隨著工業(yè)發(fā)展，金屬工件趨于精細(xì)化和復(fù)雜化，同時在宇航工藝、車輛制造業(yè)及輕工產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域起到了難以取代的作用，這使人們對金屬工件表面質(zhì)量的需求也越來越高。 但在制造金屬工件的過程中， 由于原材料、加工工藝、周圍工作環(huán)境等多種原因，金屬工件表面會出現(xiàn)劃傷、擦傷、凹凸坑等缺陷。這些缺陷不僅影響了工件外表的美觀性還給工件的抗疲勞性，耐受性和抗腐蝕性帶來嚴(yán)重的影響。 在實(shí)際應(yīng)用中，若金屬工件表面產(chǎn)生這些缺陷會對后續(xù)的使用帶來不可估量的消極影響，更會影響生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會形象。

因此怎樣檢測和控制金屬表面缺陷成為目前金屬表面質(zhì)量改進(jìn)的重要問題，這就迫使金屬表面檢測技術(shù)不斷提升，對檢測算法的研究不斷加深。 檢測過程中金屬工件的復(fù)雜表面會增加表面缺陷檢測難度，在本文研究中，金屬工件為手機(jī)內(nèi)部芯片屏蔽罩，其表面為平面并具有紋理，同時紋理具有多樣性和不確定性。 比如：有些紋理是自上而下無規(guī)律排列的條紋型， 與工件表面產(chǎn)生的劃傷類缺陷非常相似，很容易造成檢測的誤判；有些紋理是無規(guī)律排列的磨砂型，當(dāng)缺陷非常細(xì)微時不易檢測出來；而有些紋理是周期性的凹凸坑，檢測時會產(chǎn)生有規(guī)律性的光點(diǎn)或暗點(diǎn)影響檢測的精度。



通過研究金屬復(fù)雜表面缺陷檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)缺陷檢測的自動化，可以減少在檢測過程中由于人工造成的誤檢、 漏檢現(xiàn)象，還能節(jié)約時間，為金屬工件制造公司提髙生產(chǎn)效益，從而節(jié)省勞動生產(chǎn)成本并優(yōu)化公司內(nèi)部人力資源結(jié)構(gòu)。

01

金屬復(fù)雜表面缺陷的分類及成因

通過對企業(yè)提供的金屬工件表面缺陷進(jìn)行分析，可以看出缺陷的尺寸、外在形狀等都存在著一定的隨機(jī)性和復(fù)雜性。通過分析缺陷形成的主要因素、缺陷的形狀特征，以及制造商對缺陷的檢測要求，將缺陷分為劃傷、擦傷和凹凸。 以下是這些缺陷的種類和成因：

1） 劃傷類缺陷 特征：形狀細(xì)長呈帶狀， 具有方向性但方向不確定。

產(chǎn)生原因：

★在拋光工件時， 由于機(jī)械或金屬設(shè)備的碰撞， 會使工件表面產(chǎn)生劃傷。

★由于磨料中的磨粒、 微屑、 雜質(zhì)等因素的存在， 在磨削過程中， 磨削機(jī)器會造成工件的條形疤痕。

影響：劃傷溝槽中的物料碎屑會被擠壓出來， 在運(yùn)轉(zhuǎn)時對密封部位產(chǎn)生損傷， 并有可能產(chǎn)生新的劃傷區(qū)域痕跡， 從而影響制品的耐磨性能。



2） 擦傷類缺陷

特征：呈多條直線或者多段弧形狀， 有一定長度和寬度， 深度一般較淺， 并且沿著滑移（或移動） 的方向從深到淺， 在金屬工件的局部或表面上連續(xù)或間斷地分布。

產(chǎn)生原因：

★由于運(yùn)輸搬運(yùn)過程中硬物刮擦造成擦傷。

★鍛壓機(jī)械制作工藝不良導(dǎo)致表面不平滑、 受損嚴(yán)重或沾有異物， 鍛壓時將金屬表面擦傷。

影響：擦傷類溝槽會使工件表面粗糙度上升， 摩擦增加， 容易發(fā)生爬行現(xiàn)象。



3） 凹凸類缺陷

特征：此類缺陷的亮度總體比非缺陷區(qū)域亮或暗， 呈塊狀或突起狀異物等， 且尺寸不一， 位置不定。

產(chǎn)生原因：

★在切削過程中，由于工具或其它硬物質(zhì)的撞擊或擠壓而造成的。 ★主要是由于成品或前孔軋制過程中出現(xiàn)砂眼、 脫塊、 開裂等原因。

★在軋制時， 過量的硬金屬會被擠壓到金屬工件的表面， 從而產(chǎn)生凹槽。

影響：凹坑不僅會提升表面的粗糙程度， 而且還會使鍍層的一致性受到很大的影響，甚至有可能形成更大的鍍層脫落。



4） 混合類缺陷

特征：此類缺陷由以上三種缺陷隨機(jī)組成， 但缺陷的亮度統(tǒng)一， 總體比非缺陷區(qū)域亮或暗， 大小不同、 位置不固定。

產(chǎn)生原因：一般情況下是由于生產(chǎn)過程中的機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障或機(jī)械老化所致， 不僅僅是因?yàn)闄C(jī)床出現(xiàn)問題， 還可能與切屑、 刀具、 鍛壓機(jī)械設(shè)備有關(guān)系。

影響：嚴(yán)重的混合類缺陷會對表面粗糙度及表面涂層的一致性有比較大的影響， 不僅會發(fā)生爬行現(xiàn)象還造成更大面積的涂層剝落缺陷從而降低產(chǎn)品的耐磨性。

02

檢測任務(wù)及指標(biāo)

由于工件體積小、 厚度薄， 所產(chǎn)生的缺陷大多在表面， 即使很微小的表面缺陷也會影響后續(xù)產(chǎn)品性能， 所以需要檢測工件的表面部分。

檢測任務(wù)：文中金屬工件的表面為平面， 要求檢測工件表面的劃傷、 擦傷及凹凸坑三類缺陷。首先對工件表面有無缺陷進(jìn)行判斷， 然后再對缺陷進(jìn)行分類。

檢測精度：要求檢測出長度超過 0.5mm 的劃傷類缺陷和擦傷類缺陷；檢測出尺寸大于 0.5*0.5mm 凹凸類缺陷。

檢測指標(biāo)及要求：漏檢是指在檢出的合格工件中有缺陷工件， 將缺陷工件確認(rèn)為合格工件。誤檢是指檢出的缺陷工件中有合格工件， 將合格工件確認(rèn)為缺陷工件。

03

金屬復(fù)雜表面缺陷檢測

背景紋理為凹凸坑的缺陷檢測結(jié)果分析

表面為凹凸坑型紋理的金屬工件產(chǎn)生的混合類缺陷數(shù)目最多， 劃傷類和擦傷類次之， 凹凸類缺陷最少， 其中劃傷類和擦傷類缺陷目標(biāo)的特征信息都較為明顯；但在檢測凹凸類或部分微弱缺陷時， 由于缺陷目標(biāo)體積較小不易識別因此將部分圖像進(jìn)行了放大處理以便觀測。

背景紋理為磨砂型的缺陷檢測結(jié)果分析

磨砂型紋理背景中產(chǎn)生的擦傷類和凹凸類缺陷較多，劃傷類和混合類次之，同時三類缺陷目標(biāo)的特征信息都較為明顯，但缺陷體積都十分細(xì)微，為了方便分析結(jié)果，對磨砂型紋理背景圖像都做了不同程度的放大處理。

背景紋理為條紋型的缺陷檢測結(jié)果分析

條紋型紋理背景中三類缺陷目標(biāo)的特征信息都較為明顯， 由于條紋型紋理背景的樣本數(shù)目較少， 所以缺陷類型并不完全， 缺少混合類型缺陷。但針對三種典型的缺陷目標(biāo)， 此缺陷檢測方法檢測到的缺陷信息準(zhǔn)確度較高， 能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。





審核編輯：劉清