龔惠斌 朱秀球 方軍華

關(guān)鍵詞：雙凹料;生克片（沉降片）;視覺(jué)送料系統(tǒng);仿真計(jì)算;誤差分析

0引言

某公司的一種圓機(jī)針生克片產(chǎn)品WY02，需要用到雙凹料在沖床上沖壓生產(chǎn)，如果雙凹料采用固定問(wèn)距送料且沒(méi)有送料補(bǔ)償?shù)脑?，送料次?shù)累計(jì)到一定數(shù)量后，薄料位置誤差可能累積到較大值導(dǎo)致薄料在產(chǎn)品中的位置發(fā)生較大偏移，使得產(chǎn)品不能滿足客戶需求（根據(jù)產(chǎn)品要求，雙凹料送料位置偏差在±0.05mm以內(nèi)）。為此，需采用一種可以檢測(cè)到厚薄交界線和該交界線到參考線的間距的方法來(lái)計(jì)算補(bǔ)償送料。鑒于機(jī)器視覺(jué)在檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛、具有可實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)和響應(yīng)快的特點(diǎn)，本文搭建了視覺(jué)送料系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，并且編寫程序進(jìn)行仿真計(jì)算。

1視覺(jué)送料系統(tǒng)

該視覺(jué)送料系統(tǒng)主要分成視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)和伺服送料系統(tǒng)兩大部分，詳細(xì)組件如圖1所示。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)將檢測(cè)到的料帶與參考線的偏差值發(fā)送給伺服送料系統(tǒng)中的PLC，然后PLC中通過(guò)計(jì)算決定下一次送料的送料距離，并通過(guò)發(fā)脈沖形式給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。

2影響因素分析與仿真程序介紹

2.1影響因素分析

通過(guò)對(duì)雙凹料視覺(jué)送料系統(tǒng)的分析，可知雙凹料視覺(jué)送料系統(tǒng)送料偏差的影響因素有以下幾種。

（1）料帶總段數(shù)：如果說(shuō)送料有累積誤差，那么料帶總段數(shù)越大，則送料偏差越大。

（2）料帶的段長(zhǎng)：料帶段長(zhǎng)的誤差越大，每次送料的數(shù)據(jù)相差越大，可能潛在的誤差也會(huì)越大。

（3）視覺(jué)定位處參考線與模具處標(biāo)準(zhǔn)位置之問(wèn)的料帶段數(shù)：如果這個(gè)段數(shù)越多，相當(dāng)于視覺(jué)定位后的送料次數(shù)越多，受伺服送料誤差的影響將會(huì)越大。

（4）送料的標(biāo)準(zhǔn)步距：如果送料的標(biāo)準(zhǔn)步距與實(shí)際段長(zhǎng)差別較大，可能導(dǎo)致后續(xù)的送料偏差。

（5）送料的初始位置：初始位置（初始偏差）的不同可能導(dǎo)致后續(xù)的送料偏差不同。

（6）視覺(jué)定位誤差：直接影響了視覺(jué)定位處的厚薄交界線與模具標(biāo)準(zhǔn)位置處的距離計(jì)算值，也就影響了送料偏差。

（7）料帶的延展性：拉緊狀態(tài)下和放松狀態(tài)下的位置偏差，此處暫未考慮。

（8）沖床的振動(dòng)：?jiǎn)柦佑绊懥艘曈X(jué)定位誤差，此處也暫未考慮。

2.2仿真程序主要變量

（1）料帶總段數(shù)m：此處取實(shí)際一卷料的料帶段數(shù)的上限，m=60000。

（2）料帶的標(biāo)準(zhǔn)步距I：這里取30.5mm為標(biāo)準(zhǔn)步距（料帶段長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)值），固定不變。

（3）光檢處參考基準(zhǔn)線與模具標(biāo)準(zhǔn)位置之間料帶的段數(shù)n。

（4）光檢處參考基準(zhǔn)線與模具標(biāo)準(zhǔn)位置之間的距離x：此處假設(shè)x=lxn。

（5）實(shí)際料帶段長(zhǎng)為以標(biāo)準(zhǔn)步距為平均值的段長(zhǎng)x：數(shù)組，其公差范圍為ProdX。

（6）光檢誤差系數(shù)為ProdD：這里取0.4%（參考文獻(xiàn)[1]中光檢相對(duì)誤差的比例0.38%左右）。

（7）送料誤差隨機(jī)數(shù)k：根據(jù)伺服送料器的送料精度1μm來(lái)給出，送料誤差范圍為0～0.001mm的隨機(jī)數(shù)k。

（8）料帶的起始位置t：t的選擇一般在-0.5～0.5mm。

（9）厚薄交界線與模具標(biāo)準(zhǔn)位置的送料偏差數(shù)組S：數(shù)組，為所要求得的偏差分布。

（10）送料段長(zhǎng)L：數(shù)組，表示每次送料的長(zhǎng)度。

（11）T：數(shù)組，表示光檢處厚薄交界線與參考線的距離，帶符號(hào)，前正后負(fù)。

（12）S：數(shù)組，厚薄交界線與模具標(biāo)準(zhǔn)位置的送料偏差。

（13）S：光檢處厚薄交界線到模具標(biāo)準(zhǔn)位置的距離。

（14）S：S。的數(shù)組，表示各段厚薄交界處到模具標(biāo)準(zhǔn)位置的距離。

（15）S：計(jì)算得到的n-1段的長(zhǎng)度。

（16）FileHandle：文件句柄，用于記錄送料偏差數(shù)據(jù)，將之保存至文本文檔中。

2.3仿真程序

（1）該次送料偏差=前一次送料偏差+該次實(shí)際段長(zhǎng)-前一次送料步距+前一次的送料誤差;

（2）先計(jì)算第0段到第n-2段的送料偏差：該n-1段采用的是標(biāo)準(zhǔn)步距送料，送料偏差較大，實(shí)際送料偏差分析時(shí)，該部分?jǐn)?shù)據(jù)剔除考慮。

（3）再計(jì)算第n-1段到第m-1段的送料偏差以及視覺(jué)定位誤差，并將結(jié)果保存至文本文檔中。

2.4 Halcon程序

3仿真結(jié)果及分析

通過(guò)改變其中一個(gè)變量，固定其他變量的方法來(lái)進(jìn)行仿真對(duì)比試驗(yàn)，在不考慮沖床振動(dòng)和料帶延展性的情況下，得到仿真結(jié)果如圖2～7所示。

從圖2的偏差分布圖來(lái)看，對(duì)于段數(shù)等于16、標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)等于30.5mm、公差范圍等于±0.1mm的材料和初始送料位置偏差為0的情況下，無(wú)論仿真數(shù)據(jù)多少組（小到上千組，大到數(shù)萬(wàn)組），偏差的分布總是基本上在-0.2～0.2mm平均分布。

從圖3的偏差分布圖來(lái)看，對(duì)于段數(shù)等于16、標(biāo)準(zhǔn)步距等于30.5mm、初始送料位置偏差為0的情況下，料帶段長(zhǎng)的公差范圍越大，導(dǎo)致送料偏差范圍越大，而且?guī)缀醭?倍關(guān)系。

從圖4的偏差分布圖來(lái)看，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)30.5mm、公差范圍在±0.1mm的材料來(lái)說(shuō)，無(wú)論段數(shù)是幾段還是幾十段，偏差的分布總是基本上在-0.2～0.2mm平均分布，隨著段數(shù)的增加到上百段到數(shù)百段，偏差分布的平均值逐漸向負(fù)值偏移。對(duì)于沖床上安裝的距離來(lái)說(shuō)，段數(shù)基本在5～20段以內(nèi)，偏差的分布范圍一般在-0.2～0.2mm，因此，段數(shù)對(duì)送料偏差的影響微小。

從圖5的偏差分布圖來(lái)看，標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)設(shè)置偏小，會(huì)導(dǎo)致偏差分布的平均值變負(fù)值;標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)設(shè)置偏大，會(huì)導(dǎo)致偏差分布的平均值變正值;設(shè)置值越是偏大或偏小，偏差分布的平均值的絕對(duì)值會(huì)越大;不過(guò)小范圍內(nèi)的偏差±0.4mm以內(nèi)時(shí)，偏差分布偏移小于0.04mm。

從圖6的偏差分布圖來(lái)看，初始送料位置偏差與模具標(biāo)準(zhǔn)位置的距離不同，對(duì)后續(xù)偏差分布的影響很小。

從圖7的偏差分布圖來(lái)看，視覺(jué)定位誤差對(duì)最終偏差分布的影響也不大，定位誤差雖然大幅度從0.5%上升到10%，但是偏差平均值幾乎不變，偏差范圍略微增大（從±0.2mm變成±0.25mm左右）。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)仿真計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，本文得出了這樣一個(gè)結(jié)果，在保證視覺(jué)送料正常穩(wěn)定的前提下，送料偏差在偏差范圍內(nèi)基本呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)，送料偏差范圍受料帶自身的段長(zhǎng)公差范圍的影響很大，成兩倍關(guān)系，送料偏差受段數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)步距偏大或偏小的影響相對(duì)微小，送料偏差不受材料總段數(shù)和料帶初始位置偏差的影響，送料偏差受視覺(jué)定位誤差的影響較小。該仿真程序及其仿真結(jié)果分析的試驗(yàn)，為產(chǎn)品該項(xiàng)品質(zhì)的控制和設(shè)備生產(chǎn)調(diào)試提供了依據(jù)。