CN109239086B - 车辆漆面及外观瑕疵检测系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆漆面及外观瑕疵检测系统，包括一对支架，每个支架具有横梁和2根立柱，由一对支架的4根立柱形成检测区，所述支架的横梁上设有Y向直线导轨，所述检测系统的滑台设有X向直线导轨，X向直线导轨架设在两根横梁上的Y向直线导轨上，并且在第一电机的驱动下，X向直线导轨带着滑台沿着Y轴方向来回移动，滑台在第二电机的驱动下沿着X轴方向来回移动，滑台具有旋转轴(完成A轴旋转)，在滑台的下方，旋转轴连接旋转臂，旋转臂呈现为“C”形，在旋转臂的顶边设有顶边智能工业相机，顶边相机的镜头朝下对着车辆的顶部，在旋转臂的侧边设有侧边智能工业相机，侧边相机的镜头对着车辆的侧面，在旋转臂上的相机通过相机云台与旋转臂连接。

Description

车辆漆面及外观瑕疵检测系统

技术领域

本发明属于汽车检测技术领域，特别涉及一种车辆漆面及外观瑕疵检测系统。

背景技术

整车的生产及物流中，车辆外观的完好无损极其重要。任何一点小的瑕疵，例如漆面的破损、钣金的变形、玻璃的破损及其他表面的瑕疵如果在交付到用户之前不被发现及处理，都会影响到后面整车的销售。不仅用户的满意度下降，而且也会产生相关因返修造成的物流费用，增加销售成本。

目前车辆外观的检测为人工检测，多个人员同时对车辆的不同部分进行检测，不仅劳动强度大，时间长，检测精度差，而且成本高。

发明内容

本发明提供的一种车辆漆面及外观瑕疵检测系统，目的在于解决现有的车辆外观检测主要靠人工检查的问题。

本发明的实施例之一，一种车辆漆面及外观瑕疵检测系统，该检测系统包括一对支架，每个支架具有横梁和2根立柱，由一对支架的4根立柱形成检测区，待检测的车辆被放置在检测区内，将车身的前后方向设为Y轴，车身的左右方向设为X轴。

所述支架的横梁上设有Y向直线导轨，所述检测系统的滑台坐于X向直线导轨，X向直线导轨架设在两根横梁上的Y向直线导轨上，并且在第一电机的驱动下，X向直线导轨带着滑台沿着Y轴方向来回移动，滑台在第二电机的驱动下沿着X轴方向来回移动。

滑台具有旋转轴，在滑台的下方，旋转轴连接旋转臂，旋转臂包括顶边和侧边，旋转臂呈现为“C”形，旋转臂可以进行水平A轴旋转运动。

在旋转臂的顶边设有顶边相机，顶边相机的镜头朝下对着车辆的顶部，在旋转臂的侧边设有侧边相机，侧边相机的镜头对着车辆的侧面，在旋转臂上的相机通过相机云台与旋转臂连接，相机云台用于对相机姿态的微调。

本发明的车辆漆面及外观瑕疵检测系统，采用由多个相机及光源构成的机器视觉系统，和能够带动机器视觉系统绕车辆运行及精确调整相机拍摄距离与角度的自动化控制系统，以及综合信息管理平台。其中自动化控制系统包括能够水平位移的滑台、能够旋转的悬臂及能够调整相机拍摄距离和角度的微调结构及联动控制回路。在滑台及悬臂带动机器视觉系统绕车辆运动的同时可以精确调整相机的位置及角度，使视觉检测系统能够扫描到车辆的整个外表面，发现漆面及外观瑕疵缺陷后将图像通过屏幕显示并将瑕疵缺陷位置信息与车辆三维信息对应存储到计算机中，传送给返修车间进行返修。

本发明使用智能工业相机及视觉检测算法，完全能够代替人工对整车漆面及外观的检查，使得整车的外观检测通过视觉检测系统，由检测系统自动完成。智能工业相机(Smart Camera)是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案，同时，智能工业相机能够适应嘈杂、分成、振动较多的工业现场。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是本发明实施例中检测系统组成原理示意图。

图2是本发明实施例中检测系统结构示意图。

图3是本发明实施例中检测系统结构俯视图。

图4是本发明实施例中车辆外观检测点的标定流程图。

图5是本发明实施例中车辆外观的自动检测流程图。

1——滑台，2——支架，3——旋转臂，4——顶边相机升降导轨，5——光源，6——相机云台，7——侧边相机，8——RFID读卡器，9——显示器

具体实施方式

根据一个或者多个实施例，如图2所示，一种车辆漆面及外观检测系统，该检测系统包括一对支架，每个支架具有横梁和2根立柱，由一对支架的4根立柱形成检测区，待检测的车辆被放置在检测区内，将车身的前后方向设为Y轴，车身的左右方向设为X轴。

所述支架的横梁上设有Y向直线导轨，所述检测系统的滑台坐于X向直线导轨，X向直线导轨架设在两根横梁上的Y向直线导轨上，并且在第一电机的驱动下，X向直线导轨带着滑台沿着Y轴方向来回移动，滑台在第二电机的驱动下沿着X轴方向来回移动。

滑台具有转轴，在滑台的下方，转轴连接旋转臂，旋转臂包括顶边和侧边，旋转臂呈现为“C”形，旋转臂可以进行水平旋转运动。

在旋转臂的顶边设有顶边智能工业相机，顶边智能工业相机的镜头朝下对着车辆的顶部，在旋转臂的侧边设有侧边智能工业相机，侧边智能工业相机的镜头对着车辆的侧面，在旋转臂上的相机通过相机云台与旋转臂连接，相机云台用于对相机姿态的微调。

沿着所述旋转臂的边缘设有条形光源，用于检测系统的有效布光，用于辅助相机的拍摄。

滑台设有顶边相机升降导轨与旋转臂的顶边连接，使得旋转臂上的顶边相机可以沿着升降导轨上下移动。

在本实施例中，采用了包括由多个智能工业相机及光源构成的机器视觉系统和能够带动机器视觉系统绕车辆运行及精确调整相机拍摄距离与角度的自动化控制系统，以及综合信息管理平台。其中自动化控制系统包括能够水平位移的滑台、能够旋转的悬臂及能够调整相机拍摄距离和角度的微调结构及联动控制回路。

机器视觉系统主要的构成为多个智能工业相机和定制的条形光源，使用定制光源照亮车的外观表面，使用多个相机分别从不同位置及角度检测光源的反光区域及被其照亮区域的不同部分，如果发现表面的瑕疵缺陷则将图像上传到计算机中显示和保存，并记录瑕疵缺陷的位置信息。

带动及调整机器视觉运动的自动化控制系统中滑台可以进行水平方向上运动，悬臂可以做圆周运动，微调装置可以精确调整每个相机的位置及角度，这样的机械装置不仅可以带动机器视觉系统绕车辆精确移动，而且在运动过程中可以精确调整相机的拍摄距离及拍摄角度。

根据一个或者多个实施例，车辆漆面及外观瑕疵检测系统的整体结构尺寸是长6米，宽3米，高2.6米。整体机械结构中除悬臂为铝合金外，其他部分均使用钢材。X轴的滑台坐于X向直线导轨上，伺服电机经过减速器驱动，带动视觉识别部分沿车身左右运动，及绕车身旋转。X向直线导轨由伺服电机经过减速器驱动，带动视觉识别部分沿车身前后运动。顶部相机使用滑台上下调整位置，所有相机均可以调整俯仰和水平拍摄角度。

根据一个或者多个实施例，如图1所示，所述检测系统包括上位机、主控器、RFID读卡器和显示器，RFID读卡器接入主控器，显示器连接上位机。同时，主控器分别连接控制滑台、旋转臂、相机云台的运行或调整。另外，主控器还控制条形光源的打开和关闭。所述检测系统的相机通过网络交换机与主控器通信连接，将图像识别数据传输至主控器。所述主控器可以采用工控机和PLC及运动控制系统。RFID读卡器和显示器可以安装在立柱上。

根据一个或者多个实施例，主控器的检测流程中包括对车辆外观检测轨迹的标定步骤和对车辆外观的自动检测步骤，

1、外观检测轨迹标定。对于一款新车型，检测系统没有该车型的车身外观模型数据。在确定车辆车型后，可以手动控制滑台和旋转臂沿车身运动，结合三维建模系统，调整相机的位置和角度，使相机对车身的识别面积和识别效果至可接受程度，保存滑台的位置、悬臂的位置和角度以及相机的位置和角度，重复操作直到滑台及悬臂回到起始位置；记录所有轨迹数据和位置数据，结合三维包络模型进行新车型检测运动轨迹规划并存储建库，如此完成车辆检测系统建模。

2、外观自动检测。车辆到达检测区域后，主控器按照已经标定的检测起始位置和检测轨迹，驱动滑台及旋转臂水平或旋转运动到起始检测点，调整相机并开始检测，按照已经标定的检测轨迹连续自动检测，直到回到起始点。

根据一个或者多个实施例，如图4所示，主控器的车辆外观检测轨迹的标定流程包括：

S101，新的无瑕疵车辆停到检测区后，通过RFID读卡器读取车辆的RFID标签，识别出车辆的车型，车辆的车型数据被保存在车辆的RFID标签内的；

S102，主控器控制滑台移动到车标方位，并且控制旋转臂运动到位，找到车标的准确位置作为检测系统的识别起始点，并且记录识别起始点；

S103，通过主控器控制相机云台，调整相机的识别角度，保存相机角度和位置，设定车辆外观表面的不处理区域以及车辆外观表面的三维坐标；

S104，主控器控制滑台和旋转臂移动到下一个识别位置，直至旋转臂绕车一周。

S105，根据标定数据和车辆三维包络图，设计检测运动轨迹，建模存储。

根据一个或者多个实施例，如图5所示，主控器的车辆外观的自动检测流程包括：

S201,待检车辆移入检测区后，通过RFID读卡器读取车辆的RFID标签，识别车辆身份，系统调取建模系统数据，设定检测运动轨迹。

S202,自动调整检测系统位置，直至车辆位于检测区的中心区域；

S203,对车标进行位置检测，运动到检测起点；

S204,自动调整相机角度按照设定运动轨迹对车辆表面进行检测；

S205,当检测到车辆外观有瑕疵时，记录该瑕疵并显示瑕疵图像，并将瑕疵标定于车辆三维信息中。

S206，如果旋转臂已经绕车两周，则完成检测。

根据一个或者多个实施例，在车身外观检测轨迹标定中，三维建模所需硬件设备结构与测试阶段的基本相同，除将C型悬臂上的2D工业相机更换成3D扫描设备即可。在工艺段车间，假设现场搭建了多条工艺点，可专设其中的某一个安装上述的带有3D扫描设备的悬臂，每当有新车型出现时即其样品车引导至该处进行3D轮廓建模。

建模的最终目的在于获取某一款车型的整车外形包络信息，采用3D线扫设备运行一周可以实现。考虑到当前设备受线扫长度的限制，故现场可以将多台3D设备安装于悬臂上，在安装的机械精度能够保证，且后期采用误差消除算法的前提下，3D线扫通过影像拼接的方式则可以覆盖汽车的上下全部区域，结合设备自身位置建模后，绕行一周的线扫可以获取整车外形的点云数据。

所获取的点云数据对后续处理至少能起到两点作用：

1)建立与系统设备在实际空间中运行、操作相对应的虚拟空间，即在汽车轮廓点云的基础上开发三维动画虚拟模块，当现场悬臂实际运行到某一位置时，虚拟空间中也能准确对应出实际拍摄车体的区域。其意义在于，人工可以预先在轮廓点云中标定特殊的检测区域，比如直接屏蔽对某些区域的检测(当下阶段不做为检测需求的对象，eg.车窗玻璃表面、带有LOGO的区域)或者触发后台调用特殊模块的识别算法(eg.汽车两板面相交形成的嵴线、车门构件的边缘线上的可能的瑕疵需要将线段对象的ROI单独提取，继而对其变化的平滑度做出判断)；

2)当瑕疵被成功检测，需要确保后续的返修工作能首先迅速定位到相关区域。由于直接在测试样本车体上做标记会引入次生的表面损伤，故可以考虑在标记记录与虚拟模型中，在返修阶段反馈给相关的工种，以便其方便、快速地找到瑕疵区域并做相应的处理。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (1)

1.一种车辆漆面及外观瑕疵检测系统，其特征在于，该检测系统包括一对支架，每个支架具有横梁和2根立柱，由一对支架的4根立柱形成检测区，待检测的车辆被放置在检测区内，将车身的前后方向设为Y轴，车身的左右方向设为X轴;

所述支架的横梁上设有Y向直线导轨，所述检测系统的滑台坐于X向直线导轨，X向直线导轨架设在两根横梁上的Y向直线导轨上，并且在第一电机的驱动下，X向直线导轨带着滑台沿着Y轴方向来回移动，滑台在第二电机的驱动下沿着X轴方向来回移动，

滑台具有转轴，在滑台的下方，转轴连接旋转臂，旋转臂包括顶边和侧边，使得旋转臂整体上呈现为“C”形，旋转臂可以进行水平旋转，

在旋转臂的顶边设有顶边智能工业相机，顶边智能工业相机的镜头朝下对着车辆的顶部，

在旋转臂的侧边设有侧边智能工业相机，侧边智能工业相机的镜头对着车辆的侧面，

在旋转臂上的智能工业相机通过相机云台与旋转臂连接，相机云台用于对相机姿态的微调，

沿着所述旋转臂的边缘设有条形光源，用于辅助相机的拍摄，

滑台设有顶边相机升降导轨与旋转臂的顶边连接，使得旋转臂上的顶边相机可以沿着升降导轨上下移动，

所述检测系统包括上位机、主控器、RFID读卡器和显示器，RFID读卡器接入主控器，显示器连接上位机，同时，主控器分别连接控制滑台、旋转臂、相机云台的运行或调整，另外，主控器还控制条形光源的打开和关闭，

所述检测系统的智能工业相机通过网络交换机与主控器通信连接，将图像识别数据传输至主控器，

所述主控器采用工控机或者PLC，主控器连接上位机，上位机用于数据的收集备份，

主控器的检测流程中包括对车辆外观检测轨迹的标定，车辆外观检测轨迹的标定是指，当所述检测系统不具备待检测车辆的车身外观模型数据时，通过控制滑台和旋转臂沿车身运动，同时调整智能工业相机的位置和角度，完成待检测车辆车身的外观检测建模，结合车身外观模型进行车身外观检测运动轨迹标定并存储建库，

主控器的检测流程中包括对车辆外观的自动检测，车辆外观自动检测是指，车辆到达检测区域后，主控器按照已经标定的车辆外观检测轨迹，驱动滑台及旋转臂水平或旋转运动到起始检测点，调整智能工业相机进行检测，按照已经标定的检测轨迹连续自动检测，直到回到起始点，

主控器的车辆外观检测轨迹的标定流程包括：

S101，新的无瑕疵车辆停到检测区后，通过RFID读卡器读取车辆的RFID标签，识别出车辆的车型，车辆的车型数据被保存在车辆的RFID标签内的；

S102，主控器控制滑台移动到车标方位，并且控制旋转臂运动到位，找到车标的准确位置作为检测系统的识别起始点，并且记录识别起始点；

S103，通过主控器控制相机云台，调整相机的识别角度，保存相机角度和位置，设定车辆外观表面的不处理区域以及车辆外观表面的三维坐标；

S104，主控器控制滑台和旋转臂移动到下一个识别位置，直至旋转臂绕车一周；

S105，根据标定数据和车辆三维包络图，设计检测运动轨迹，建模存储；

主控器的车辆外观的自动检测流程包括：

S201,待检车辆移入检测区后，通过RFID读卡器读取车辆的RFID标签，识别车辆身份，系统调取建模系统数据，设定检测运动轨迹;

S202,自动调整检测系统位置，直至车辆位于检测区的中心区域；

S203,对车标进行位置检测，运动到检测起点；

S204,自动调整相机角度按照设定运动轨迹对车辆表面进行检测；

S205,当检测到车辆外观有瑕疵时，记录该瑕疵并显示瑕疵图像，并将瑕疵标定于车辆三维信息中;

S206，如果旋转臂已经绕车两周，则完成检测；

在车辆外观检测轨迹的标定中，采用3D扫描设备设置于旋转悬臂上，获取整车外形的点云数据，在获得点云数据后进行以下处理：

(1)建立与在实际空间中运行、操作相对应的虚拟空间，即在汽车轮廓点云的基础上建立三维虚拟模型，当现场旋转悬臂实际运行到某一位置时，虚拟空间中也能准确对应出实际拍摄车体的区域，

预先在轮廓点云中标定感兴趣的区域，包括需要屏蔽检测的区域，这些区域包括车窗玻璃表面、带有LOGO的区域，

包括需要机器识别的汽车两板面相交形成的嵴线、车门构件的边缘线，上的可能的瑕疵需要将线段对象的ROI单独提取；

(2)当车辆外观瑕疵被成功检测，为后续的返修定位，由于直接在测试样本车体上做标记会引入次生的表面损伤，在三维虚拟模型中标记瑕疵位置。