劉 華，郭 輝，沈 勇，馬艷萍

(中航飛機起落架有限責任公司，陜西 漢中 723000)

雖然我國制造業(yè)走過機械化、自動化、數(shù)字化等發(fā)展階段，已經(jīng)搭建起完整的制造業(yè)體系和制造業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，具備了實現(xiàn)智能制造、推動全球產(chǎn)業(yè)鏈變革的可能性和基礎(chǔ)實力，但是在產(chǎn)品檢驗與質(zhì)量控制系統(tǒng)的數(shù)字化方面還相對滯后[1]。絕大多數(shù)制造業(yè)質(zhì)量控制存在如下現(xiàn)狀：產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)大都是手工檢測、手工錄入；各個質(zhì)量檢測控制點的檢測信息分散，不能實時匯總，實時性、可靠性與客觀性差；未建立有效的數(shù)字化質(zhì)量控制系統(tǒng)；質(zhì)量管理的過程統(tǒng)計(SPC)難以發(fā)揮大數(shù)據(jù)作用；因檢測原因尚不能形成有效的、封閉的數(shù)字化制造系統(tǒng)。目前，制造業(yè)生產(chǎn)車間自動信息化的問題正在逐漸上升，生產(chǎn)信息不再是孤立的存在，如何借助信息化手段，實現(xiàn)不同環(huán)節(jié)、不同類型檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息整合，以求質(zhì)量管控的精準、快捷和可追溯，是當下制造業(yè)必須面對的抉擇[2-5]。

1 智能檢測系統(tǒng)的總體架構(gòu)

智能檢測系統(tǒng)利用設(shè)計、工藝、生產(chǎn)的相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對進入生產(chǎn)流程中的產(chǎn)品進行ID標識(二維碼)及檢測規(guī)劃，確定檢測手段。對產(chǎn)品暫不具備數(shù)字化測量項目(如大長徑深孔內(nèi)尺寸)的手工檢測錄入；其余檢測項目，利用已有通信接口(如RS232、USB等)的各種計量儀器、檢測設(shè)備進行在線測量。所有數(shù)據(jù)按統(tǒng)一約定的格式存儲，通過網(wǎng)絡(luò)將檢測結(jié)果保存到系統(tǒng)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)同一ID(二維碼)產(chǎn)品不同工序下的全測量信息記錄[6-8]。智能檢測系統(tǒng)架構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

a) 軟件的總體框架結(jié)構(gòu)

2 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)主要是由信息數(shù)據(jù)庫、工具庫、軟部件庫以及人機交互界面(3庫1面)組成。在Windows操作系統(tǒng)下，利用面向?qū)ο缶幊坦ぞ逤++ Builder構(gòu)建，系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫為SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(Data BaseSystem)，前、后臺信息通過ODBC技術(shù)實現(xiàn)信息交互。

2.1 開發(fā)工具

C++ Builder開發(fā)工具具有快速可視化開發(fā)環(huán)境，只需把控件(組件)的表拖到Form上，設(shè)置屬性以及外觀，可快速構(gòu)建應(yīng)用程序界面，其內(nèi)置超過100個完全封裝的Windows實用程序的完全可擴展(包括Active X控件完全支持)且可重復(fù)使用的控件可快速、高效地開發(fā)系統(tǒng)，實現(xiàn)C++編程語言與可視化編程環(huán)境的無暇鏈接。

2.2 SQL Sever

監(jiān)控系統(tǒng)運行效率的高低不僅受系統(tǒng)本身的模塊影響，還與DBS(數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))設(shè)計的合理性有關(guān)。SQL Server 2016不僅建立于Windows操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，還能夠讓用戶建立、維護及造訪數(shù)據(jù)庫(Data Base)和來自用戶的全部對象。因此，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)優(yōu)選SQL Server 2016。

2.3 系統(tǒng)的運行環(huán)境

零件智能檢測系統(tǒng)的運行環(huán)境見表1。

表1 系統(tǒng)的運行環(huán)境

數(shù)據(jù)庫平臺和C++ builder開發(fā)應(yīng)用程序安裝完畢后，需要用ODBC技術(shù)對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等實施連接配置，其軟件配置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件配置圖

系統(tǒng)使用前，應(yīng)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)源聯(lián)接關(guān)系，具體步驟如下。

1)從“控制面板”選項，訪問“管理工具”→“數(shù)據(jù)源(ODBC)”。

2)點擊“用戶DSN”或“系統(tǒng)DSN”選項卡(任選一個皆可)，隨后點擊“添加”，點擊“SQL Server”，單擊“完成”。

3)鍵入DSN名稱，選擇SQL所在服務(wù)器。

4)選擇Windows用戶驗證，或數(shù)據(jù)庫用戶驗證(這個需要輸入賬號、密碼)，點擊下一步。

5)選擇需要聯(lián)接的數(shù)據(jù)庫。

6)點擊“完成”，查看“測試數(shù)據(jù)源”是否成功，若為“測試成功”，則成功完成配置，否則按步驟1～步驟5檢測配置。

3 智能檢測的功能實現(xiàn)

3.1 產(chǎn)品識別與數(shù)據(jù)采集

正式測量前系統(tǒng)應(yīng)對產(chǎn)品進行身份識別，作為后期測量數(shù)據(jù)的ID。二維碼具備存儲信息量大、校正錯誤能力強、可靠性高、安全性能好的存儲優(yōu)點，因此被作為測量過程中數(shù)據(jù)交互的ID。產(chǎn)品身份識別主要利用生產(chǎn)設(shè)備或者其他設(shè)備讀取產(chǎn)品二維碼數(shù)據(jù)，并在該身份下進行相關(guān)的后續(xù)處理。本系統(tǒng)采用二維碼識讀設(shè)備(見圖3a)讀取產(chǎn)品二維碼信息，識讀設(shè)備選用基恩士的固定式二維碼讀取器。車間生產(chǎn)信息的數(shù)據(jù)采集主要有物料信息、加工時間、工位測量等方面，按類如圖3b所示。

a) 固定式二維條碼讀取器

3.2 智能檢測系統(tǒng)的功能介紹

智能檢測系統(tǒng)通過圖像處理手段，檢測工件被測要素是否合格，主要有7個界面：主界面、圖像處理界面、定位界面、運行界面、設(shè)置界面、測試界面和統(tǒng)計界面。

3.2.1 主界面

進入登錄界面，輸入正確賬號、密碼后，系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)相機主界面。該界面主要包含相機選擇、調(diào)節(jié)速度、照片抓取、當前時間顯示和視頻流顯示等5個部分，圖4所示點擊抓取照片，圖像顯示框會顯示抓取的照片。通過拍攝效果對比，便于相機參數(shù)調(diào)整、采集節(jié)拍設(shè)置等。

a) 登錄界面

3.2.2 圖像處理與測量界面

圖像處理與測量界面主要包含10個方面，分別是定位、黑白操作、面積測量、圓參數(shù)測量、圓心距測量、線線角度測量、線線距離、點點距離、彎曲程度和輪廓匹配測量。當對測量工件(如齒輪)設(shè)置測量參數(shù)后，運行程序可對其表面缺陷進行測量，判斷工件是否符合使用標準，是否為合格件，動態(tài)顯示測量結(jié)果，并對測量結(jié)果進行記錄和上傳。

黑白操作實現(xiàn)彩色圖像到黑白圖像(灰度圖像)的轉(zhuǎn)換。當在圖像顯示框中看到零件在其中正常顯示時，可點擊點位按鈕，確定相機的位置，采集模板圖像，正式測量前需在模板圖像中框選出模板ROI，調(diào)整ROI位置，建立測量坐標系，在批量檢測功能中作為參照使用或位姿矯正。在系統(tǒng)自動運行時，零件抵達相機下方就會率先觸發(fā)拍照，進行圖像采集、圖像灰度轉(zhuǎn)換，并按模板ROI進行自動測量。若進行面積測量功能，可通過調(diào)整ROI選擇出需要測量的區(qū)域面積，或通過Ctrl+鼠標左鍵新建更多的ROI，同時完成多個區(qū)域面積測量，測量的面積結(jié)果顯示在左下方表格中(見圖5a)；若進行線線距離測量功能，通過調(diào)整ROI選擇出需要測量的線線距離區(qū)域，同樣也可以通過Ctrl+鼠標左鍵新建更多的ROI，并同時完成多個區(qū)域的線線距離測量，測量結(jié)果顯示在左下方表格中(見圖5b)。

a) 面積測量

3.2.3 定位與運行界面

定位界面是定位相機和吹氣位置的界面，通過調(diào)整轉(zhuǎn)盤機的轉(zhuǎn)動，對工件的位置進行調(diào)整，達到相機和吹氣位置的定位功能。運行界面是顯示設(shè)備正常運行時的窗口，在該界面可以實時監(jiān)控顯示工件檢測的結(jié)果圖像、工件檢測總數(shù)、良品數(shù)量以及合格率等[9]。

3.2.4 設(shè)置、檢測與統(tǒng)計界面

設(shè)置界面(見圖6)是實現(xiàn)吹氣時間調(diào)整、上料狀態(tài)改變、轉(zhuǎn)盤機轉(zhuǎn)速調(diào)整、氣壓控制和定位位置改變的界面，通過輸入框的數(shù)字輸入和滑塊拖動實現(xiàn)設(shè)置功能。點擊設(shè)置界面【吹氣時間】的輸入框，可以設(shè)置吹氣時間；點擊【上料控制】的上料開與上料關(guān)按鈕，確定選擇上料狀態(tài)；拖動【轉(zhuǎn)速】滑塊，可實現(xiàn)伺服電動機轉(zhuǎn)速調(diào)整；點擊【氣壓控制】氣壓開與氣壓關(guān)按鈕，可控制氣壓；點擊【相機1】、【相機2】、【吹氣1】、【吹氣2】輸入框可以設(shè)置定位脈沖的改變量。

圖6 設(shè)置界面

測試界面是實現(xiàn)設(shè)備調(diào)試時，吹氣測試功能、故障檢測功能和伺服啟停功能的界面，可通過點擊狀態(tài)按鈕實現(xiàn)設(shè)備調(diào)試時所需要的測試功能。點擊【吹氣1開】按鈕，下料吹氣1吹氣一次；點擊【吹氣2開】按鈕，下料吹氣2吹氣一次；點擊【伺服使能ON】按鈕，伺服電動機開始轉(zhuǎn)動；點擊【伺服使能OFF】按鈕，伺服電動機停止轉(zhuǎn)動；點擊【開始檢測】按鈕，實現(xiàn)氣壓故障、伺服故障、緊急停止、故障檢測，當指示燈點亮時，代表出現(xiàn)故障[10]。統(tǒng)計界面是實現(xiàn)檢測結(jié)果實時監(jiān)控、存儲的界面。

4 系統(tǒng)驗證

為測試零件智能檢測系統(tǒng)運行的穩(wěn)健性，特選取一批墊片(20件)作為測試對象進行平臺功能測試。首先，對墊片建立二維碼路線片，將其周轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)盤機，啟動智能檢測系統(tǒng)，采用二維碼讀取器讀取零件身份，利用CCD傳感器進行圖像采集處理、尺寸測量和數(shù)據(jù)保存。智能檢測系統(tǒng)的設(shè)置和操作按功能實現(xiàn)的相關(guān)介紹配置。測試墊片的實際外圓、內(nèi)孔、厚度值及某一ID墊片3次的測試結(jié)果(見表2)。對線上墊片反復(fù)調(diào)整不同位置進行10次測試，零件尺寸、檢測工件總數(shù)、工件良品數(shù)和工件合格率與手工測量一致，且系統(tǒng)運行平穩(wěn)，零件二維碼質(zhì)量信息查詢便捷。

表2 實際尺寸及測量尺寸

5 結(jié)語

零件智能檢測系統(tǒng)采用二維碼技術(shù)，對在制品零件掃描和跟蹤，監(jiān)控收集生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可準確了解生產(chǎn)現(xiàn)場情況。該系統(tǒng)的應(yīng)用將人力、物力、財力有效分配，縮短了零件生產(chǎn)周期，為實現(xiàn)均衡生產(chǎn)提供了有力支持。對于小批量多品種的產(chǎn)品、關(guān)鍵零部件實現(xiàn)質(zhì)量跟蹤溯源，根據(jù)零件二維碼對檢驗記錄動態(tài)查詢；智能檢測系統(tǒng)可實時自動記錄，顯著減少人員的記錄測量結(jié)果時間，提高工作效率；以實測數(shù)據(jù)為基準進行SPC統(tǒng)計分析，為產(chǎn)品品質(zhì)提升、工藝改進提供支持。