运用机器视觉实现铸造模具的智能化检测

模具行业是一个传统、复杂、充满竞争的行业。企业每天都被紧张的工期、高精度的质量要求和频繁的人员流动所困扰。虽然自动化检测技术在各行各业都有建设成果，但是在模具表面缺陷的视觉检测方面，还鲜有人对其做过专项攻关，因为大部分涉及到铸造的工艺，往往伴随着工况恶劣、高温高压、湿度较大、粉尘较大、干涉较多的情形，精密的检测设备很难在这种条件下完美运行，所以许多铸造企业的模具检测方法仍然以人工检测为主。

铸造模具的缺陷在线检测，是指安装在冲床或者模具周边的辅助检测设备，能够在第一时间检测模具的表面缺陷，以判断是否达标，为下一轮生产做准备。某结构件铸造企业，在实际生产过程中，用于铸造结构件的模具在产品脱模后，可能会产生残渣留存在模具表面上，如果直接将该模具用于新一轮的生产，会造成下一轮产品的表面缺陷，影响合格率。采用人工的方式检验，因铸造环境温度较高（模具周边温度最高70℃，环境温度可达50-60℃），对于检验操作人员是一项极大的考验，且检验效率低、劳动强度大，造成人员流失率高，不利于铸造生产的现代化发展。北钢联结合多年来机械视觉及设备可靠性防护方面的应用，提出了一种可行的解决方案。

图1 待检测的模具

此项目研发设计的自动检测设备通过运动系统、控制系统及视觉系统的有机结合，可实现模具的自动化检测，在15s内便完成一套模具的检测流程，并能够在线记录检测情况，反馈给中控室，有效提高了结构件产品的生产效率及产品质量。

图2 检测设备示意图

该设备主要由两大部分构成，运动系统及视觉系统。运动系统包括X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组及设备支撑系统；视觉系统采用Cognex工业视觉系统，摄像头固定于运动系统Y轴运动模组前端，通过运动系统控制转换视觉系统的位置，采集模具表面的残留物情况，与标准图像进行对比，计算机得出结论，实现模具表面的质量检测。

图3 视觉检测轨迹示意图  

图4 设备工艺流程

设备可靠性及防护措施

（1）耐高温作业。视觉系统采用耐高温材料做防护衣，并加装散热系统，拍摄镜头采用透明耐高温材料，可在70℃环境下正常工作，且不影响其检测效果。

（2）检测过程迅速高效。运动系统通过伺服电机控制运行速度，可实现运行线速度1000mm/s，运行往返时间可控制在15s内，实现模具的快速相片采集检测。

（3）检测过程智能化。设备自动定位检测点，对模具进行无死角相片采集，并通过相片信息自动鉴别质量问题，发出报警信号。

（4）大行程移动平稳。有效行程可达1500mm，模组采用铝型材减轻重量，同时对转接板焊接加强筋，可实现模组在有效行程内的平稳移动，确保相片采集质量。

图5 运动杆的受力分析

（5）设备节省空间。占地面积小，结构简化，与铸造设备互不干涉，便于运维人员维护。

其实，铸造模具表面缺陷自动化检测技术一直掌握在少数发达国家公司手中，直接引入国外公司技术成本高昂，相对于我国大部分铸造企业，很难承受其批量化生产的成本。所以北钢联提出的机器视觉在线模具自动化检测方案，即便不对铸造设备本体进行改造也可实现其功能，能昼夜无人值守完成检测工艺，对具有模具检测需求的企业来讲显得极为重要。随着越来越多耐苛刻环境的高科技检测仪器问世，该方案中将集成更先进的检测设备，例如3D扫描、激光检测、全息扫描等。通过机器人三维检测系统与铸造流水线的无缝衔接，真正实现大规模的高效智能检测，为模具铸造行业现代化改造提供新的可能。