彭 煜，趙大興，孫國(guó)棟，原振方

（湖北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，武漢 430068）

0 引言

接插件是一種使用極其廣泛的電子元器件，有電子設(shè)備，就有接插件的存在，我國(guó)是接插件生產(chǎn)大國(guó)，但產(chǎn)品質(zhì)量水平參差不齊。目前我國(guó)的接插件生產(chǎn)方式既有家庭小作坊式的，也有比較先進(jìn)的現(xiàn)代化生產(chǎn)線，同時(shí)生產(chǎn)和管理水平也有很大的不同，因此產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的差別也比較大[1]。根據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上多數(shù)的接插件可靠性較差、淘汰率較高，這種現(xiàn)象的存在主要是由于接插件其體積小、精密度高，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)達(dá)不到如此高的精度，而市面上已有的接插件檢測(cè)設(shè)備也因?yàn)槠涓甙旱膬r(jià)格讓諸多小規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)難以接受，從而導(dǎo)致檢測(cè)能力上不去，直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。

本文正是針對(duì)目前市場(chǎng)上接插件產(chǎn)品質(zhì)量差、檢測(cè)水平低、相關(guān)檢測(cè)設(shè)備昂貴等問題，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化雙目視覺測(cè)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)采用全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PLC控制各機(jī)械部分，通過改進(jìn)現(xiàn)有的算法，實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)高精度、高速率在線檢測(cè)，且軟件系統(tǒng)和機(jī)械硬件結(jié)構(gòu)采用可重構(gòu)技術(shù)，增強(qiáng)了整個(gè)設(shè)備的可靠性及可維護(hù)性，成本低，對(duì)工作的環(huán)境要求低，安全系數(shù)高，能滿足不同規(guī)模接插件企業(yè)的質(zhì)檢要求[2]。

1 系統(tǒng)檢測(cè)的設(shè)計(jì)要求

1.1 檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行

整個(gè)接插件測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)由機(jī)械硬件和計(jì)算機(jī)軟件二部分組成，整個(gè)結(jié)構(gòu)特征在于：包括上下料結(jié)構(gòu)、細(xì)分工作臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器、位置傳感器、PLC控制機(jī)箱、圖像采集單元和工控機(jī)，細(xì)分工作臺(tái)用于置放電子接插件，驅(qū)動(dòng)器連接在細(xì)分工作臺(tái)上，用于驅(qū)動(dòng)細(xì)分工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，位置傳感器安裝在細(xì)分工作臺(tái)沿其運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)，PLC控制機(jī)箱與細(xì)分工作臺(tái)電連接，圖像采集單元設(shè)于細(xì)分工作臺(tái)的側(cè)邊，由光源、相機(jī)和圖像采集卡組成，相機(jī)朝向細(xì)分工作臺(tái)的方向垂直于細(xì)分工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向，光源設(shè)于相機(jī)和細(xì)分工作臺(tái)之間，相機(jī)通過圖像采集卡與工控機(jī)連接[3]，如圖1所示。

圖1 視覺測(cè)量系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)構(gòu)框圖

其中，1為控制柜，2為細(xì)分工作臺(tái)，3為伺服電機(jī)，4為工作平臺(tái)，5為PLC控制機(jī)箱，6為人機(jī)界面，7為電源開關(guān)，8為急停鍵，9為蜂鳴器，10為CCD相機(jī)，11為相機(jī)支架，12為工控機(jī)顯示器，13為光源，14為剔除機(jī)構(gòu)，15為出料平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行涉及到步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速控制、PLC控制器的通信控制、CCD的觸發(fā)方式控制、界面的實(shí)時(shí)顯示、海量圖像的實(shí)時(shí)處理、數(shù)據(jù)庫的記錄、剔除機(jī)構(gòu)的執(zhí)行等諸多任務(wù)，因此，我們需要將各個(gè)分離的設(shè)備、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)中，使資源得到充分共享，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，并最終完成檢測(cè)，檢測(cè)系統(tǒng)的分段測(cè)量運(yùn)行流程如圖2所示。

圖2 接插件檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

1.2 部件的選取

本項(xiàng)研究是基于機(jī)器視覺的接插件測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)圖像采集的要求比較高。對(duì)于微型電子接插件表面平整度和平面度檢測(cè)，考慮其測(cè)量目標(biāo)，要求測(cè)量分辨率高，以及從經(jīng)濟(jì)效率考慮，選用德國(guó)AVT公司生產(chǎn)的面陣CCD相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其像元尺寸靈活，幀幅數(shù)高，適用于一維動(dòng)態(tài)目標(biāo)的測(cè)量?；诮硬寮妮^小的尺寸，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)選擇100×100(mm)方形，而考慮到檢測(cè)平臺(tái)的平穩(wěn)性、準(zhǔn)確性，采用螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)方式傳動(dòng)。基于此，使用日產(chǎn)細(xì)分工作臺(tái)使接插件做分段運(yùn)動(dòng)，該工作臺(tái)具備分段精度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性強(qiáng)，抗震能力好，占用空間小便于攜帶等特點(diǎn)，細(xì)分工作臺(tái)可以直接連接電動(dòng)機(jī)，符合檢測(cè)條件[4]。由于插接件總重量才5g左右，設(shè)計(jì)輸送帶時(shí)應(yīng)保證輸送帶的平穩(wěn)?？紤]到本傳動(dòng)工作狀況是：?jiǎn)蜗騻鲃?dòng)、輕微振動(dòng)、轉(zhuǎn)速較低，所以選用常用微動(dòng)電機(jī)。如圖3所示為細(xì)分工作臺(tái)設(shè)計(jì)裝配圖。

圖3 輸送傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)圖

1.3 自動(dòng)送出料的設(shè)計(jì)

自動(dòng)送料出料機(jī)構(gòu)是自動(dòng)裝配系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，一個(gè)好的自動(dòng)送料出料機(jī)構(gòu)除了要有足夠的存儲(chǔ)空間和輸送效率外，還要能夠?qū)α慵M(jìn)行準(zhǔn)確定向和精確定位，以保證零件在送料系統(tǒng)的末端以正確的姿態(tài)進(jìn)入裝配系統(tǒng)。料斗式供料裝置具有自動(dòng)定向機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)供料過程的完全自動(dòng)化。即只要把料件成堆的倒在料斗里，借助定向機(jī)構(gòu)，自動(dòng)地把料件定向整理，然后依次送至規(guī)定地點(diǎn)[5]。這種供料裝置適用于工件外形比較簡(jiǎn)單，重量和體積比較小，供料節(jié)拍短，允許工件表明有擦痕的情況。電子接插件由于其個(gè)體小、重量輕，選擇可靠、高效的自動(dòng)上料系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢查中尤為重要。

本文送料出料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在借鑒傳統(tǒng)送料出料機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高了夾具的定位精度和裝配工具的柔順性。為提高夾具定位精度采用帶有主動(dòng)自適應(yīng)反饋或前饋位置控制器，通過光電傳感視覺設(shè)備，接觸壓力傳感器等對(duì)電子接插件的定位誤差進(jìn)行修正[6]。這種伺服裝配工具、夾具可以對(duì)有緊密配合的部件進(jìn)行自動(dòng)裝配。

2 全自動(dòng)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)接插件大量、高效率的檢測(cè)，需對(duì)傳統(tǒng)的接插件檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。人工送料出料不僅影響檢測(cè)的速率，而且易受人為因素的影響，增加了檢測(cè)的不確定性。全自動(dòng)上料下料提高了檢測(cè)的速度，插接件由送料機(jī)構(gòu)送至工作臺(tái)檢測(cè)，完畢后由出料機(jī)構(gòu)送出并進(jìn)行分揀，區(qū)分正品和次品也保證了插接件的出廠質(zhì)量，如圖4所示。

電子接插件由于其個(gè)體小、重量輕，因此采用振動(dòng)斗倉料斗來實(shí)現(xiàn)連續(xù)性供料，并在接插件進(jìn)入料倉之前進(jìn)行第一次稱重篩選，質(zhì)量不在標(biāo)準(zhǔn)范圍之類的通過剔除裝置予以自動(dòng)剔除，做好第一輪檢測(cè)。接插件通過斗倉下面的滑槽至細(xì)分工作臺(tái)的矩形小槽，氣動(dòng)裝置吸住接插件，PLC控制精密滑臺(tái)進(jìn)行分段檢測(cè)，檢測(cè)完畢后，氣動(dòng)裝置將接插件吹起調(diào)入下料傳送帶，軟件中心將處理結(jié)果傳輸給PLC控制器，通過電磁閥控制剔除機(jī)構(gòu)剔除不合格的電子接插件，并進(jìn)行分裝[7]。

3 結(jié)論

本文著眼于微型電子接插件的高精度測(cè)量，利用PLC控制器驅(qū)動(dòng)檢測(cè)滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，采用主機(jī)反饋信號(hào)給PLC控制剔除機(jī)構(gòu)的啟停，實(shí)現(xiàn)了高精度的實(shí)時(shí)控制與分段進(jìn)給，保證接插件的被檢測(cè)部位能被相機(jī)準(zhǔn)確的進(jìn)行圖像采集。全自動(dòng)送料出料提高了檢測(cè)的速度，插接件檢測(cè)完畢后由出料機(jī)構(gòu)送出并進(jìn)行分揀。整個(gè)檢測(cè)平臺(tái)基于可重構(gòu)性原理，實(shí)現(xiàn)了裝拆簡(jiǎn)單、維修方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、穩(wěn)定性強(qiáng)。

圖4 自動(dòng)上下料PLC控制流程圖

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[7]任曉虹,龔民,王月志.自動(dòng)上料檢測(cè)系統(tǒng)的研究[J].沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1997,16(9):69-75.