模具行業(yè)是一個傳統(tǒng)、復(fù)雜、充滿競爭的行業(yè)。企業(yè)每天都被緊張的工期、高精度的質(zhì)量要求和頻繁的人員流動所困擾。雖然自動化檢測技術(shù)在各行各業(yè)都有建設(shè)成果，但是在模具表面缺陷的視覺檢測方面，還鮮有人對其做過專項(xiàng)攻關(guān)，因?yàn)榇蟛糠稚婕暗借T造的工藝，往往伴隨著工況惡劣、高溫高壓、濕度較大、粉塵較大、干涉較多的情形，精密的檢測設(shè)備很難在這種條件下完美運(yùn)行，所以許多鑄造企業(yè)的模具檢測方法仍然以人工檢測為主。
鑄造模具的缺陷在線檢測，是指安裝在沖床或者模具周邊的輔助檢測設(shè)備，能夠在第一時間檢測模具的表面缺陷，以判斷是否達(dá)標(biāo)，為下一輪生產(chǎn)做準(zhǔn)備。某結(jié)構(gòu)件鑄造企業(yè)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，用于鑄造結(jié)構(gòu)件的模具在產(chǎn)品脫模后，可能會產(chǎn)生殘渣留存在模具表面上，如果直接將該模具用于新一輪的生產(chǎn)，會造成下一輪產(chǎn)品的表面缺陷，影響合格率。采用人工的方式檢驗(yàn)，因鑄造環(huán)境溫度較高（模具周邊溫度最高70℃，環(huán)境溫度可達(dá)50-60℃），對于檢驗(yàn)操作人員是一項(xiàng)極大的考驗(yàn)，且檢驗(yàn)效率低、勞動強(qiáng)度大，造成人員流失率高，不利于鑄造生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展。北鋼聯(lián)結(jié)合多年來機(jī)械視覺及設(shè)備可靠性防護(hù)方面的應(yīng)用，提出了一種可行的解決方案。
圖1 待檢測的模具
此項(xiàng)目研發(fā)設(shè)計的自動檢測設(shè)備通過運(yùn)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及視覺系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)模具的自動化檢測，在15s內(nèi)便完成一套模具的檢測流程，并能夠在線記錄檢測情況，反饋給中控室，有效提高了結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。
圖2 檢測設(shè)備示意圖
該設(shè)備主要由兩大部分構(gòu)成，運(yùn)動系統(tǒng)及視覺系統(tǒng)。運(yùn)動系統(tǒng)包括X軸運(yùn)動模組、Y軸運(yùn)動模組、Z軸運(yùn)動模組及設(shè)備支撐系統(tǒng)；視覺系統(tǒng)采用Cognex工業(yè)視覺系統(tǒng)，攝像頭固定于運(yùn)動系統(tǒng)Y軸運(yùn)動模組前端，通過運(yùn)動系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)換視覺系統(tǒng)的位置，采集模具表面的殘留物情況，與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對比，計算機(jī)得出結(jié)論，實(shí)現(xiàn)模具表面的質(zhì)量檢測。
圖3 視覺檢測軌跡示意圖
圖4 設(shè)備工藝流程
設(shè)備可靠性及防護(hù)措施
（1）耐高溫作業(yè)。視覺系統(tǒng)采用耐高溫材料做防護(hù)衣，并加裝散熱系統(tǒng)，拍攝鏡頭采用透明耐高溫材料，可在70℃環(huán)境下正常工作，且不影響其檢測效果。
（2）檢測過程迅速高效。運(yùn)動系統(tǒng)通過伺服電機(jī)控制運(yùn)行速度，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行線速度1000mm/s，運(yùn)行往返時間可控制在15s內(nèi)，實(shí)現(xiàn)模具的快速相片采集檢測。
（3）檢測過程智能化。設(shè)備自動定位檢測點(diǎn)，對模具進(jìn)行無死角相片采集，并通過相片信息自動鑒別質(zhì)量問題，發(fā)出報警信號。
（4）大行程移動平穩(wěn)。有效行程可達(dá)1500mm，模組采用鋁型材減輕重量，同時對轉(zhuǎn)接板焊接加強(qiáng)筋，可實(shí)現(xiàn)模組在有效行程內(nèi)的平穩(wěn)移動，確保相片采集質(zhì)量。
圖5 運(yùn)動桿的受力分析
（5）設(shè)備節(jié)省空間。占地面積小，結(jié)構(gòu)簡化，與鑄造設(shè)備互不干涉，便于運(yùn)維人員維護(hù)。
其實(shí)，鑄造模具表面缺陷自動化檢測技術(shù)一直掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國家公司手中，直接引入國外公司技術(shù)成本高昂，相對于我國大部分鑄造企業(yè)，很難承受其批量化生產(chǎn)的成本。所以北鋼聯(lián)提出的機(jī)器視覺在線模具自動化檢測方案，即便不對鑄造設(shè)備本體進(jìn)行改造也可實(shí)現(xiàn)其功能，能晝夜無人值守完成檢測工藝，對具有模具檢測需求的企業(yè)來講顯得極為重要。隨著越來越多耐苛刻環(huán)境的高科技檢測儀器問世，該方案中將集成更先進(jìn)的檢測設(shè)備，例如3D掃描、激光檢測、全息掃描等。通過機(jī)器人三維檢測系統(tǒng)與鑄造流水線的無縫銜接，真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的高效智能檢測，為模具鑄造行業(yè)現(xiàn)代化改造提供新的可能。
