了困難，甚至引起生產(chǎn)部門，技術(shù)部門和質(zhì)量部門之間的推諉糾纏，不利于企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

機(jī)器視覺檢測技術(shù)作為近些年來被廣泛使用的非接觸式檢測方法，在檢測效率和檢測精度方面有著其他檢測方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，可以克服人工檢測容易視覺疲勞的缺點(diǎn)，特別適合大批量大規(guī)模生產(chǎn)的沖壓工藝產(chǎn)品表面缺陷檢測。

02

沖壓件表面缺陷分析

沖壓件作為汽車制造行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的零部件，其表面缺陷產(chǎn)生的機(jī)理與種類與其他金屬加工方式有所不同。

通常所說的冷沖壓工藝是在常溫條件下由安裝在沖壓機(jī)上的沖壓模具對金屬毛坯進(jìn)行相關(guān)沖壓工序操作（如沖裁， 拉延， 成形， 落料和沖孔等） 獲得零部件的一種壓力加工方式，在不同的沖壓工序中，容易產(chǎn)生的各類沖壓缺陷也不盡相同。

汽車沖壓件常見的表面缺陷種類以及具體呈現(xiàn)形式如圖所示：

1） 壓痕：壓痕缺陷產(chǎn)生的工序不確定，多是由于沖壓異物擠壓表面導(dǎo)致的。大多數(shù)情況為拉延工序時有物料導(dǎo)出不暢通，以至于殘留的廢料掉入模具內(nèi)使得下面工序擠壓導(dǎo)致了壓痕缺陷。

2） 劃痕：此類缺陷產(chǎn)生的原因主要包括以下幾個方面，比如工件原材料本身的自帶缺陷，零件運(yùn)輸過程中接觸干涉導(dǎo)致的缺陷，成品裝箱接觸刮碰產(chǎn)生，加工工位需要轉(zhuǎn)運(yùn)摩擦碰撞產(chǎn)生；

3） 少孔：此類缺陷產(chǎn)生的原因包括沖頭漏裝或折斷，沖壓件少孔是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和要求所不允許的；

4） 邊緣缺料：沖壓件邊緣缺料缺陷發(fā)生在拉延工序，主要原因是由于模具與沖壓件定位有誤差，沖壓位置不準(zhǔn)確，或者是材料流動速度偏快導(dǎo)致了缺料缺陷

03

光源系統(tǒng)分析

選擇和設(shè)計(jì)光源系統(tǒng)的規(guī)律和原則主要包括包括以下幾個方面：

1）增強(qiáng)待處理的物體特征；

2）減弱非檢測目標(biāo)的物體和降低相關(guān)噪聲；

3）不引入額外的干擾特征。

沖壓件表面壓痕和劃痕缺陷的打光方式較為復(fù)雜，主要原因有兩方面：一方面是待測工件表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面光亮，反光情況嚴(yán)重；另一方面是缺陷細(xì)微，難以通過照明突出。

針對可能包含少孔缺陷和邊緣缺料缺陷的工件的打光對比試驗(yàn)， 采取了以下打光方式：

環(huán)形光源照明方式

04

檢測要求及相機(jī)選擇

選擇合適的工業(yè)相機(jī)首先應(yīng)當(dāng)考慮的是相機(jī)的分辨率，相機(jī)像素精度的選擇方法可以依據(jù)一個方向視野的大小除以單方向分辨率得到，即相機(jī)單方向分辨率 =單方向視野范圍大小 ÷ 理論精度。

本文所研究的汽車沖壓外觀件和結(jié)構(gòu)件尺寸以及其缺陷大小尺寸見表：

結(jié)合檢測缺陷任務(wù)，功能件需要整體拍攝并在視野范圍內(nèi)識別缺陷，而針對外觀件來說，其尺寸較大， 缺陷較小，不能整體拍攝（工件占全視野），并根據(jù)在大視野范圍內(nèi)識別小缺陷。

本文先按照功能件缺陷大小選擇相機(jī)分辨率， 再用外觀件驗(yàn)證。

按照目標(biāo)物體占到視野百分之七十計(jì)算，單方向分辨率：

200 ÷ 5 ÷ 0.7 = 57.14

假設(shè)選擇 130 萬像素（1280 × 1024） 相機(jī)，拍攝外觀件時視野范圍內(nèi)外觀件大小為 X ，則有：

X ÷ 0.2 ≤ 1024 ÷ 3

X 為68.27，意味著視野范圍內(nèi)包含的外觀件單方向尺寸不超過68.27mm，即可有效穩(wěn)定識別劃痕和壓痕。

圖像采集硬件平臺

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外觀缺陷檢測

表面壓痕檢測

包含壓痕和劃痕缺陷工件表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲面特征較多，不同的打光效果會對拍攝效果造成很大影響。

最終識別出的壓痕缺陷等效橢圓短半軸長為 4.94128，長半軸為 30.9174，面積為453（圖中紅色缺陷，對應(yīng)實(shí)際工件缺陷寬度為 1 毫米。

表面劃痕檢測

沖壓件表面劃痕的特點(diǎn)是比壓痕更加細(xì)微，肉眼檢測需要從側(cè)面調(diào)整角度觀看才行，而且肉眼檢測大量工件會造成視覺疲勞，從而導(dǎo)致漏檢、誤檢。

采取紅色無影光源側(cè)向打光，突出待檢測部位劃痕， 使得劃痕缺陷成為高亮度特征。

檢測出的劃痕缺陷區(qū)域等效橢圓短半軸長為 4.3264， 長半軸為 93.1809， 面積為1009。按照寬度為 0.2 毫米， 在此檢測環(huán)境下， 可以檢測的劃痕最小寬度為 0.1 毫米。

審核編輯：郭婷