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项目年度编号
2300211099
中图分类号
U468.21
成果公布年份
2023
关键词
汽车 涂装工艺 漆面缺陷自动检测系统
成果简介
1、课题来源与背景：在汽车制造领域，油漆表面质量是外观评价的重要指标，油漆表面缺陷直接影响产品质量与品牌形象，进而影响市场销量和增加返修成本。汽车制造四大工艺中，涂装工艺已实现全自动化喷涂，而线尾的车身漆面缺陷自动检测依然主要依赖人工作业，不仅阻碍涂装工艺实现无人化、数字化智能生产，而且危害人身健康，已成为全球汽车制造业面临的重大技术难题。
2、研究目的与意义：在行业中检测工人在强光照明下跟随生产节拍不间断工作，劳动强度非常大，长期目视疲劳对视力会造成一定程度损害，因而逐渐暴露出离职率较高、人工成本上涨等问题。在有限生产节拍内来不及做更全面细致的检测，实际检出率约为70%，遗漏的缺陷导致终检、返修环节成本增加，产出率降低，车间总体产能降低。该项目研究的目的在于解决在线检测场景中，相位偏折技术中拍图效率和计算复杂度存在无法同时兼顾的矛盾，能够大幅提高相位偏折技术在线应用时的检测速度。能够实现在不同行业高端产品市场和不同细分领域的研究中相互学习、相互借鉴，对于提升中国制造业产品质量、提高自主创新能力、攻克整个先进制造领域发展的共性和关键技术难题等问题都有重要的意义。
3、主要论点与依据：该项目主要研究方向分为检测传感器技术开发、产品开发、自动检测系统集成三个部分。其中包括多系统联合标定车身表面缺陷精确快速定位技术研究、多维度缺陷图像深度学习快速分类方法研究、汽车油漆缺陷自动检测系统集成研究等核心技术的研发。
1)缺陷需要精确定位以满足工人缺陷处理及缺陷磨抛机器人轨迹规划要求，对于大型光泽表面，表面光滑自身特征少，常用的根据待测面自身特征实现坐标转换的方法失效。研究了多系统联合标定光泽表面缺陷精确快速定位技术，通过将漆面缺陷自动检测传感器、车身、机器人、车身定位传感器坐标系统一，结合光线与车身快速交汇技术，实现了车身表面缺陷的定位。
2)相位偏折技术可计算缺陷的反光度信息、曲率信息，研究了综合多类缺陷图像的深度学习分类方法。另外，为从总像素数超过10亿的图像中对小至几个像素的缺陷进行快速分类，研究了基于梯度等特征预检测的深度学习分类技术。利用在线检测应用场景特点，通过示教车辆的先验表面梯度信息，大大提高了相位提取与展开速度，也即提高了车身缺陷检测速度。相位偏折系统还可获得多类检测图像，通过对各类缺陷特性研究，研究了融合反光度、曲率、灰度特征的深度学习缺陷快速分类方法，提高了缺陷分类效果。为减少分类时间，提出了快速图像处理预定位的深度学习分类技术。
3)针对汽车涂装车间工艺质量控制要求，开展以漆面缺陷自动检测传感器为检测核心，以六自由度工业机器人为运动机构的自动化检测平台设计与软硬件集成技术研究。研究传感器坐标系、工业机器人坐标系与车身坐标系现场标定方法，开发运动控制软件与工位自动化控制软件。对检测和打磨进行工位布局设计，机器人落位设计保证机器人整车可达性。
4、创建与创新：该项目所研究的基于相位测量偏折原理的机器人式漆面缺陷检测技术实现了缺陷自动检测、分类与三维测量。与人工检测相比，主要提升如下：
1)缺陷检出率由70%提高到了97%。据生产线大批量生产数据统计，人工检测时每20辆车流出1个缺陷，采用自动检测技术后每300辆车流出1个缺陷，缺陷流出率降低了15倍。
2)完备的缺陷类型、三维尺寸信息，为缺陷自动打磨与抛光提供了必备的数据支撑，实现了漆面自动化打磨抛光的关键技术突破。
3)海量缺陷数据形成了缺陷数据库，填补了漆面质量控制的数据空白。通过大数据分析能够实时监控漆面质量，在发生质量问题时能够快速诊断缺陷发生的根本原因，并能够根据质量标准对漆面质量波动进行预警，促进了漆面质量提升，并指导了涂装工艺优化。
5、社会经济效益、存在的问题：该产品漆面缺陷自动检测系统设备的研制，打破了市场由ISRA、EINES等国外产品垄断局面。在此过程中，为培养高水平人才、推动光泽表面缺陷检测技术发展、提升企业核心竞争力、促进国产民族品牌世界影响力等方面做出了贡献，取得了巨大的社会效益。从产品研制成功到当前的几个月内，已陆续得到长安汽车、高合汽车超1000万元的合同额，且有一汽大众、蔚来汽车约4000万元的销售合同即将签署。预计漆面缺陷自动检测产品未来3年内国内市场规模超过1亿元/年。
完成单位
易思维(杭州)科技有限公司
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