視覺(jué)成像在筆記本電腦外殼精沖檢測(cè)中的應(yīng)用

程曉蒙 孔斌才

(①鴻富晉精密工業(yè)(太原)有限公司，山西太原 030032;②山西省運(yùn)城市惠眾工貿(mào)有限公司，山西運(yùn)城 043801)

精沖是鎂鋁合金筆記本電腦外殼的一項(xiàng)重要的精加工工藝方式。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，精沖加工節(jié)拍的短暫性，導(dǎo)致產(chǎn)品精沖異常部位及其種類，很難在較短時(shí)間內(nèi)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并指出。

隨著產(chǎn)品異常種類及異常量的增多，在精沖后，安排了大量的精沖檢驗(yàn)人員，利用檢具檢驗(yàn)精沖產(chǎn)品，并及時(shí)處理精沖異常品。然而，人工檢驗(yàn)過(guò)程受到責(zé)任心、情緒和熟練程度等多方面彈性因素的影響，無(wú)法從根本上杜絕異常品的流出。

精沖后的產(chǎn)品異常，成為影響筆記本電腦外殼等產(chǎn)品加工質(zhì)量、客戶滿意度、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的薄弱環(huán)節(jié)。隨著客戶對(duì)交貨期、產(chǎn)能和產(chǎn)品品質(zhì)等要求的不斷提高，生產(chǎn)單位對(duì)自動(dòng)化檢測(cè)方式的需求也越來(lái)越迫切，檢測(cè)自動(dòng)化在高品質(zhì)，高效率的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的重要性與日俱增。通過(guò)提出并利用無(wú)接觸式CCD視覺(jué)成像檢測(cè)技術(shù)，最終徹底改變了人工檢驗(yàn)方式，為筆記本電腦外殼等產(chǎn)品的加工異常檢測(cè)科學(xué)把關(guān)、高效作業(yè)，提供了品質(zhì)保證。

1 筆記本電腦外殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及精沖工藝

鎂鋁合金筆記本電腦外殼在壓鑄成型后，粗沖去除壓鑄隔皮、飛邊，再經(jīng)過(guò)精沖加工，獲得各類通孔及精確的產(chǎn)品外形和結(jié)構(gòu)尺寸，最終滿足筆記本電腦結(jié)構(gòu)、裝配、外觀及其他功能的需求。

筆記本電腦外殼起到連接、承載、散熱及外觀裝飾等功能作用，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，殼體上精沖孔的種類較多，包括各類連接孔、定位孔和散熱孔等，孔的形狀各異，有圓孔、異形孔、長(zhǎng)條形散熱孔和方孔等，數(shù)量也較多，少則幾十，多達(dá)上百個(gè)各類型孔。

精沖后的筆記本電腦外殼，還要經(jīng)過(guò)表面涂裝處理、裝配等工段，因此，在精沖段必須確保產(chǎn)品的異常檢測(cè)萬(wàn)無(wú)一失。

2 傳統(tǒng)精沖生產(chǎn)品質(zhì)異常檢測(cè)

筆記本電腦外殼的生產(chǎn)加工特點(diǎn)屬于大批量、多品種生產(chǎn)。由于產(chǎn)能排配較高，精沖后沖刀磨損、斷刀和沖床異常等情形時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致產(chǎn)品的外形、尺寸、結(jié)構(gòu)中存在異常較多。沖孔廢料沖不掉、廢料反彈，沖孔不完整、漏沖、沖不透以及局部結(jié)構(gòu)沖裂等異常情況時(shí)有發(fā)生。在精沖過(guò)程中，產(chǎn)品上的卡鉤、定位柱等結(jié)構(gòu)較易折斷，而且肉眼不容易檢測(cè)到這些異常，給人工檢驗(yàn)帶來(lái)了較大的困難。

產(chǎn)品種類較多，生產(chǎn)批量較大，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，精沖部位越多，加工質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)的機(jī)率也會(huì)越大，產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)應(yīng)投入的人力也就越多。

在不借助于任何工具時(shí)，工人對(duì)筆記本電腦外殼產(chǎn)品進(jìn)行目視檢測(cè)，對(duì)于熟練人員，目視檢測(cè)所花的時(shí)間為15 s/件，這樣就意味著，對(duì)于較熟練的檢驗(yàn)人員，每人每班(8 h)最多可檢1 800件產(chǎn)品。對(duì)于每天生產(chǎn)排配100 000件的產(chǎn)品，需要至少56名熟練的檢驗(yàn)人員來(lái)應(yīng)對(duì)。而采用“防呆檢具”(圖1)，代替人工肉眼進(jìn)行產(chǎn)品異常的檢驗(yàn)，可降低不良品流出的概率，提高檢驗(yàn)效率，檢測(cè)時(shí)間可達(dá)到8 s/件。同時(shí)通過(guò)“防呆檢具”上的“防呆插針”可有效克服“廢料反彈”等異常產(chǎn)品的流出。

“防呆檢具”的使用方法:將產(chǎn)品按正確的方向，放置到“防呆檢具”上，將“防呆檢具”上的“防呆插針”正對(duì)并插入到產(chǎn)品精沖孔內(nèi)，通過(guò)“防呆檢具”上的圓柱銷、防呆插針等結(jié)構(gòu)，確保產(chǎn)品與檢具配合面可靠貼合。當(dāng)產(chǎn)品與“防呆檢具”能夠自如地貼合時(shí)，說(shuō)明精沖孔位加工基本正常，否則即可判定產(chǎn)品中待檢測(cè)的孔有異常，使得產(chǎn)品與“防呆檢具”無(wú)法可靠地貼合在一起。因此，“防呆檢具”對(duì)于廢料反彈等的異常檢驗(yàn)，既是檢驗(yàn)過(guò)程，也是去除殘留精沖廢料的過(guò)程。

“防呆檢具”提高了人工檢驗(yàn)效率，以及檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，降低了對(duì)檢驗(yàn)人力的需求，但是仍然無(wú)法杜絕不良品混入良品的現(xiàn)象發(fā)生。而且“防呆檢具”對(duì)于產(chǎn)品不良種類的判定及解決，尚無(wú)能為力，尤其是對(duì)于產(chǎn)品局部結(jié)構(gòu)斷裂、缺失等異常的出現(xiàn)更顯得力不從心。此外，“防呆檢具”的生產(chǎn)投入量較大，每一種筆記本電腦外殼都需要多套“防呆檢具”以應(yīng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)需求，因此“防呆檢具”的投入成本占產(chǎn)品生產(chǎn)成本的20%，是企業(yè)生產(chǎn)成本的瓶頸環(huán)節(jié)。

3 視覺(jué)成像檢測(cè)方式的應(yīng)用開(kāi)發(fā)

視覺(jué)成像檢測(cè)系統(tǒng)是基于CCD的檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)CCD測(cè)量平臺(tái)和相關(guān)檢測(cè)算法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量產(chǎn)品的非接觸式檢測(cè)。利用視覺(jué)成像手段獲取被測(cè)產(chǎn)品的圖像，并與預(yù)先已經(jīng)設(shè)置好的標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比，確定被測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際加工質(zhì)量狀況，從而起到替代作業(yè)員對(duì)產(chǎn)品檢測(cè)內(nèi)容的甄別、篩選、剔除等工作?？商岣呱a(chǎn)效率、檢驗(yàn)準(zhǔn)確度及異常種類判定能力等，而且可大幅度降低人力需求。

3.1 視覺(jué)成像CCD技術(shù)應(yīng)用原理

CCD視覺(jué)成像檢測(cè)技術(shù)，作為一種能有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤的非接觸檢測(cè)技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于尺寸、位移、定位、識(shí)別、表面形狀檢測(cè)和溫度檢測(cè)等領(lǐng)域。視覺(jué)成像技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中，多用于判斷組件的有無(wú)，組件裝配位置是否正確，產(chǎn)品外形特征的質(zhì)量監(jiān)控，尺寸及形位公差的測(cè)量、瑕疵檢測(cè)、零件分類對(duì)比等方面。

根據(jù)物體的透光性，產(chǎn)品通過(guò)CCD相機(jī)線掃成像的圖片數(shù)據(jù)，與產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn) 圖片數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算，并分析判定待檢的筆記本電腦外殼中的精沖孔是否存在漏沖、精沖廢料反彈等異常情況發(fā)生，從而達(dá)到方便、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)目的。

因此，利用視覺(jué)成像技術(shù)，在筆記本電腦外殼“精沖反彈”等的異常檢測(cè)過(guò)程中，可通過(guò)判斷精沖廢料的有無(wú)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的缺失與否等方面，自動(dòng)檢測(cè)并指出筆記本電腦外殼的精沖加工異常部位。

3.2 工業(yè)視覺(jué)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)方案

筆記本電腦外殼的精沖異常檢測(cè)，采用工業(yè)視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其基本構(gòu)成有:照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)(CCD相機(jī)和圖像采集卡)、圖像處理系統(tǒng)(軟件、硬件)、報(bào)警系統(tǒng)(聲、光、色報(bào)警裝置)、自動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)及架體等。設(shè)備結(jié)構(gòu)主體如圖2所示，通過(guò)自動(dòng)化傳輸機(jī)構(gòu)，承載并傳輸被檢測(cè)產(chǎn)品，在傳輸過(guò)程中完成對(duì)產(chǎn)品的CCD視覺(jué)掃描檢測(cè)。

產(chǎn)品進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域后，觸發(fā)傳感器檢測(cè)到產(chǎn)品時(shí)，視覺(jué)CCD系統(tǒng)開(kāi)始持續(xù)線掃描被測(cè)產(chǎn)品，進(jìn)行圖像采集，將所采集的圖像信號(hào)數(shù)據(jù)傳至主機(jī)，計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)對(duì)CCD反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并分析處理，同時(shí)給出檢測(cè)結(jié)果。如果檢測(cè)的結(jié)果不符合產(chǎn)品檢測(cè)要求(從產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)、尺寸、特征有無(wú)等方面判定)，那么圖像處理系統(tǒng)就會(huì)判定產(chǎn)品異常，并以聲、光、色、圖形信息等警報(bào)方式表現(xiàn)出來(lái)，從而提醒作業(yè)人員及時(shí)處理。

3.3 視覺(jué)成像精度要求

CCD相機(jī)固定在檢測(cè)設(shè)備頂部，待檢測(cè)產(chǎn)品直線移動(dòng)，檢測(cè)精度由CCD像素，以及掃描范圍決定。當(dāng)筆記本電腦產(chǎn)品的掃描范圍為320 mm×320 mm，CCD相機(jī)的分辨率按1 024×1 024進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)品檢測(cè)的理論精度值為:320/1 024=0.312 5。實(shí)際應(yīng)用中測(cè)量誤差是理論誤差的2～3倍，即測(cè)量精度可達(dá)到0.6～0.9。筆記本電腦外殼精沖孔，及其他異常尺寸在1 mm以上，因此，考慮到成本因素，CCD相機(jī)分辨率選用1 024×1 024，可以滿足目前筆記本電腦外殼產(chǎn)品，在判斷產(chǎn)品特征的有無(wú)，以及結(jié)構(gòu)缺失與否等方面的檢測(cè)需求。

為了確保產(chǎn)品的檢測(cè)精度，在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)避免產(chǎn)品發(fā)生偏移、跳動(dòng)。因此，要求自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)、可靠、傳動(dòng)精度較高。

4 視覺(jué)成像檢測(cè)的生產(chǎn)推廣應(yīng)用評(píng)估分析

傳統(tǒng)接觸式的檢測(cè)方式難以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式和高精度的測(cè)量，同時(shí)也無(wú)法滿足高效、批量化的檢測(cè)生產(chǎn)要求。利用CCD的無(wú)接觸式的檢測(cè)技術(shù)可較好地解決傳統(tǒng)接觸式檢測(cè)帶來(lái)的檢測(cè)精度、檢測(cè)效率較低等問(wèn)題。

CCD視覺(jué)成像技術(shù)的生產(chǎn)適用面較廣，尤其適用于產(chǎn)品的外形輪廓特征檢測(cè)及批量生產(chǎn)加工過(guò)程。該技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用具有普遍適用性，針對(duì)符合一定檢測(cè)尺寸范圍內(nèi)的，相似產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征的檢測(cè)要求，利用CCD視覺(jué)成像技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品先期驗(yàn)證研究，以及簡(jiǎn)化生產(chǎn)問(wèn)題等方面，都具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

4.1 3種筆記本電腦外殼精沖異常檢測(cè)方式對(duì)比

第一種:傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法，勞動(dòng)強(qiáng)度大，漏檢率高、不穩(wěn)定，檢測(cè)過(guò)程受人眼分辨能力和容易疲勞等主客觀因素的影響，無(wú)法保質(zhì)保量地完成生產(chǎn)任務(wù)，而且長(zhǎng)期檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)者的身心健康都有損害。

第二種:利用工裝夾具等機(jī)械裝置，與產(chǎn)品直接接觸進(jìn)行檢測(cè)的方法，雖然在質(zhì)量和速度上能滿足生產(chǎn)的需要，但造價(jià)高、生產(chǎn)靈活性差。

第三種:利用CCD視覺(jué)成像的檢測(cè)方法，通用性好、生產(chǎn)靈活性高、易于調(diào)試、對(duì)工作環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)了產(chǎn)品的快速市場(chǎng)化要求。

4.2 CCD視覺(jué)成像技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

CCD視覺(jué)成像技術(shù)，具有測(cè)量精度高、速度快、應(yīng)用方便靈活等特點(diǎn)，是現(xiàn)有機(jī)械式、光學(xué)式等測(cè)量?jī)x器所無(wú)法比擬的。能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的無(wú)接觸式快速檢測(cè)，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)如下幾點(diǎn):

(1)檢測(cè)精度高，生產(chǎn)穩(wěn)定性好，可減少人為因素的影響，避免人工檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)的漏檢等異常狀況發(fā)生，可做到異常品流出率為零。

(2)操作簡(jiǎn)便，對(duì)操作人員的素質(zhì)要求不高。

(3)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，節(jié)省生產(chǎn)作業(yè)空間。

(4)檢測(cè)適用面廣，依據(jù)產(chǎn)品檢測(cè)要求，進(jìn)行成像系統(tǒng)設(shè)置，可滿足不同產(chǎn)品的相關(guān)檢測(cè)需求，從而確保新機(jī)種檢測(cè)開(kāi)發(fā)周期短。

(5)節(jié)省了大量的人工，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，檢測(cè)效率高，3 s可檢測(cè)一件產(chǎn)品，因此，一臺(tái)自動(dòng)化CCD檢測(cè)設(shè)備，一個(gè)班(8 h)可完成9 000件的產(chǎn)品檢測(cè)任務(wù)，檢測(cè)產(chǎn)能是人工檢測(cè)量的5倍以上。對(duì)于每天100 000件的產(chǎn)品檢測(cè)任務(wù)，只需6臺(tái)設(shè)備，分兩班作業(yè)完成。按一臺(tái)設(shè)備配備一名操作人員，共需12人。因此，可節(jié)省44名檢驗(yàn)人員(人工檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)能按1 800件/(人·班)計(jì)算。

(6)采用聲、光、色報(bào)警方式，提醒操作人員及時(shí)處理異常，利用區(qū)域報(bào)警設(shè)置，指出產(chǎn)品不良種類及不良發(fā)生的部位。

(7)代替了大量的“防呆檢具”，節(jié)省了一大筆工裝檢具投入費(fèi)用。

(8)通過(guò)“視覺(jué)成像”設(shè)置，在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)，并調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品圖像，即可完成產(chǎn)品生產(chǎn)的快速轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)語(yǔ)

CCD視覺(jué)成像技術(shù)在筆記本電腦外殼精沖異常檢測(cè)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，解決了生產(chǎn)中的關(guān)鍵問(wèn)題，取得了較好的技術(shù)成果，方案實(shí)施后產(chǎn)生了較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

隨著視覺(jué)成像等高新技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，更好地發(fā)掘生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的技術(shù)改善亮點(diǎn)，緊密結(jié)合高新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用方向，最終通過(guò)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，使企業(yè)不斷地發(fā)展?fàn)畲蟆?/p>

［1］魏瑞斌，潘建壽，王賓.基于CCD的無(wú)接觸式的物體測(cè)量［J］.光子學(xué)報(bào)，2007(6).

［2］劉征，彭小奇，丁劍.國(guó)外CCD檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2005(4).

［3］杜貴江，彭群.精沖件在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中的質(zhì)量分析與控制［J］.金屬加工(熱)，2008(5):47－49.