家电行业：圆环外圆磕边检测可行性落地实践

01/10现场问题

一个随机出现在 360° 上的局部缺口

磕边的形态其实很单一：搬运或装夹时磕到外圆棱线，掉下一小块材料，留下一个缺口。难点不在形态，在三个附加条件。其一，它出现在圆周的任意角度，没有固定检测窗口，整整 108 mm 的外圆都要覆盖。其二，工件是合金件，端面有油污和方向性反光，普通照明下反光斑和正常车削纹理都可能被误判成异常。其三，正反两面都要检，一次成像只能看见一面。

更麻烦的是标准的缺位。「多小的磕边算 NG」这件事，客户还没给出判据。传统 AOI 的做法是先按一个假定档位收样本、训模型、调阈值，等标准明确了再重来一轮——这一轮返工的成本，往往比第一轮还高。所以本方案从一开始就把最小检出档位当作一个待填的参数来设计，而不是当作一个已知条件。

02/10磕边量化

先把「多大算大」量出来

手上有一批项目实际跑出来的检测结果图，模型已经把缺口用框标了出来（图 01 右下为未修改的原始输出）。但框只说明「这里有」，没说明「有多大」。既然工件外径 34.46 mm 是已知量，比例尺就可以自己反算：用亮场轮廓拟合外圆，得到半径的像素值，再与真实外径相除，就得到这批图的 mm/pixel。拟合时剔除最内侧 12 % 的轮廓点，避免缺口本身把基准圆往里拉。

标定之后，每一处缺口都可以换算成两个物理量：相对拟合圆的最大径向内缩（深度），以及下凹超过半深的角度跨度折成弧长。七处磕边的结果落在 0.046 – 0.244 mm 与 0.23 – 0.75 mm 两个区间。

两组对照值得注意。样本 C 与 D 深度几乎相同，弧长却差三倍多——深度与弧长并不成正比，只给一个面积或一个框尺寸，会把「长而浅」和「窄而深」混为一谈，而这两者在工艺上通常对应不同的判定。样本 G 是现有素材里最浅的一档，0.05 mm 大约只有该图基线抖动的两倍，已经接近这批图的量测下限。

需要说明的是，这批效果图短边为 1024 像素，比例尺约 0.041 mm/pixel，只有原始成像的一半左右。也就是说，上表是在降采样图像上量到的量级；原始分辨率下的实际余量比这更宽。

03/10成像口径

0.020 mm/pixel，整圈一帧拍完

现有配置是 500 万像素黑白相机、12 – 36 mm 变焦工业镜头、穹顶光源，工作距离 80 – 120 mm，工件静止拍摄。按 2448 × 2048 计算，要覆盖 Φ34.46 mm 并留出装夹余量，单帧视场取约 42 mm，对短边 2048 像素即 0.020 mm/pixel；这个视场对应的焦距落在 12 – 18 mm，正好在现有变焦范围内。

由此可以核出两个数。其一，外圆周长 π × 34.46 ≈ 108.3 mm，摊到 0.020 mm/pixel 上是约 5300 像素——整条待检边缘一帧就能覆盖，不需要分段拍摄，也不需要转台。这一点和大幅面工件的检测方案有本质区别：没有分段，就没有段间接缝、没有重复定位误差、也没有几十帧的曝光节拍。其二，一处 0.45 mm 弧长、0.23 mm 深的缺口，在原始分辨率下约占 22 × 11 像素——够分割贴住轮廓，但不宽裕，所以这条采样线是硬约束而不是余量。

穹顶光的作用则要单独说。大角度漫射照明让合金端面整体过曝成一片白，油污、车削纹理和方向性反光被一并压平；背景保持暗场，外圆边缘就成了一条高对比度的黑白分界。这一步把问题的性质换掉了：磕边不再是一个「表面看起来异常」的纹理问题，而是一个「剪影缺了一块」的几何问题。几何判据比纹理判据稳定得多，也更容易对上图纸公差。

变焦镜头是这套配置里唯一的风险点。12 – 36 mm 变焦便于调试，但焦距或光圈一旦被误碰，比例尺就变了，所有毫米判据随之失效。上线前必须锁死，或换成同焦段定焦。镜头的具体型号以实物铭牌为准。

04/10基准与工装

三中心共线，管的是照明而不是对中

「镜头光轴中心 = 穹顶光源中心 = 工件中心」是这套光路的基本要求。但把它拆开看，三种偏差对结果的影响完全不同，而工装只需要管住其中一种。

偏心可以被算法吸收。工件横向偏离光轴时，平行于像面的圆在投影下仍然是圆，只是位置变了。基准圆是从本图自身拟合出来的，圆心跟着一起平移，半径曲线不受影响。图 01 与图 03 用的那几张图里，工件其实都没有落在画幅正中，量测照样成立。偏心真正吃掉的是视场余量——偏得太多，外圆会被画幅切掉。

高度波动同样可以被吸收。工件端面高度变化会改变成像放大倍率，工作距离 100 mm 时每变化 1 mm 约带来 1 % 的尺度漂移，折成半径就是 0.17 mm 量级，比任何一处磕边都大。但只要判据定义成「相对本图拟合圆的径向内缩」，整体缩放就被同步抵消。反过来说，如果改成绝对直径判据，这 0.17 mm 会直接砸在结果上——这是判据形式选择带来的实际差别。

只有端面倾斜必须靠工装。工件端面相对光轴倾斜 α 时，外圆投影成椭圆，长短轴之差约为 D(1 − cos α)。代入 D = 34.46 mm：

所以定位工装的核心指标不是同心度，而是端面倾斜，控制在 3° 以内比较稳妥。即便机械上难以保证，也还有一层退路：椭圆度是沿圆周缓慢变化的二阶谐波，而磕边是局部尖峰，两者在展开曲线上形态完全不同，可以改用椭圆拟合或扣除低阶谐波把它压掉——但这属于余量，不该当成第一道防线。

那么三中心共线到底管什么？管照明的对称性。穹顶光的亮度分布绕光源轴对称，工件一旦偏心，圆周不同方位接收到的入射条件就不一致，边缘明暗过渡的宽度随方位漂移，二值化的阈值位置跟着漂——这部分误差是算法补不掉的。现有素材里恰好有一个佐证：圆周亮度最不均匀、下缘露出车削纹理的那张（样本 F），基线抖动是全组最大的 0.027 mm，约为最好一张（样本 E，0.013 mm）的两倍。

05/10轮廓判据

把圆周展开成一条线

磕边在圆周上的位置随机，这件事看起来是麻烦，其实有一个很干净的处理方式：先拟合外圆定出圆心与基准半径，再按角度逐点取轮廓的半径，把整圈展开成一条 r(θ) 曲线。展开之后，位置随机性就消失了——整圈是同一条判据，缺口表现为曲线上的一段下凹。

这条曲线一次解决了三件事。第一，判定量变成物理量：径向内缩多少毫米、下凹跨多少弧长，两个数都能直接对上图纸公差，不需要再解释「模型置信度 0.87」是什么意思。第二，信噪比可以算——未缺损圆周的残差 p95 就是这套光路的噪声底，本图约 0.015 mm，而缺口深 0.23 mm，相差约 15 倍；即使最浅的一档 0.05 mm，也还有约 2 倍。「能不能检出 0.1 mm」于是从一个感觉问题变成一次比值计算。第三，档位可调：最小检出尺寸定下来，只是把橙色判定线往上或往下挪一格，模型完全不动。

需要强调的是，这条曲线并不取代分割模型。展开给出的是稳定的量化口径，模型负责在复杂背景下把「哪一段属于缺口」判出来——包括把毛刺、夹持痕迹、工装遮挡与真正的磕碰区分开。两者是判据与感知的分工，不是替代关系。

06/10正反两面

一台翻面，还是两台并拍

一次成像只能看见一面，正反面各一次是绕不开的。节拍与预算都未确定，两种配置就同时保留：方案 A 用一套相机、镜头和光源分时拍两面，中间加一次翻面；方案 B 用两套光路正反面同时成像，省掉翻面动作。

值得指出的是，这两种配置对软件是同一套。无论一台还是两台，进入状态机的都是「正面结论」和「反面结论」两个事件，按同一个工件编号汇合，任一面命中磕边即整件 NG。方案 A 比方案 B 多一个「已翻面」状态，方案 B 比方案 A 多一路并行采图——换配置改的是流程编排，不是检测口径。

这带来一条实际的推进路径：先按方案 A 上线，把最小检出档位、样本库和判定阈值跑通；等节拍要求明确后再扩到方案 B，前期的样本、标注和阈值全部沿用，需要重做的只有第二套光路的标定。

07/10张量流

两条支路，汇进同一条工作流

视觉智能体部署在边缘侧：配置、推理、展示与结果输出在同一套软件里完成，零代码拖拉编排——从算子库拖出节点、按数据流连接。本项目的流很短：正反面各一条支路，采图 → 预处理（外圆定位与极坐标展开）→ 语义分割 → 事件探测，两路事件汇入同一个状态机，之后接存图与串口设备。

双击节点进入子编辑器：语义分割 → 标注工具，事件探测 → GPU 事件编排器，状态机 → 状态图编辑器。这条流的结构与工件规格无关，换一种圆环只需改标定值、样本与阈值，流本身可以直接复用到同类工位。

08/10语义分割

像素级掩膜，用 1–10 张样本把新形态定下来

磕边的边界不规则，缺口可能是尖 V、可能是长弧浅缺，用框回归很难贴合，而后续的深度与弧长换算又完全依赖轮廓精度。方案因此走像素级语义分割：在标注工具里用少量现场图定义「外圆磕边」这一个类别，产品侧按 1–10 张样本图、数分钟配置 起步，输出掩膜后再换算成毫米。

类别只有一个，反而让样本策略更清楚：要采的不是「更多缺陷种类」，而是覆盖检出边界的样本谱——明显磕边、临界磕边、正常件，以及容易被误判的干扰项（夹持痕迹、毛刺、油污残留、工装遮挡）。临界样本尤其关键，它直接决定了最小检出档位定在哪里才既不漏检也不虚报。训练与推理都在边缘 GPU 本地完成，工位画面不出厂。

09/10事件与状态机

把掩膜变成「深度超 0.10 mm」，再汇成一件的结论

分割只负责看见像素，业务要的是可判定事件。事件在 GPU 事件编排器里搭：由「物体存在」确认掩膜落在外圆环带上，再由「宽度检测」取相对拟合圆的径向内缩与毫米阈值比较，两者经「与」汇合。缺损弧长是同一条掩膜上的第二个量，单独成一个事件；缺口数量再成一个。

把阈值放在事件层而不是模型里，是整套结构的支点，对这个项目尤其重要：最小检出档位本来就还没定。系统可以先按一个初始档位上线跑数据，等客户标准明确，改的是配方里的毫米数，样本、标注和模型都不动。同理，允许的缺损弧长上限、单件允许的缺口数量，也都是配方里的数字。

状态机再把这些事件编成现场流程。工件到位后进入正面检测，正面合格才触发翻面、进入反面检测，两面均合格才放行计数；任一面命中即转 NG，存图时把角度位置、径向深度与弧长一并记录下来。这里有一处省节拍的细节：正面已经判 NG 的工件不必翻面，直接结算，翻面动作只发生在正面合格的件上。

10部署闭环

边缘本地推理，先跑数据再定标准

整套系统落在五层结构上：相机与穹顶光源负责采集；千兆工业以太网在内网传输，图像不出厂区；边缘 GPU 完成分割推理、尺寸换算、事件判定与状态机流转；前端提供实时画面、NG 报警、人工复核与按时间／件号／角度检索的追溯；配方统一管理相机参数、标定值、模型版本与阈值。原图、掩膜、结果图与结论按件归档，既是追溯材料，也是下一轮优化的样本来源。

对这个尚未锁定标准的项目，归档还有一层额外价值：系统跑起来之后，每一件的深度与弧长都会被记下来，几周之后就有了一张真实的尺寸分布。最小检出档位可以定在数据上，而不是定在感觉上。

系统硬件配置

下表只定设备类别与配置方向；具体型号在实物复核与节拍确定后冻结。

实施节奏

顺序上有一处与常规不同：标准对齐排在样本采集之前。判据没定就开始标注，标注规范会随判据一起返工。

适用边界也说清楚。本方案面向轮廓型缺陷，即在外圆剪影上造成缺失的磕碰缺口；如果验收范围还包括端面划伤、麻点、色差这类纹理型缺陷，穹顶光把端面压成白场的做法就不再适用，需要另配低角度或环形光作为第二套配方，属于另一条技术路径。工件高度尚未确认，会影响景深与工装设计；镜头实际型号与外径需按实物复核，顶部开孔尺寸随之确定。文中所有量测值取自降采样的效果图，用于确定量级；最小检出档位与 OK／NG 界限，以原始分辨率图像和客户验收标准为准。