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非接觸式光學(xué)探測技術(shù)的發(fā)展

近幾年來，汽車制造業(yè)企業(yè)在圖像處理技術(shù)方面的投入，每年的增長都超過了10%。盡管一直以來德國奧迪汽車公司就是以質(zhì)量控制的嚴(yán)格而著稱，在其A3型轎車的生產(chǎn)過程中奧迪汽車公司更是采取了嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，但是，在2006年年初，由于變速器中一個彈簧的脫落使得奧迪汽車公司不得不對其在世界各地已經(jīng)售出的73000輛奧迪A3轎車實(shí)施召回，進(jìn)行檢驗(yàn)。奧迪汽車公司并不是世界上*個對自己的產(chǎn)品實(shí)施召回的汽車生產(chǎn)廠家，而且到目前為止，幾乎沒有一家汽車生產(chǎn)廠家沒有對自己的產(chǎn)品實(shí)施過召回。之所以會出現(xiàn)汽車生產(chǎn)廠家對有缺陷的汽車進(jìn)行召回，一方面是因?yàn)楝F(xiàn)代車輛的復(fù)雜性，現(xiàn)代的汽車由14000多個零件所組成，任何零件的缺陷都有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量問題。另一方面，汽車企業(yè)眾多的汽車零部件供應(yīng)商也大大增加了汽車出現(xiàn)意外的概率。據(jù)市場觀察家研究發(fā)現(xiàn)，歐洲汽車三包的費(fèi)用從1999年的40億歐元提高到了2003年的70億歐元。每年汽車經(jīng)營領(lǐng)域中的三包費(fèi)用周轉(zhuǎn)額高達(dá)170億歐元。

 

Head-up-Display技術(shù)簡稱為HUD技術(shù)，目前在汽車生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢驗(yàn)中已成功地利用了這一技術(shù)
與這些數(shù)字相對應(yīng)的是，德國工業(yè)圖像處理技術(shù)的銷售收入大約為10億歐元，尤其是在德國的機(jī)床和設(shè)備制造領(lǐng)域中，圖像處理產(chǎn)品的銷售收入增長達(dá)到了2位數(shù)。用于汽車制造業(yè)質(zhì)量管理體系中的圖像處理技術(shù)產(chǎn)品的增長率為18%，是其中zui重要的組成部分。而據(jù)Erlangen市Fraunhofer研究所的Norbert  Bauer博士估計(jì)，圖像處理技術(shù)應(yīng)用的增長率可以達(dá)到20%。Bauer博士除了負(fù)責(zé)Fraunhofer研究所與歐洲Allianz計(jì)劃之間的工作之外，還負(fù)責(zé)解答汽車工業(yè)企業(yè)提出的有關(guān)圖像處理的問題，獲得合作伙伴的認(rèn)證許可。通過圖像處理技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用問題，Bauer不斷確認(rèn)了這樣一種看法，光學(xué)檢測技術(shù)雖然有了長足的發(fā)展，但是在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用都受到了一定的阻力，出現(xiàn)了工作不可靠的現(xiàn)象，尤其是在不熟悉光學(xué)檢測技術(shù)的領(lǐng)域中。
zui佳的應(yīng)用
當(dāng)然有些汽車生產(chǎn)企業(yè)，使用光學(xué)檢測技術(shù)的時(shí)間較長，也比較有經(jīng)驗(yàn)。在寶馬公司的Dingolfing汽車生產(chǎn)廠中，沒有一輛5系列和6系列的寶馬轎車不經(jīng)Dutzend圖像檢驗(yàn)系統(tǒng)的檢驗(yàn)就直接下線。
由西門子VDO公司提供的HUD顯示系統(tǒng)具有很高的靈活性。它通過多個光學(xué)鏡頭生成帶有行駛信息的可視化圖像，并將這些圖像投影到傾斜的前檔風(fēng)玻璃上。由于清晰度、對比度和圖像失真等原因，圖像中所顯示的人像非常不真實(shí)，因此安裝到車輛中的圖像顯示質(zhì)量應(yīng)進(jìn)行投影效果的校驗(yàn)。
圖像檢驗(yàn)設(shè)備主要是一套由多個位置固定的攝像機(jī)以及與之連接的硬件和軟件組成。在汽車的生產(chǎn)裝配過程中，工作人員要將這套復(fù)雜的圖像檢驗(yàn)系統(tǒng)安裝在車內(nèi)，先定好位再固定牢，在完成圖像校驗(yàn)任務(wù)之后再從車內(nèi)取出。圖像采集和圖像處理的全部檢測時(shí)間約30s。
2006年5月9日～12日，在Sinsheim市召開的“Conuol”技術(shù)論壇中，檢測設(shè)備生產(chǎn)廠家可以了解到汽車制造企業(yè)對圖像處理技術(shù)提出的具體要求有哪些。在這次技術(shù)論壇中， “非接觸式”的檢測技術(shù)，尤其是光學(xué)檢測技術(shù)和與之有關(guān)的工業(yè)圖像處理技術(shù)，是一個突出的話題。按照過去的傳統(tǒng)，在Sinsheim市舉辦的質(zhì)量保證技術(shù)展覽會中包括一維和多維的坐標(biāo)檢測技術(shù)供應(yīng)商、稱量技術(shù)產(chǎn)品供應(yīng)商和傳感器生產(chǎn)企業(yè)的展品。
在這次專業(yè)展會中，舉辦人員重點(diǎn)突出了光學(xué)檢測方法，并由專家們向觀眾展示了這些光學(xué)監(jiān)測設(shè)備的工作原理、特性和應(yīng)用。在這些光學(xué)檢測儀器中，有西門子公司研發(fā)的傳感器系統(tǒng)，可對生產(chǎn)過程中的汽車電氣零部件從三維角度進(jìn)行檢驗(yàn)。據(jù)西門子公司的有關(guān)人員介紹，采用這種非接觸式的光學(xué)檢測方法后，可以地排除激光點(diǎn)焊中的焊接缺陷。
這種光學(xué)檢測儀器與其他檢測技術(shù)的相比，有一個主要的特點(diǎn)是檢測速度快，這種光學(xué)檢測儀器的檢測速度比以前提高了幾十倍甚至上千倍，從而可以將原來規(guī)定的每日抽驗(yàn)更換為對全部產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了*生產(chǎn)的可能。

在汽車工業(yè)領(lǐng)域中，光學(xué)接觸式的檢測技術(shù)還可用于：
□ 幾何位置尺寸的三維在線檢驗(yàn)，例如三元催化器、輪輞、管道和膠管的尺寸檢驗(yàn)；
□ 表面質(zhì)量檢驗(yàn)，如缸蓋密封；
□ X射線檢驗(yàn)，如鑄件檢驗(yàn)；
□ 熱成像檢驗(yàn)等。
為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中需要采用各類測試技術(shù)進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和故障并修復(fù)。根據(jù)測試方式的不同，測試技術(shù)可分為非接觸式測試和接觸式測試。目前非接觸式測試已從人工目測發(fā)展到自動光學(xué)檢查（Automatic Optics Inspector,簡稱AOI）、自動射線檢測（AutomaticX-rayInspector,簡稱AXI）等。
由于目前汽車零件越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的接觸式測試受到了極大限制，隨著非接觸式測試技術(shù)的不斷發(fā)展，這種測試手段在生產(chǎn)中的應(yīng)用也不斷地增加。而這項(xiàng)技術(shù)本身的不斷改進(jìn)使它愈加引人注目，在過去的兩三年里，應(yīng)用非接觸式測試的情況出現(xiàn)了驚人的增長，而且增長速度還在加快，因?yàn)橛懈嗟臉I(yè)內(nèi)ling產(chǎn)廠家意識到了這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并將其投入使用。“以質(zhì)量求成功”是第二十屆“Conuol”專業(yè)展覽會的口號，此次展會展出了大量適合于工業(yè)企業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)代化檢測技術(shù)，包括一維和多維檢測技術(shù)所使用的硬件和軟件、圖像處理技術(shù)、稱量技術(shù)和原材料檢測、金屬檢測、表面檢測等不同的傳感器。
HUD顯示圖像質(zhì)量決定了用戶群的大小，這是軟件系統(tǒng)公司Gefasoft公司和美國硬件生產(chǎn)廠Cognex公司2002年接到研發(fā)HUD——質(zhì)量保證系統(tǒng)的合同后得出的結(jié)論。在2003年度與2004年度相互交替時(shí)，*套HUD質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)投入使用。借助于安裝在車輛上的多個攝像機(jī)，工程師們得到了zui終測試評判結(jié)果的圖像。圖像處理的算法語言可以對各個攝像機(jī)、各幅圖像的30余個特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評判，以得到評判分析檢測的結(jié)果。
zui重要的評判指標(biāo)為：棱邊、尺寸、形狀、角度、圓弧和陰影線，這些特征指標(biāo)都在算法語言中有單獨(dú)的定義，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的圖像和適實(shí)檢測圖像的對，比判斷物體的空間比例。
這些檢測圖片都分類存檔保管起來，在遇到用戶投訴時(shí)，可以調(diào)出保存多年的檢測圖像來證明當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。當(dāng)然有些汽車生產(chǎn)企業(yè)，使用光學(xué)檢測技術(shù)的時(shí)間較長，也比較有經(jīng)驗(yàn)。在寶馬公司的Dingolfing汽車生產(chǎn)廠中，沒有一輛5系列和6系列的寶馬轎車不經(jīng)Dutzend圖像檢驗(yàn)系統(tǒng)的檢驗(yàn)就直接下線。
由西門子VDO公司提供的HUD顯示系統(tǒng)具有很高的靈活性。它通過多個光學(xué)鏡頭生成帶有行駛信息的可視化圖像，并將這些圖像投影到傾斜的前檔風(fēng)玻璃上。由于清晰度、對比度和圖像失真等原因，圖像中所顯示的人像非常不真實(shí)，因此安裝到車輛中的圖像顯示質(zhì)量應(yīng)進(jìn)行投影效果的校驗(yàn)。
圖像檢驗(yàn)設(shè)備主要是一套由多個位置固定的攝像機(jī)以及與之連接的硬件和軟件組成。在汽車的生產(chǎn)裝配過程中，工作人員要將這套復(fù)雜的圖像檢驗(yàn)系統(tǒng)安裝在車內(nèi)，先定好位再固定牢，在完成圖像校驗(yàn)任務(wù)之后再從車內(nèi)取出。圖像采集和圖像處理的全部檢測時(shí)間約30s。
2006年5月9日～12日，在Sinsheim市召開的“Conuol”技術(shù)論壇中，檢測設(shè)備生產(chǎn)廠家可以了解到汽車制造企業(yè)對圖像處理技術(shù)提出的具體要求有哪些。在這次技術(shù)論壇中， “非接觸式”的檢測技術(shù)，尤其是光學(xué)檢測技術(shù)和與之有關(guān)的工業(yè)圖像處理技術(shù)，是一個突出的話題。按照過去的傳統(tǒng)，在Sinsheim市舉辦的質(zhì)量保證技術(shù)展覽會中包括一維和多維的坐標(biāo)檢測技術(shù)供應(yīng)商、稱量技術(shù)產(chǎn)品供應(yīng)商和傳感器生產(chǎn)企業(yè)的展品。
在這次專業(yè)展會中，舉辦人員重點(diǎn)突出了光學(xué)檢測方法，并由專家們向觀眾展示了這些光學(xué)監(jiān)測設(shè)備的工作原理、特性和應(yīng)用。在這些光學(xué)檢測儀器中，有西門子公司研發(fā)的傳感器系統(tǒng)，可對生產(chǎn)過程中的汽車電氣零部件從三維角度進(jìn)行檢驗(yàn)。據(jù)西門子公司的有關(guān)人員介紹，采用這種非接觸式的光學(xué)檢測方法后，可以地排除激光點(diǎn)焊中的焊接缺陷。
這種光學(xué)檢測儀器與其他檢測技術(shù)的相比，有一個主要的特點(diǎn)是檢測速度快，這種光學(xué)檢測儀器的檢測速度比以前提高了幾十倍甚至上千倍，從而可以將原來規(guī)定的每日抽驗(yàn)更換為對全部產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了*生產(chǎn)的可能。

在汽車工業(yè)領(lǐng)域中，光學(xué)接觸式的檢測技術(shù)還可用于：
□ 幾何位置尺寸的三維在線檢驗(yàn)，例如三元催化器、輪輞、管道和膠管的尺寸檢驗(yàn)；
□ 表面質(zhì)量檢驗(yàn)，如缸蓋密封；
□ X射線檢驗(yàn)，如鑄件檢驗(yàn)；
□ 熱成像檢驗(yàn)等。
為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中需要采用各類測試技術(shù)進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷和故障并修復(fù)。根據(jù)測試方式的不同，測試技術(shù)可分為非接觸式測試和接觸式測試。目前非接觸式測試已從人工目測發(fā)展到自動光學(xué)檢查（Automatic Optics Inspector,簡稱AOI）、自動射線檢測（AutomaticX-rayInspector,簡稱AXI）等。
由于目前汽車零件越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的接觸式測試受到了極大限制，隨著非接觸式測試技術(shù)的不斷發(fā)展，這種測試手段在生產(chǎn)中的應(yīng)用也不斷地增加。而這項(xiàng)技術(shù)本身的不斷改進(jìn)使它愈加引人注目，在過去的兩三年里，應(yīng)用非接觸式測試的情況出現(xiàn)了驚人的增長，而且增長速度還在加快，因?yàn)橛懈嗟臉I(yè)內(nèi)ling產(chǎn)廠家意識到了這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并將其投入使用。“以質(zhì)量求成功”是第二十屆“Conuol”專業(yè)展覽會的口號，此次展會展出了大量適合于工業(yè)企業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)代化檢測技術(shù)，包括一維和多維檢測技術(shù)所使用的硬件和軟件、圖像處理技術(shù)、稱量技術(shù)和原材料檢測、金屬檢測、表面檢測等不同的傳感器。
HUD顯示圖像質(zhì)量決定了用戶群的大小，這是軟件系統(tǒng)公司Gefasoft公司和美國硬件生產(chǎn)廠Cognex公司2002年接到研發(fā)HUD——質(zhì)量保證系統(tǒng)的合同后得出的結(jié)論。在2003年度與2004年度相互交替時(shí)，*套HUD質(zhì)量檢驗(yàn)系統(tǒng)投入使用。借助于安裝在車輛上的多個攝像機(jī)，工程師們得到了zui終測試評判結(jié)果的圖像。圖像處理的算法語言可以對各個攝像機(jī)、各幅圖像的30余個特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評判，以得到評判分析檢測的結(jié)果。
zui重要的評判指標(biāo)為：棱邊、尺寸、形狀、角度、圓弧和陰影線，這些特征指標(biāo)都在算法語言中有單獨(dú)的定義，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的圖像和適實(shí)檢測圖像的對，比判斷物體的空間比例。這些檢測圖片都分類存檔保管起來，在遇到用戶投訴時(shí)，可以調(diào)出保存多年的檢測圖像來證明當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。