模具行業(yè)是一個傳統(tǒng)、復雜、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攻關(guān)，因為大部分涉及到鑄造的工藝，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，精密的檢測設備很難在這種條件下完美運行，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備，能夠在第一時間檢測模具的表面缺陷，以判斷是否達標，為下一輪生產(chǎn)做準備。某結(jié)構(gòu)件鑄造企業(yè)，在實際生產(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，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50-60℃），對于檢驗操作人員是一項極大的考驗，且檢驗效率低、勞動強度大，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)合多年來機械視覺及設備可靠性防護方面的應用，提出了一種可行的解決方案。

圖1 待檢測的模具

此項目研發(fā)設計的自動檢測設備通過運動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及視覺系統(tǒng)的有機結(jié)合，可實現(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 檢測設備示意圖

該設備主要由兩大部分構(gòu)成，運動系統(tǒng)及視覺系統(tǒng)。運動系統(tǒng)包括X軸運動模組、Y軸運動模組、Z軸運動模組及設備支撐系統(tǒng)；視覺系統(tǒng)采用Cognex工業(yè)視覺系統(tǒng)，攝像頭固定于運動系統(tǒng)Y軸運動模組前端，通過運動系統(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，與標準圖像進行對比，計算機得出結(jié)論，實現(xiàn)模具表面的質(zhì)量檢測。

圖3 視覺檢測軌跡示意圖

圖4 設備工藝流程

設備可靠性及防護措施

（1）耐高溫作業(yè)。視覺系統(tǒng)采用耐高溫材料做防護衣，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。運動系統(tǒng)通過伺服電機控制運行速度，可實現(xiàn)運行線速度1000mm/s，運行往返時間可控制在15s內(nèi)，實現(xiàn)模具的快速相片采集檢測。

（3）檢測過程智能化。設備自動定位檢測點，對模具進行無死角相片采集，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1500mm，模組采用鋁型材減輕重量，同時對轉(zhuǎn)接板焊接加強筋，可實現(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 運動桿的受力分析

（5）設備節(jié)省空間。占地面積小，結(jié)構(gòu)簡化，與鑄造設備互不干涉，便于運維人員維護。

其實，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)提出的機器視覺在線模具自動化檢測方案，即便不對鑄造設備本體進行改造也可實現(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的檢測設備，例如3D掃描、激光檢測、全息掃描等。通過機器人三維檢測系統(tǒng)與鑄造流水線的無縫銜接，真正實現(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。