5T/SAIASXXX—2025金屬回轉體外觀缺陷機器視覺在線采集系統技術規范本文件確立了金屬回轉體外觀缺陷機器視覺在線采集系統（以下簡稱“機器視覺在線采集系統”）的架構，規定了功能要求、性能要求，并描述了相關的測試方法。本文件適用于金屬回轉體外觀缺陷機器視覺在線采集系統。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB5080.7-1986設備可靠性試驗恒定失效率假設下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案GB/T5226.1機械電氣安全機械電氣設備第1部分：通用技術條件GB/T20438.1電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全第1部分：一般要求GB/T22239信息安全技術網絡安全等級保護基本要求GB/T25000.51-2016系統與軟件工程系統與軟件質量要求和評價（SQuaRE）第51部分：就緒可用軟件產品（RUSP）的質量要求和測試細則GB/T28448信息安全技術網絡安全等級保護測評要求GB/T28449信息安全技術網絡安全等級保護測評過程指南GB/T33863.8-2017OPC統一架構第8部分：數據訪問GB/T36344-2018信息技術數據質量評價指標GB/T39786信息安全技術信息系統密碼應用基本要求GB/T42980-2023智能制造機器視覺在線檢測系統測試方法3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1金屬回轉體metalrotatingbodies以金屬材料為基礎，通過平面母線繞固定旋轉軸回轉生成的幾何對稱三維實體。其數學表征要求母線為旋轉軸坐標的單值連續函數，確保表面曲率及輪廓的嚴格可測性。本文件適用的場景要求：a)典型應用：各種軸類、盤類部件，一般存在于機械傳動系統。b)檢測要求：工作表面粗糙度宜≤Ra12.5，滿足光學檢測系統對漫反射噪聲的抑制需求。3.2機器視覺在線采集系統onlineacquisitionsystembasedonmachinevision融合了光學成像、數字圖像處理、計算機視覺以及自動化控制等多領域技術，能夠在生產或檢測過程中實時獲取目標物體圖像信息的智能系統。3.3隧道光源（TunnelLighting）一種應用于機器視覺系統的結構化照明光源，采用反射式光學組件構建均勻多角度照明，隧道狀反射穹頂不僅可抑制雜散光干擾還可形成均勻的反射光場，照明區域呈隧道形分布。適用于邊緣識別、表面形貌檢測及微缺陷辨識等高精度視覺任務。3.4半隧道光semi-tunnellighting6T/SAIASXXX—2025也稱半隧道光源（Half-TunnelLighting），是由隧道光源沿軸線分割形成的可調式分體雙光路光學系統，通過動態調節分體結構間距適配不同軸徑的檢測需求。其繼承隧道光源的均勻反射光場與抗雜散光特性，同時具備光斑混合調節功能，可精準匹配回轉體曲面輪廓，實現金屬工件表面細微缺陷識別與形貌解析。4縮略語下列縮略語適用于本文件。APS高級計劃與排程(AdvancedPlanningandScheduling)DMS文檔管理系統(DocumentManagementSystem)GigE千兆以太網（GigabitEthernet）HTTPS：超文本傳輸安全協議（HypertextTransferProtocolSecure）MES制造執行系統(ManufacturingExecutionSystem)MTBF：平均故障間隔時間（MeanTimeBetweenFailure）MTTR：平均修復時間（MeanTimetoRepair）OPCUA：用于過程控制的OLE統一架構（OLEforProcessControlUnifiedArchitecture）SPC統計過程控制(StatisticalProcessControl)TCP：傳輸控制協議（TransmissionControlProtocol）UDP：用戶數據包協議（UserDatagramProtocol）5機器視覺在線采集系統架構5.1整體架構5.1.1機器視覺在線采集系統的整體架構見圖1。圖1機器視覺在線采集系統整體架構5.1.2金屬回轉體外觀缺陷機器視覺在線采集系統涉及設備層、控制層和車間層：a)設備層主要涉及接收相關控制指令并反饋系統在線檢測信息的各類檢測執行設備，包括：待檢產品的輸送，定位，OK/NG產品的分揀等。設備層借助檢測執行模塊與控制系統建立連接7T/SAIASXXX—2025后，通過千兆以太網（GigE）與車間層進行數據通訊，，傳輸生產數據、質量檢測結果、設備狀態等信息。b)控制層主要涉及機器視覺系統的參數配置模塊、輸入模塊、光源控制模塊、成像控制模塊、處理模塊、輸出模塊、存儲模塊等。c)車間層主要涉及與MES、SPC、DMS、APS等車間管理系統。5.1.3在車間的信息流中，機器視覺在線采集系統實現流程如下（見圖2）。附錄A給出了一個金屬回轉體機器視覺在線采集的示例。a)參數配置模塊接收車間管理系統中的各項檢測要求，將相應參數配置至輸入模塊、光源控制模塊、處理模塊和輸出模塊；b)輸入模塊由若干組面陣相機組成。c)光源控制模塊對回轉體端面采集工位進行多重曝光亮度控制，對軸面采集工位“半隧道光”開合度進行控制。d)成像控制模塊用于軸面采集工位中相機采集幀率和回轉體轉速的同步控制。機器視覺在線采集系統的軸面采集工位的圖像采集為基于固定幀率的視頻采集。e)處理模塊接收圖像和視頻數據，運用傳統圖像處理方法和機器學習方法對數據進行檢測處理，輸出判別結果。f)輸出模塊依據特定形式和接口要求，將處理結果及檢測相關信息分別傳輸至檢測執行設備和存儲模塊。g)存儲模塊將處理結果和相關信息數據統一存儲于本地或云端數據庫，滿足檢測數據管理、查詢等需求，同時為處理模塊提供樣本數據（包括樣本圖像和對應處理結果）。8T/SAIASXXX—2025圖2機器視覺在線采集系統實現流程5.2輸入模塊輸入模塊應滿足以下要求：a)端面采集系統：1)每個端面布置至少1組全局快門面陣相機（分辨率≥130萬像素）；2)光源配置：平面端面采用同軸光源（亮度≥5000Lux碗型凹面采用高角度環形光源（入3)圖像采集過程中待檢目標應保持靜止。b)軸面采集系統：9T/SAIASXXX—20251)相機配置：高速工業相機（分辨率≥1280×1200像素，幀率≥1000fps@光照強度≥1000Lux）；2)光源配置：對稱分布的半隧道光（照度范圍XX～XX，適配軸徑φ20mm~φ200mm）。3)接口支持Cameralink、萬兆網或CoaxPress（帶寬≥2Gbps）；4)圖像采集過程中待檢目標應以恒定的轉速勻速旋轉，軸面相機采集完完整回轉體一周的數據后，目標轉動停止。5.3成像控制模塊成像控制模塊應滿足以下要求：a)同步控制：1)通過編碼器反饋實時調整相機幀率，確保圖像采集與回轉體轉速嚴格同步。2)允許轉速偏差≤±1r/min，幀率偏差≤±5fps。3)軸面采集工位中，相機幀率（f）與回轉體轉速（w）應滿足同步關系：式中：f——幀率（fps）；w——轉速（r/mind——軸外徑（mm）；n——融合系數（默認值1）；σ——檢測精度（mm/pixel）。b)圖像校準：1)每周進行一次光學校準，使用標準棋盤格標定板（精度：±0.01mm）。2)校準后圖像畸變率≤0.1%。5.4光源控制模塊光源控制模塊應滿足以下要求：a)端面多重曝光控制：1)曝光時間范圍：5000μs～30000μs，可調級數≥3級；2)亮度動態范圍≥80dB，融合后圖像灰度差異≤5%；3)數字控制器：可調級數≥255級。b)軸面半隧道光控制：1)開合度調節步長≤5°,適配不同軸徑；2)光源均勻性測試：使用漫反射板檢測，灰度標準差≤10；3)數字控制器：可調級數≥255級。5.5處理模塊處理模塊應滿足以下要求：a)算法要求1)傳統算法：——Canny邊緣檢測：處理延遲≤50ms；——形態學操作：腐蝕/膨脹迭代次數≤3次。2)深度學習算法：——模型類型：YOLOv5或U-Net；視頻融合算法、濾波算法和圖像增強算法。——魯棒性驗證：按GB/T25000.51-2016注入噪聲（信噪比≤20dB）測試。b)輸出要求：軸面展開圖和實際物理尺寸一一對應，不變形。5.6輸出模塊T/SAIASXXX—2025輸出模塊應滿足以下要求：a)通訊輸出：1)接口類型：ProfibusDP、EtherCAT或24V數字信號；2)響應時間：指令傳輸延遲≤10ms。b)文件輸出：1)檢測結果格式：CSV（字段包含時間戳、缺陷類型、坐標）、XML（符合ISO/IEC19776標準）；2)圖像格式：PNG（無損壓縮）、JPEG（壓縮比≤10%）。c)顯示輸出：1)工業顯示屏：分辨率≥1920×1080，刷新率≥60Hz；2)實時顯示內容：檢測結果、系統狀態、報警信息。5.7存儲模塊存儲模塊應滿足以下要求：a)本地存儲：1)硬盤容量≥4TB，支持RAID1冗余備份；2)存儲周期：原始圖像≥6個月，檢測結果≥1年。b)云端存儲：數據加密：AES-256算法，傳輸協議為HTTPS（TLS1.2以上）。c)數據檢索：支持按時間范圍、批次號、缺陷類型查詢，響應時間≤3s。6機器視覺在線采集系統功能要求6.1遠程控制6.1.1系統應支持以下遠程操作功能：a)啟動：通過指令觸發系統初始化，啟動時間≤10s；b)停止：緊急停止響應時間≤200ms；c)模式切換：自動/手動模式切換延遲≤1s；d)關機：安全關機時數據保存完整性=100%。6.1.2遠程操作應通過HTTPS協議加密傳輸（TLS1.2及以上）；6.1.3操作日志應記錄時間戳、操作類型及執行結果。6.2操作模式機器視覺在線采集系統應具備通過命令、設置菜單或操作按鈕更改操作模式的功能。應至少支持以下四種操作模式。a)單機操作模式：使用內置程序、控制菜單或按鈕控制，根據需要更改系統操作參數，系統可獨立執行所有操作。在此模式下，其他系統或控制器不可控制機器視覺在線采集過程。b)在線操作模式：系統應支持在線遠程控制。在此模式下，其他系統可遠程監控和維護。c)協作操作模式：若系統的檢查周期大于生產線周期，則應將機器視覺在線采集系統設置為協作模式。在此模式下，每個機器視覺在線采集系統只完成部分任務。d)校準操作模式：用于機器視覺在線采集系統的標定過程。在此模式下，機器視覺在線采集系統應參考已知模式進行校準，確保所有系統設置參數和判別結果一致。6.3系統配置機器視覺在線采集系統應提供配置管理菜單或編程工具，供用戶按照各類用途配置系統功能或更改系統性能。以下情況應重新配置機器視覺在線采集系統。a)計劃新建生產線時，應評估機器視覺在線采集系統的采集周期與生產周期的匹配度。b)計劃設置新的質量控制標準時，應提供調整質量控制參數的方法。T/SAIASXXX—20256.4系統自診斷機器視覺在線采集系統應具備系統自診斷的功能。系統自診斷應滿足以下要求：a)開機診斷：通電后，使用特定的應用程序執行全面運行診斷。開機診斷應自動提示錯誤代碼或錯誤消息，以便進行故障定位。只有當全部開機診斷項目都正常通過后，系統才能進入正常運行準備狀態。b)實時診斷：系統正常工作時，運行內部診斷程序，對系統本身及外部輸入/輸出設備進行自動測試、檢查，并顯示相關信息和故障。實時診斷一般會在系統工作時反復進行。6.5遠程維護機器視覺在線采集系統應具備遠程維護功能，遠程維護應滿足以下要求：a)狀態監測：實時上傳設備溫度、濕度及運行日志；b)遠程升級：1)固件/軟件升級支持斷點續傳，升級失敗自動回滾成功率≥99%；2)遠程操作延遲≤2s；3)日志需包含操作時間、用戶ID、操作結果。1)遠程維護需通過VPN接入，雙因素身份認證（用戶名+動態令牌）；2)維護操作日志加密存儲（AES-256算法）。6.6通信6.6.1通信硬件通信硬件應滿足以下要求：a)工控機：1)配備GigE接口；2)采用高性能處理器并具備足夠內存，以滿足圖像數據處理和其他通訊任務的需求。b)網絡設備：1)使用工業級交換機；2)確保網絡穩定性和抗干擾能力。c)環境：1)采用屏蔽網線或光纖通信，減少電磁干擾；2)確保工控機、相機和網絡設備在規定的溫度和濕度范圍內運行。d)安全：1)啟用網絡防火墻，防止未經授權的訪問，對敏感數據進行加密傳輸，確保數據安全；2)設置用戶權限，限制對工控機和車間層系統的訪問。6.6.2通信協議應適配兩種以上的工業以太網接口，支持OPCUA，數據訪問應符合GB/T33863.8-2017。6.6.3通信接口通信接口應滿足以下要求：a)接口類型：GigE（帶寬≥1Gbps）、USB3.0（帶寬≥5Gbps）、Cameralink；b)接口安全性：支持MAC地址綁定，非法設備接入阻斷時間≤1s。6.6.4通信數據質量通信數據質量應滿足以下要求：a)完整性：系統應通過數據校驗機制（如CRC校驗）和冗余傳輸協議，數據丟包率≤0.01%。b)實時性：端到端延遲≤100ms（示波器測量）。c)加密傳輸：應符合GB/T39786（AES-256算法）。T/SAIASXXX—20257機器視覺在線采集系統性能要求7.1安全性7.1.1電氣與機械安全電氣與機械安全應符合GB/T5226.1的規定。7.1.2功能安全功能安全應符合GB/T20438.1的規定。7.1.3信息安全信息安全應符合GB/T22239的規定。7.2可靠性7.2.1平均故障間隔時間（MTBF）平均故障間隔時間（MTBF）應≥30天。7.2.2平均修復時間（MTTR）平均修復時間（MTTR）應≤2小時。7.3可維護性7.3.1模塊化維護故障模塊（如相機、光源）更換時間≤30分鐘。更換后系統功能正常，參數配置自動恢復率=100%；支持熱插拔功能，更換后系統自識別時間≤10s。7.3.2維護工具兼容性維護工具兼容常見工業接口（如M12、RJ45）。工具適配率=100%（無兼容性報錯）。7.4兼容性7.4.1內部兼容性采集系統支持至少3種品牌工業相機，在相機驅動程序安裝完成后可實現即插即用；光源的波長應與相機的感光范圍匹配，亮度與強度可調整，調節誤差≤5%，光源選用LED光源，使用壽命滿足工業應用需求。7.4.2外部兼容性與MES系統數據交互符合ISA-95的要求。通信協議支持OPCUA。7.5速度系統采集全流程時間應滿足以下要求：a)外徑≤100mm時，t≤60s（視頻采集≤10s，處理≤45s，輸出≤5s）；b)外徑＞100mm時，t=60+0.5×(d-100)（d為外徑，單位mm）。7.6穩定性7.6.1成像穩定性連續運行24小時成像失敗率≤0.1%。T/SAIASXXX—20257.6.2系統運行穩定性平均CPU負載≤70%，內存占用率≤80%。無故障連續運行時間≥7天。8機器視覺在線采集系統測試方法8.1測試環境除另有規定外，測試環境應滿足以下要求：a)測試工具及儀器儀表應經過校準，且部署了與待測系統相適應的測試場景；b)環境溫度：0℃~45℃;c)相對濕度：35%～85%；e)按照說明書啟動待測系統并進行一次圖像采集，系統應能輸出采集結果。8.2功能測試方法8.2.1遠程控制該功能的測試步驟包括：a)通過遠程指令觸發系統啟動，記錄啟動時間。b)發送停止指令或觸發急停按鈕，記錄響應時間。c)通過HMI界面或遠程指令切換模式，記錄切換延遲時間，查看是否滿足以下要求：1)自動模設式下，系統按預流程執行檢測；2)手動模式下，人工干預可調整參數（如曝光時間、ROI區域）。d)通過遠程指令關閉系統，檢查數據保存完整性=100%。e)檢查系統日志文件，驗證是否記錄時間戳、操作類型及執行結果。f)模擬操作失?。ㄈ缇W絡中斷），檢查日志是否記錄失敗原因。g)HTTPS加密傳輸驗證：1)使用Wireshark等網絡抓包工具捕獲系統遠程操作時的通信數據；2)驗證通信協議是否為HTTPS（TLS1.2及以上）；3)檢查捕獲的數據包是否為密文，確保未經授權的第三方無法解密。8.2.2操作模式該功能的測試步驟包括：a)按照說明書將待測系統設置為操作者模式，按照說明書操作該模式下的菜單或命令清單，查看操作結果，操作者應具有對異常、缺陷報警處理等權限；b)按照說明書將待測系統設置為管理者模式，按照說明書操作該模式下的菜單或命令清單，查看操作結果，管理者模式應具有賬號權限管理等權限。8.2.3系統配置該功能的測試步驟包括：a)根據說明書指導，修改待測系統配置管理菜單或編程工具，保存、退出、關機、重啟，再次進入系統配置功能，檢查配置是否與關機前一致；b)根據說明書指導，操作待測系統的配置管理菜單或編程工具修改系統配置，加載已保存的系統配置，檢查該配置是否生效。8.2.4系統自診斷該功能的測試步驟包括：a)根據說明書進入系統設置，開啟自診斷功能；b)打開系統電源，系統應自動進入開機自檢狀態，查看系統指示燈或者顯示屏是否顯示診斷結果狀態或報告；T/SAIASXXX—2025c)根據說明書啟動實時診斷功能，檢查診斷結果是否與實際情況一致；d)人工模擬訪問異常、軟件異常、數據傳輸異常等情況，查看待測系統是否報警；e)按照說明書處理異常，查看待測系統是否繼續報警。8.2.5遠程維護狀態監測在網絡環境正常情況下運行待測系統，在用戶需求文檔指定測試周期內，通過遠程計算機控制待測系統，查看待測系統是否具備遠程狀態監測功能。遠程在線升級該功能的測試步驟包括：a)通過VPN遠程登錄系統維護端口；b)執行軟件升級操作（如從V1.0升級至V1.1）；c)模擬升級失敗，觸發回滾機制；d)檢查日志記錄完整性。雙因素認證該功能的測試步驟包括：a)使用VPN遠程登錄系統維護端口。b)輸入用戶名和動態令牌，驗證是否成功登錄。c)模擬動態令牌錯誤，檢查是否拒絕登錄。維護日志加密存儲該功能的測試步驟包括：a)執行遠程維護操作（如固件升級）。b)檢查維護日志文件是否為加密存儲。c)嘗試解密日志文件，驗證是否無法解密。8.2.6通信通信協議該功能的測試步驟包括：a)將檢測執行設備、車間管理系統通過設置TCP、UDP等2種以上通信協議與待測系統建立連接；b)車間管理系統按照說明書發送檢測要求；c)查看待測系統是否按要求運行任務，檢查判斷結果是否與要求一致；d)查看檢測執行設備是否按要求執行檢測任務。通信接口該功能的測試步驟包括：a)將檢測執行設備、車間管理系統通過設置工業以太網等兩種以上通信接口與待測系統建立連接；b)車間管理系統按照說明書發送檢測要求；c)查看待測系統是否按要求運行任務，檢查判斷結果是否與要求一致；d)查看檢測執行設備是否按要求執行檢測任務。通信數據質量.1完整性測試應符合GB/T36344-2018中5.3的規定。.2端到端延遲測試步驟包括：a)觸發信號：通過PLC發送檢測觸發脈沖，同時由PLC打印觸發脈沖時間Log，精確到ms級；b)結果輸出：另一端系統收到觸發脈沖后，打印接受到的時間Log；c)數據采集：重復測試100次，記錄每次延遲時間。T/SAIASXXX—202.3加密傳輸測試步驟包括：a)使用協議分析工具（如Wireshark）捕獲通信數據，驗證是否為密文；b)模擬中間人攻擊，驗證數據是否無法解密；c)檢查加密算法是否符合GB/T39786（AES-256）。8.3性能測試方法8.3.1安全性電氣與機械安全電氣與機械安全測試應符合GB/T5226.1-2019第18章。功能安全功能安全測試應符合GB/T20438.1-2017第8章。信息安全信息安全測試應符合GB/T28448及GB/T28449。8.3.2可靠性平均故障間隔時間（MTBF）平均故障間隔時間（MTBF）應依據GB5080.7-1986第5章進行測試并記錄結果。平均修復時間（MTTR）平均修復時間（MTTR）應依據GB/T42980-2023進行測試。8.3.3可維護性模塊更換該功能的測試步驟包括：a)模擬相機模塊故障（如斷開電源或信號線）；b)記錄從故障報警到備件更換完成的總時間；c)使用標準工具（如M3螺絲刀、RJ45拔插器）執行更換操作；d)重啟系統并驗證功能恢復。維護工具兼容性.1測試工具包括：a)工業級萬用表（精度：±0.5%）；b)通用維護工具包（含M12接口扳手、光纖清潔筆）；c)品牌A/B/C相機模塊備件。.2該功能的測試步驟包括：a)使用工具拆卸/安裝相機、光源模塊；b)更換不同品牌備件；c)驗證系統即插即用功能。8.3.4兼容性內部兼容性該功能的測試步驟包括：a)安裝至少3種品牌工業相機的驅動程序；b)驗證相機是否能夠即插即用，系統是否自動識別；c)檢查光源波長與相機感光范圍是否匹配，亮度調節誤差≤5%。外部兼容性T/SAIASXXX—2025該功能的測試步驟包括：a)配置MES系統與機器視覺在線采集系統的通信接口。b)按ISA-95標準發送工單，驗證系統是否能夠正確接收并執行檢測任務。c)檢查通信協議是否支持OPCUA。8.3.5速度速度測試應符合GB/T42980-2023。8.3.6穩定性成像穩定性該功能的測試步驟包括：a)樣本設置：連續運行系統檢測1000件標準金屬回轉體（含人工缺陷樣本）；b)數據采集：記錄成像失敗次數（如圖像模糊、丟失幀）。系統運行穩定性該功能的測試步驟包括：a)負載監測：連續運行24小時，實時記錄CPU負載(≤70%）、內存占用(≤80%）、GPU溫度(≤85℃);b)故障統計：統計系統宕機、通信中斷等異常事件次數。T/SAIASXXX—2025（資料性）汽車等速萬向節外套外觀缺陷機器視覺在線采集方法A.1原理汽車等速萬向節外套外觀缺陷機器視覺在線采集的原理如下：a)圖像采集。根據回轉體特征設置多組檢測工位，零件端面檢測工位各設置一套相機和光源采集單幀圖像，軸面檢測工位根據軸長和汽車等速萬