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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(gè)彈簧的脫落使得奧迪汽車公司不得不對(duì)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(gè)對(duì)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(duì)自己的產(chǎn)品實(shí)施過召回。之所以會(huì)出現(xiàn)汽車生產(chǎn)廠家對(duì)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(gè)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(duì)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(gè)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(gè)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(duì)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(gè)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(duì)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(gè)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(huì)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(huì)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(duì)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(gè)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(duì)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(dòng)光學(xué)檢查（Automatic Optics Inspector,簡稱AOI）、自動(dòng)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(shí)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(huì)的口號(hào)，此次展會(huì)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(gè)攝像機(jī)，工程師們得到了zui終測試評(píng)判結(jié)果的圖像。圖像處理的算法語言可以對(duì)各個(gè)攝像機(jī)、各幅圖像的30余個(gè)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)判，以得到評(píng)判分析檢測的結(jié)果。
zui重要的評(píng)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(duì)，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(gè)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(duì)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(gè)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(duì)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(gè)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(huì)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(huì)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(duì)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(gè)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(duì)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(dòng)光學(xué)檢查（Automatic Optics Inspector,簡稱AOI）、自動(dòng)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(shí)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(huì)的口號(hào)，此次展會(huì)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(gè)攝像機(jī)，工程師們得到了zui終測試評(píng)判結(jié)果的圖像。圖像處理的算法語言可以對(duì)各個(gè)攝像機(jī)、各幅圖像的30余個(gè)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)判，以得到評(píng)判分析檢測的結(jié)果。
zui重要的評(píng)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(duì)，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。