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非接触式光学探测技术的发展

时间: 2011-07-17 15:00 来源: 作者: 点击:

尽管一直以来德国奥迪汽车公司就是以质量控制的严格而著称,在其A3型轿车的生产过程中奥迪汽车公司更是采取了严格的质量控制措施,但是,在2006年年初,由于变速器中一个弹簧的脱落使得奥迪汽车公司不得不对其在世界各地已经售出的73000辆奥迪A3轿车实施召回,进行检验。奥迪汽车公司并不是世界上第一个对自己的产品实施召回的汽车生产厂家,而且到目前为止,几乎没有一家汽车生产厂家没有对自己的产品实施过召回。

之所以会出现汽车生产厂家对有缺陷的汽车进行召回,一方面是因为现代车辆的复杂性,现代的汽车由14000多个零件所组成,任何零件的缺陷都有可能导致严重的质量问题。另一方面,汽车企业众多的汽车零部件供应商也大大增加了汽车出现意外的概率。据市场观察家研究发现,欧洲汽车三包的费用从1999年的40亿欧元提高到了2003年的70亿欧元。每年全球汽车经营领域中的三包费用周转额高达170亿欧元。

与这些数字相对应的是,德国工业图像处理技术的销售收入大约为10亿欧元,尤其是在德国的机床和设备制造领域中,图像处理产品的销售收入增长达到了2位数。用于汽车制造业质量管理体系中的图像处理技术产品的增长率为18%,是其中最重要的组成部分。而据Erlangen市Fraunhofer研究所的Norbert Bauer博士估计,图像处理技术应用的增长率可以达到20%。Bauer博士除了负责Fraunhofer研究所与欧洲Allianz计划之间的工作之外,还负责解答汽车工业企业提出的有关图像处理的问题,获得合作伙伴的认证许可。通过图像处理技术的工业化应用问题,Bauer先生不断确认了这样一种看法,光学检测技术虽然有了长足的发展,但是在各个领域中的应用都受到了一定的阻力,出现了工作不可靠的现象,尤其是在不熟悉光学检测技术的领域中。

最佳的应用

当然有些汽车生产企业,使用光学检测技术的时间较长,也比较有经验。在宝马公司的Dingolfing汽车生产厂中,没有一辆5系列和6系列的宝马轿车不经Dutzend图像检验系统的检验就直接下线。

由西门子VDO公司提供的HUD显示系统具有很高的灵活性。它通过多个光学镜头生成带有行驶信息的可视化图像,并将这些图像投影到倾斜的前档风玻璃上。由于清晰度、对比度和图像失真等原因,图像中所显示的人像非常不真实,因此安装到车辆中的图像显示质量应进行投影效果的校验。

图像检验设备主要是一套由多个位置固定的摄像机以及与之连接的硬件和软件组成。在汽车的生产装配过程中,工作人员要将这套复杂的图像检验系统安装在车内,先定好位再固定牢,在完成图像校验任务之后再从车内取出。图像采集和图像处理的全部检测时间约30s。

2006年5月9日~12日,在Sinsheim市召开的“Conuol”技术论坛中,检测设备生产厂家可以了解到汽车制造企业对图像处理技术提出的具体要求有哪些。在这次技术论坛中, “非接触式”的检测技术,尤其是光学检测技术和与之有关的工业图像处理技术,是一个突出的话题。按照过去的传统,在Sinsheim市举办的质量保证技术展览会中包括一维和多维的坐标检测技术供应商、称量技术产品供应商和传感器生产企业的展品。

在这次专业展会中,举办人员重点突出了光学检测方法,并由专家们向观众展示了这些光学监测设备的工作原理、特性和应用。在这些专用光学检测仪器中,有西门子公司研发的传感器系统,可对生产过程中的汽车电气零部件从三维角度进行检验。据西门子公司的有关人员介绍,采用这种非接触式的光学检测方法后,可以百分之百地排除激光点焊中的焊接缺陷。

这种光学检测仪器与其他检测技术的相比,有一个主要的特点是检测速度快,这种光学检测仪器的检测速度比以前提高了几十倍甚至上千倍,从而可以将原来规定的每日抽验更换为对全部产品进行检验,实现了零缺陷生产的可能。

在汽车工业领域中,光学接触式的检测技术还可用于:

□ 几何位置尺寸的三维在线检验,例如三元催化器、轮辋、管道和胶管的尺寸检验;
□ 表面质量检验,如缸盖密封
□ X射线检验,如铸件检验;
□ 热成像检验等。

为了保证产品质量,在生产过程中需要采用各类测试技术进行检测,及时发现缺陷和故障并修复。根据测试方式的不同,测试技术可分为非接触式测试和接触式测试。目前非接触式测试已从人工目测发展到自动光学检查(Automatic Optics Inspector,简称AOI)、自动射线检测(AutomaticX-rayInspector,简称AXI)等。

由于目前汽车零件越来越复杂,传统的接触式测试受到了极大限制,随着非接触式测试技术的不断发展,这种测试手段在生产中的应用也不断地增加。而这项技术本身的不断改进使它愈加引人注目,在过去的两三年里,应用非接触式测试的情况出现了惊人的增长,而且增长速度还在加快,因为有更多的业内领先生产厂家意识到了这项技术的优点并将其投入使用。

“以质量求成功”是第二十届“Conuol”专业展览会的口号,此次展会展出了大量适合于工业企业应用的现代化检测技术,包括一维和多维检测技术所使用的硬件和软件、图像处理技术、称量技术和原材料检测、金属检测、表面检测等不同的传感器。

HUD显示图像质量决定了用户群的大小,这是软件系统公司Gefasoft公司和美国硬件生产厂Cognex公司2002年接到研发HUD——质量保证系统的合同后得出的结论。

在2003年度与2004年度相互交替时,第一套HUD质量检验系统投入使用。借助于安装在车辆上的多个摄像机,工程师们得到了最终测试评判结果的图像。图像处理的算法语言可以对各个摄像机、各幅图像的30余个特征数据进行分析评判,以得到评判分析检测的结果。

最重要的评判指标为:棱边、尺寸、形状、角度、圆弧和阴影线,这些特征指标都在算法语言中有单独的定义,根据系统设定的图像和适实检测图像的对,比判断物体的空间比例。 这些检测图片都分类存档保管起来,在遇到用户投诉时,可以调出保存多年的检测图像来证明当时的产品生产质量。

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