发动机燃油附件保险丝状态外观检测系统设计与应用

发动机燃油附件保险丝状态外观检测系统设计与应用

潘季平

（中国航发西安动力控制科技有限公司  陕西西安 710077）

摘要：目前厂里的燃油附件保险丝都是通过人工检测，检测存在漏检查、错检、效率低下等问题。论文针对厂里保险丝存在的问题，提出了完整的发动机燃油附件保险丝状态外观检测技术解决方案。基于先进的人工智能算法技术和传统的机器视觉技术，结合机械臂路径规划等算法技术，本论文识别出保险丝有无、方向正误、保险丝松紧程度、铅封有无等状态，将识别后的信息自动反馈给操作者，实现错误的类型分析和位置定位。通过试验表明，该方法能够解决公司发动机燃油附件保险丝状态外观检测问题。

关键词：保险丝；外观检测；人工智能；机器视觉

一、引言

针对目前厂里的发动机燃油附件保险都是通过人工检测存在漏检查、错检、效率低下等问题，该设备结合机械臂与人工智能等机器视觉技术，通过机械臂带动摄像头在各检测点进行拍摄，运用人工智能算法对照片进行分析，判断保险状态，具体状态包括有无保险、左右旋、有无铅封、有无锁片、锁片正反、保险丝断裂及松紧。设备将识别后的信息自动反馈给操作者，实现错误的类型分析和位置定位，具备高效可靠、自动化智能化的特点。

二、整体设计

1、硬件设备实现功能

实现发动机燃油附件保险丝状态的拍照图像获取；

实现转盘的定位与控制；

实现系统组网；

2、软件实现功能

实现产品信息的导入和匹配；

实现发动机燃油附件保险各拍摄点照片预览；

实现照片与拍摄点的位置匹配；

实现历史数据的搜索和存储；

实现对检测结果的统计分析；

根据不同发动机燃油附件产品类型和编号，生成审批单等产品报告。

3、算法实现功能

图像采集与传输：提高摄像头数据图像采集的质量，简化图像采集的过程，提高图像采集的效率，提高图像传输的完整性与安全性；

图像数据区域检测：优化算法设计，提高保险状态目标区域检测的精度与速度，增强目标区域检测的通用性与泛化性；

保险状态识别模型：优化保险状态（有无保险、左右旋、有无铅封、有无锁片、锁片正反、保险丝断裂及松紧）识别模型算法设计，提高模型识别准确率，增强状态识别模型的泛化性，增强算法分类的冗余性，实现保险状态的准确识别；

识别结果录入：在得到模型识别结果后，获取与系统交互的通信结果，将检测结果反馈到系统中。

本项目的检测算法采用Mask RCNN检测算法进行目标物（保险丝、螺母及铅封）识别，配合原创保险状态检测算法进行保险状态检测。Mask RCNN是一个实例分割算法，该算法结合了经典的目标检测算法Faster-rcnn和经典的语义分割算法FCN。Faster-rcnn可以既快又准的完成目标检测的功能，FCN可以精准的完成语义分割的功能。在网络结构上Mask RCNN比Faster-rcnn复杂，但是二者目标检测的速度没有区别。在Mask RCNN检测算法中引入ROIAlign策略，再加上FCN精准的像素掩膜，使得Mask RCNN可以获得高准确率。选用MaskRCNN作为识别目标物体位置、分类和轮廓的基本检测框架。

三、硬件设计

1、视觉检测机器人

机器人规格选型依据：

（1）机器人负载:根据末端工具总重量约为2-5kg；

（2）机器人行程：现场操作行程预估在800mm左右；

（3）六轴运动、可满足工业相机的各种角度拍摄；

综上所述：推荐选 艾利特-EC66型版机器人，负载6Kg,重复定位精度±0.03mm,工作半径为914mm。

2、末端视觉部分

图1 末端相机示意及照片

末端相机示意及照片如图1所示：

（1）工业相机通过连接器固定于协作机器人末端；

（2）配备单侧条形光补光；

（3）根据需求，工业相机选型海康CA-016-10GC，160 万像素 1/2.9” CMOS 千兆以太网工业面阵相机，CMOS全局快门，传感器型号Sony IMX 273；

四、软件设计

软件主要分为数据库搭建和软件功能设计。软件功能包含检测管理和任务管理两大功能。

1、检测管理

检测管理主要是对机械臂的运行轨迹进行规划，选择轨迹规划，点击“新增”按钮增加产品型号，每个产品型号规划一个轨迹，同类型的产品共用一个产品型号轨迹，新增产品型号轨迹需要设定产品型号、产品高度、产品半径、安全距离、以及设备组信息。图2所示为检测管理界面。

图2检测管理界面

产品型号轨迹中包含录入人员、录入时间、校对人员等信息，点击详情可进入点位信息界面

点击新增点位，添加点位名称，选择机械臂，选择转台、输入判别规则、选择是否判断铅封，确认后完成一个点位的新增。添加点位界面如图3所示。

图3添加点位界面

点位可以是二联、三联或者四联的，每个点位包含了多个端点，端点可以是螺母或者保险丝，每个端点中可以有多个姿态，图11是姿态采集界面，图中分为六个区块，各个区块功能介绍：

区块1用于调节机械臂上摄像头的拍摄角度，速度是机械臂运行速度，可自定义速度。步幅是每次点击上下、左右、前后移动时，机械臂每次移动的距离，以毫米为单位，可自定义。角度是每次旋转的角度大小，可自定义，还有左右、上下、前后六个移动按钮，以及六个旋转按钮。

区块2用于实现姿态微调，每个端点中包含多个姿态的，可以实现微调，每个端点中第一个姿态需要使用示教器设定，系统会自动标定，之后只需要设定距离、选择方向、设定角度大小，即可进行各个角度的微调，从而实现多个姿态的快速采集。

区块3用于实现补光灯的亮度调节。

区块4用于实现转台的正向和逆向旋转。

区块5用于记录端点中的姿态坐标。

区块6可实时查看姿态画面。

图4姿态采集界面

2、任务管理

任务管理列表中包含了已经检测或未检测的任务，在该界面可以新增或查看已检测任务的结果状态，并显示产品编号，如图5所示。

图5任务管理列表界面

点击检测可以查看检测过程中各点位的运动状态，并在检测完成后查看点位中各姿态点的照片进行比对，用于数据留存，便于数据回溯。

3、数据库搭建

在系统建立初期，针对每个壳体构建不同的数据库，包括壳体的本身属性信息、各个保险的位置信息，保险状态信息等。对机械臂每个拍摄位置的信息建立轻量数据库，对每一个拍摄位置与该位置准确的保险信息构建一一对应关系，如有无保险丝、有无铅封、保险丝之间的连接关系、起终止位置、松紧程度度量和保险丝方向等信息。在完成轨迹规划后，用户只需要选择对应的轨迹型号即可完成保险丝检测，方便快捷。

在轨迹规划过程中，机械臂支持拖动示教功能，可通过拖动记录各拍摄点位置和摄像头姿态，机械臂记录下当前的位置姿态，辅以自动避障功能，当机器人到达拍摄空间位置点时，发出信号给工业相机，工业相机拍摄此位置照片，机械臂再行进至下一个拍摄点，在当前区域内的拍摄点全部完成时，客户端电脑发送信号给转盘，转盘执行旋转操作，使发动机其他部分进入机械臂运作空间，转盘指令完成后发送信号给机械臂，机械臂执行下一段预设的运动轨迹，直至取得所有拍摄点的照片为止，机械臂最后回到设定的初始姿态（该状态也为轨迹运动前的初始姿态），每个点位可设置多种位姿信息，以获得更全面的保险丝状态信息。

总结

本文针对厂里保险丝人工检测存在的漏检查、错检、效率低下等问题，对发动机燃油附件保险丝状态外观检测技术研究，给出了完整的产品外观检测解决方案，试验表明，该方法能够解决公司发动机燃油附件保险丝状态外观检测问题，为公司自动化外观检测项目决策提供指导。

参考文献

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[2] 郭俊磊，占小红，王宇博，魏艳红．焊件外观检测系统的设计与开发[J]．检验检测，2016(05)．

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[5] 张义伟.基于机器视觉的产品外观检测系统设计[J]．工业控制计算机，2015(02)．

作者简介：潘季平（1992.05～），男，汉族，陕西省西安市，中国航发西安动力控制科技有限公司，硕士，研究方向：信息化建设、系统运维等。