高精度產(chǎn)品尺寸視覺(jué)檢測(cè)平臺(tái)

陰俊紅 徐永偉

摘 要：對(duì)于尺寸精度要求較高的產(chǎn)品，需要進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，借助高精密測(cè)量設(shè)備輔助檢驗(yàn)，質(zhì)檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，尺寸檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定，甚至有些尺寸無(wú)法直接測(cè)量，容易造成錯(cuò)檢或者漏檢。單次檢測(cè)效率低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度無(wú)法解決，不合格產(chǎn)品造成嚴(yán)重的安全隱患，工作壓力大。本文通過(guò)完成機(jī)械設(shè)計(jì)并實(shí)施，提出解決方案，可以解決人工尺寸檢測(cè)的弊端，并提出一種全新的視覺(jué)尺寸檢測(cè)系統(tǒng)的整體布局。

關(guān)鍵詞：精密產(chǎn)品；視覺(jué)檢測(cè)；自動(dòng)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.035

工業(yè)自動(dòng)化，越來(lái)越多的替代了傳統(tǒng)人工，隨著工業(yè)4.0的提出，智能制造2025的規(guī)劃全新出爐，各個(gè)生產(chǎn)制造企業(yè)都在進(jìn)行轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)山東的新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換迫在眉睫。在民用和軍工產(chǎn)品的精密設(shè)備的生產(chǎn)加工過(guò)程中，對(duì)于自動(dòng)化新技術(shù)需求越發(fā)明顯，對(duì)于勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高和勞動(dòng)強(qiáng)度的降低有巨大推動(dòng)作用。 [1]視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在非接觸檢測(cè)測(cè)量，長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量穩(wěn)定，精度高，可實(shí)現(xiàn)算法輔助測(cè)量人工不易測(cè)量的尺寸，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)某軍工產(chǎn)品零件的高精度測(cè)量。

1 設(shè)備功能

本設(shè)備應(yīng)用對(duì)象為重要精密零件的尖部尺寸測(cè)量，需要測(cè)量其圓角半徑、高度等，機(jī)械精度要求：相機(jī)在X方向上的固定精度：≤0.1mm，相機(jī)在Y方向上的固定精度：≤0.1mm；相機(jī)在Z方向上的固定精度：≤0.1mm；相機(jī)在水平方向上的精度：≤0.03mm。

視覺(jué)系統(tǒng)分辨率為0.002mm，采用500萬(wàn)像素黑白相機(jī)進(jìn)行拍照。

視覺(jué)的測(cè)量方法及精度：采集錐角線和圓弧線切點(diǎn)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)切點(diǎn)相交線為零件尖部直徑，同時(shí)對(duì)高度尺寸和錐度進(jìn)行輔助測(cè)量。頂部椎體高度測(cè)量精度：0.004mm，頂部椎體高度重復(fù)精度：0.004mm，工件檢測(cè)節(jié)拍（含檢測(cè)設(shè)備的所有輔助動(dòng)作）2秒。

2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

目前現(xiàn)狀人工檢測(cè)，質(zhì)檢人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，甚至有些尺寸無(wú)法直接測(cè)量，容易造成錯(cuò)檢或者漏檢，錯(cuò)檢不合格產(chǎn)品造成嚴(yán)重的安全隱患，操作人員工作壓力大[2]。

該設(shè)備主要有自動(dòng)上料單元、中間傳輸單元、自動(dòng)分料單元、相機(jī)檢測(cè)單元、視覺(jué)顯示單元組成。該設(shè)備工作流程如下：產(chǎn)品由自動(dòng)上料單元上料，經(jīng)過(guò)中間傳輸單元運(yùn)輸?shù)疆a(chǎn)品檢測(cè)工位，由相機(jī)檢測(cè)單元進(jìn)行視覺(jué)識(shí)別、拍照、計(jì)算，視覺(jué)顯示單元實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)數(shù)量等，自動(dòng)分料單元完成檢測(cè)的產(chǎn)品由自動(dòng)分料篩選。

自動(dòng)上料單元由上料振動(dòng)盤，振動(dòng)盤調(diào)整機(jī)構(gòu)，直線振動(dòng)送料器，料道、送料調(diào)整機(jī)構(gòu)、料滿傳感器組成，產(chǎn)品放置于上料振動(dòng)盤上，通過(guò)振動(dòng)盤和直線送料機(jī)構(gòu)的直線傳輸，將產(chǎn)品在料道中穩(wěn)定送至中間傳輸單元振動(dòng)盤內(nèi)設(shè)計(jì)打膠、防護(hù)，防止工件振動(dòng)過(guò)程中受損。振動(dòng)盤調(diào)整機(jī)構(gòu)和送料調(diào)整機(jī)構(gòu)均通過(guò)螺栓、螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)。自動(dòng)上料單元和其他單元采用獨(dú)立機(jī)架設(shè)計(jì)，減少振動(dòng)造成的尺寸精度影響。當(dāng)振動(dòng)盤中物料不足時(shí)，料滿傳感器會(huì)報(bào)警提醒加料。

中間傳輸單元由上料氣缸、上料推板、清潔氣吹裝置、轉(zhuǎn)運(yùn)料道、轉(zhuǎn)運(yùn)料道蓋板、真空氣源裝置、下料氣缸、下料塊、下料氣吹裝置、安裝機(jī)架等組成。產(chǎn)品安裝在龍門式機(jī)架上，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。產(chǎn)品經(jīng)自動(dòng)上料單元傳輸至中間轉(zhuǎn)運(yùn)料道，上料氣缸連接上料推板實(shí)現(xiàn)將產(chǎn)品推進(jìn)上料運(yùn)輸。清潔氣吹裝置，安裝萬(wàn)向吹氣管，對(duì)于待檢產(chǎn)品清除表面灰塵、雜質(zhì)，提高檢測(cè)精度。為防止產(chǎn)品傾翻，中間轉(zhuǎn)運(yùn)料道設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)料道蓋板，到達(dá)檢測(cè)位置后，真空氣源裝置產(chǎn)生真空，通過(guò)真空管在轉(zhuǎn)運(yùn)料道內(nèi)下側(cè)產(chǎn)生吸附力，進(jìn)一步對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行吸附定位，提高定位準(zhǔn)確性，檢測(cè)完成后下料氣缸連接下料塊推動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)入自動(dòng)分料單元。

自動(dòng)分料單元由分料氣缸、分料料道、料道蓋板、合格品料箱、不合格品料箱、料箱定位塊等組成。完成檢測(cè)后的產(chǎn)品，根據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)軟件尺寸檢測(cè)結(jié)果的好壞，分料氣缸判斷動(dòng)作，氣缸桿伸出或者縮回，產(chǎn)品則分別經(jīng)分料料道1或者分料料道2進(jìn)行不同料箱，完成合格品和不合格品區(qū)分。料道和料箱上分別設(shè)計(jì)蓋板，可防止產(chǎn)品掉落外側(cè)，合格品和不合格品混淆[3]。

視覺(jué)顯示單元，實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品當(dāng)前圖像、檢測(cè)尺寸規(guī)格、檢測(cè)數(shù)量、合格率、系統(tǒng)運(yùn)行情況等，便于操作人員隨時(shí)查看是否有異常。放置在檢測(cè)平臺(tái)上，最大程度滿足實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)需求。相機(jī)檢測(cè)單元由相機(jī)、鏡頭、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、三軸精密滑臺(tái)、相機(jī)調(diào)整機(jī)架等組成。三軸精密滑臺(tái)可實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三方向精密移動(dòng)。角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)蝸輪蝸桿實(shí)現(xiàn)Y軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連接調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行擺動(dòng)，調(diào)整到位后鎖緊螺釘，從而精確調(diào)試相機(jī)拍照位置，通過(guò)視覺(jué)算法，拍照計(jì)算、測(cè)出精密產(chǎn)品尺寸。

3 設(shè)備特點(diǎn)

可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在整體尺寸檢測(cè)平臺(tái)上全自動(dòng)化、高精度尺寸智能檢測(cè)，提高工作效率，自動(dòng)上下料，實(shí)現(xiàn)將人工從繁瑣、困難的質(zhì)檢工作中解放出來(lái)，提高產(chǎn)品檢測(cè)準(zhǔn)確度，極大程度降低錯(cuò)檢率，漏檢率，對(duì)于安全隱患的工件測(cè)量提供了完美的解決方案。本平臺(tái)可作為單機(jī)使用，放置于實(shí)驗(yàn)室或者質(zhì)檢室，非常方便質(zhì)檢人員應(yīng)用。

相機(jī)調(diào)試方便、準(zhǔn)確，對(duì)于成像質(zhì)量和精度得到有效保證，產(chǎn)品工件直接在料道中直線運(yùn)動(dòng)，平穩(wěn)可靠，尺寸精確。上、下料和中間轉(zhuǎn)運(yùn)單元結(jié)構(gòu)緊湊，料道和氣缸之間設(shè)計(jì)定位和限位裝置，節(jié)拍時(shí)間短，可靠性高，通過(guò)真空輔助定位，產(chǎn)品定位精度高，高速可靠的分離料道設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定切換合格和不合格品。

該設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用于車間檢測(cè)應(yīng)用，檢測(cè)效率高，極大解放了人工，對(duì)于檢測(cè)的正確率進(jìn)行了試驗(yàn)，完全滿足生產(chǎn)車間需求，對(duì)于自動(dòng)化、智能化實(shí)現(xiàn)提供了很好的示范作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅佳.機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在自動(dòng)化制造業(yè)中的運(yùn)用[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)， 2017（12）.

[2]劉賢清.機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及其在機(jī)械制造自動(dòng)化中的應(yīng)用探討[J]. 明日風(fēng)尚，2017（03）.

[3]楊文杰.線圈自動(dòng)下料機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2014（06）.