高端耳機泡殼全自動檢驗裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

沈忠誠

摘? 要：針對高端耳機泡殼檢測生產(chǎn)線人工檢測效率、有效性低的問題，該文計劃設(shè)計出一種全自動檢驗裝置，以此來優(yōu)化檢測效率與檢測效果。該文主要針對該裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計進行探究?；谘b置工作原理應(yīng)用自動光學(xué)檢測（AOI）技術(shù)，實現(xiàn)耳機泡殼全自動檢驗裝置的高效運行。通過機械運動相互配合的原則，完成抓取裝置和傳輸系統(tǒng)設(shè)計。經(jīng)過機械結(jié)構(gòu)設(shè)計驗證和現(xiàn)場調(diào)試，結(jié)果顯示，該裝置運行效果良好，期望可以為相似項目提供參考。

關(guān)鍵詞：耳機泡殼;自動檢驗裝置;機械設(shè)計

中圖分類號：TH164? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

1 設(shè)計目的

隨著制造企業(yè)用工成本的擴大，高效能的機械自動化已然成為當(dāng)前機械行業(yè)轉(zhuǎn)型的重點方向[1]。尤其在質(zhì)檢領(lǐng)域，隨著機械制造工藝的完善，單位時間內(nèi)生產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品的數(shù)量也在持續(xù)增長，電氣自動化檢測裝置的應(yīng)用不僅可以提升檢測效率，也可以保證質(zhì)檢質(zhì)量[2]。高端耳機記憶海綿放置Tray盤材料為APET，該材料因材質(zhì)透明，因此經(jīng)常會遇到劃傷、擦傷、沾染污跡等問題。為保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，該項目應(yīng)運而生，旨在為某品牌定制高端耳機記憶海綿泡殼體的質(zhì)量進行檢測。

2 裝置工作原理

該裝置的工作原理就是基于光的反射來進行物品材質(zhì)的特征檢測。針對檢測材質(zhì)的特征使用高亮LED光源進行AOI檢驗。在整個檢測系統(tǒng)中，設(shè)備主要分為運輸裝置、檢測裝置以及抓取裝置3個部分。在搬運步驟中，由于項目的路徑相對較為簡單，在整個抓取過程中只有單個拾取點和2個放置點，因此在鑒定過程中具有位置穩(wěn)定性，而且也不需要通過增加額外的位置編譯點來輔助系統(tǒng)路線定位。結(jié)合工程實踐，在此選用減速步進電機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械手，同時結(jié)合抓取的物品質(zhì)量較輕的特性，選用真空吸頭來抓取產(chǎn)品，這樣可以有效避免出現(xiàn)抓傷和劃傷，防止出現(xiàn)二次缺陷。

3 裝置技術(shù)應(yīng)用

3.1 自動光學(xué)檢測（AOI）技術(shù)

AOI技術(shù)主要是基于光學(xué)原理來對生產(chǎn)流程中存在的缺陷進行檢測。AOI是近年來隨著信息技術(shù)發(fā)展而來的—種新興測試技術(shù)。該技術(shù)可以通過自動檢測的方式，采集圖像特征，并將其與數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)圖片上的相關(guān)參數(shù)進行比較分析、缺陷歸納與表示，便于后期人員進行修正。

3.2 圖像處理與對比

在整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)設(shè)計中，需要根據(jù)實際需求進行AOI機位的具體設(shè)定，根據(jù)實際檢驗要求來設(shè)定相關(guān)參數(shù)。在裝置的設(shè)置上，首先將光源固定在系統(tǒng)的某機位處，然后從特定的角度使用光線照射物體。在照明的中心線上，通過折射將光信號傳送到垂直方向配置的相機上[3]。光線在接觸到平整的表面時，穿透外表透明塑料殼，對不規(guī)則面、劃傷、污跡等部位進行甄別，在相應(yīng)的缺陷圖像中形成亮點，歸納缺陷特征，分析各類劃傷或污跡部分。對累計特征進行判斷，其基本原理是根據(jù)位置點的像素進行瑕疵大小的對照。在識別對照程序上，根據(jù)實際檢測特征進行限度調(diào)整，或者根據(jù)色差的不一致程度，對產(chǎn)品的背景色差進行比對。在該系統(tǒng)的檢測分析中，通過應(yīng)用自動比對、邊緣檢測、二值化等圖像技術(shù)，可得到較為精準(zhǔn)的檢測結(jié)果。

4 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

整體系統(tǒng)主要由傳送、檢測以及抓取3個部分組成。該系統(tǒng)的裝配圖如圖1所示，傳送裝置包括1-托料機構(gòu)，2-氣缸脫料盤，3-清潔裝置，4-AOI檢測裝置，5-搬運裝置，7-沖床接近感應(yīng)器，15-傳送皮帶，31-除塵接近傳感器，41-檢驗接近傳感器?；趯Ξa(chǎn)品檢測無塵的需求，該機械設(shè)備設(shè)有專門的除塵設(shè)備，目的是可以提前對接近傳感器的被檢測物品進行除塵處置，包括對整個檢測結(jié)果造成影響的外來微粒以及雜物的清理等，產(chǎn)品在清潔完成后，在繼續(xù)向前的基礎(chǔ)上，會觸發(fā)檢驗傳感器，實現(xiàn)過程中的AOI檢驗，通過機械空間位置點的設(shè)定，對被測定的產(chǎn)品進行定位，計算機可以有效地對當(dāng)前物品進行判斷，并保存識別信息，之后通過搬運機械手的大氣吸盤對合格的產(chǎn)品進行吸取搬運，在機械設(shè)計中，可通過導(dǎo)軌滑塊或者絲杠來進行定位，對不合格的產(chǎn)品不采取任何動作，而是將其送至NG料通道。

具體來說，圖1中的4-AOI檢驗裝置，包括無影燈、成像單元，無影燈和是成像單元置于多個待檢驗產(chǎn)品的上方，成像單元與處理單元連接。待檢驗產(chǎn)品置于無影燈的燈光下，在照明的中心線的垂直方向配置1臺相機，用于拍攝物件圖像。

該設(shè)備在成像的過程中，需要事先對成像單元進行成像采集，而后將采集到的成像信息進行圖像單元信息化處理，處理步驟主要有4個。1）通過成像設(shè)備及時接收過程中所具備的檢驗圖像信息。2） 對已有的檢驗圖像進行適當(dāng)?shù)钠毓馓幚?，得到相關(guān)圖像。3）需要針對檢驗得到的預(yù)設(shè)閾值，進行圖像曝光前后的特征比較，分析該過程中是否存在大于預(yù)設(shè)閾值的不良區(qū)域。4） 根據(jù)檢測結(jié)果進行不良品的統(tǒng)計整理。

在整個系統(tǒng)的設(shè)定上，會用特定角度的光源光線來襯托檢測表面的不規(guī)則，光線在接觸到平整的表面時，會直接透視穿透塑殼，對于整個過程中存在的不規(guī)則面來說，相關(guān)的光線會將問題圖像再按照光線的反射原理歸納到相機中，之后會隨著曝光處理措施，有效地將拍攝到的圖像轉(zhuǎn)化為亮點，劃傷或污跡部分與其他多余的物體就能區(qū)別開。

4.2 抓取裝置設(shè)計

該設(shè)備的抓取裝置摒棄了多自由度且價格昂貴的機械手，通過步進電機實現(xiàn)定向移動定位。抓取裝置是配合傳輸與貼膜機械來工作的。在該系統(tǒng)中，通過上下式的貼膜卷實現(xiàn)貼膜裝置的貼膜作業(yè)，如圖2所示，膜貼裝置包括61-下粘膜卷、62-上粘膜卷、63-壓貼步進馬達、64-壓貼皮帶組、65-切刀、66-導(dǎo)出步進馬達、67-導(dǎo)出皮帶。抓取裝置通過步進電機在皮帶壓貼組的運輸作業(yè)下，將被加工物轉(zhuǎn)移到有效作業(yè)位置上，之后利用切刀對貼膜后的產(chǎn)品進行定長切斷，在整個的抓取裝置中，多元化的零部件組合裝配后，對檢驗合格產(chǎn)品在系列化接收處理的基礎(chǔ)上進行連續(xù)的加工作業(yè)，在被加工物被運輸?shù)街付ㄎ恢煤?，其會在傳感器的作用下，產(chǎn)生第一動作信號，隨后通過粘膜卷進行貼膜，這是系統(tǒng)接收處理裝置發(fā)送的第二動作信號，在完成上述過程后，啟動切刀進行下切作業(yè)，最終輸出產(chǎn)品[4]。

4.3 傳輸系統(tǒng)設(shè)計

傳輸系統(tǒng)是該系統(tǒng)能夠有序高效工作的核心組成部分，傳輸系統(tǒng)中托料機構(gòu)的組成如圖3所示，圖中7-沖床接近感應(yīng)器，11-固定支架，12-第一氣缸，13-氣缸接頭，14-第一氣缸接近感應(yīng)器，16-第一托料盤，17-第二托料盤，18-第二氣缸。

運輸系統(tǒng)貫穿整個系統(tǒng)，其可以對整個檢測系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)進行有效融合，在檢驗完成的基礎(chǔ)上，還可以有效地實現(xiàn)后續(xù)過程中的包裝工作，利用輸送帶不僅可以提高生產(chǎn)線的加工效率，而且也能有效保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定，在該項目的運輸系統(tǒng)中，采取的方式為單獨氣缸控制托料放置機構(gòu)，其可以有效地將產(chǎn)品穩(wěn)定在2根皮帶制成的傳送帶上，方便在定時長運輸?shù)幕A(chǔ)上，滿足AOI檢驗裝置的遠程監(jiān)控要求。

除了傳送帶外，傳輸系統(tǒng)還配置了多個氣缸托料盤，通過氣缸的有效配合，可以完成整個系統(tǒng)的氣缸脫料，實現(xiàn)對被控制物狀態(tài)的有效控制，此外還需要保證每片產(chǎn)品之間有足夠的間隙。在圖3中，被控制物件在整個機械移動的過程中，需要依據(jù)加工要求時間點將產(chǎn)品有序的間隔開，適應(yīng)抓取裝置抓取循環(huán)的節(jié)拍，以此來保證系統(tǒng)加工的質(zhì)量。在曝光后的圖像中，白色的亮光區(qū)域就是不良區(qū)域。這部分可以通過處理單元進行不良區(qū)域長度或者直徑的比較，還可以調(diào)整不良區(qū)域所對應(yīng)的比較閾值。

5 系統(tǒng)調(diào)試設(shè)計

在完成系統(tǒng)框架的基本架構(gòu)設(shè)計后，需要將被檢測泡罩透明殼對照樣品圖像輸入電腦系統(tǒng)中，之后將待測的試件放在托料機構(gòu)上，先打開托料運輸機構(gòu)的伺服電機開關(guān)，調(diào)試托料運輸機構(gòu)的傳遞速度，觀察其是否滿足AOI系統(tǒng)的檢測速度要求，滿足則調(diào)試AOI檢測系統(tǒng)，不滿足重新通過PLC子系統(tǒng)調(diào)節(jié)伺服電機的轉(zhuǎn)速[5]。AOI檢測系統(tǒng)主要是對檢測攝像頭進行調(diào)整，調(diào)節(jié)的要求是攝像頭在測試件經(jīng)過拍照位置時要成像清楚，物像特征剛好處于攝像頭的焦點位置，對成像區(qū)域也應(yīng)該根據(jù)機械區(qū)域的測試位置進行實時調(diào)整。在滿足該要求的基礎(chǔ)上，需要對擋片裝置進行調(diào)試，該部分是用來對被檢測物品進行阻擋分類的，這里主要是用來對檢驗合格產(chǎn)品的前進方向進行攔截，方便對被測試物進行有效定位，便于后期貼膜。在抓取過程中使用擋片裝置可以有效地對產(chǎn)品進行定位，而且該過程相比機械手抓取更穩(wěn)定，可以防止產(chǎn)品在該過程中發(fā)生損傷。經(jīng)過上述各環(huán)節(jié)的調(diào)試，各部件的運動均滿足要求。在后續(xù)的深化設(shè)計方面，可通過增設(shè)AOI攝像頭的方式來對單次檢查結(jié)果進行復(fù)檢。

6 結(jié)論

該文基于人工傳統(tǒng)產(chǎn)品檢驗的檢查效率慢、檢驗效果差等問題，對高端耳機泡殼全自動檢驗裝置的機械設(shè)計進行了探究。通過單電機驅(qū)動結(jié)合氣缸吸附托料的技術(shù)手段，證明了該檢測線的可實踐性，并提出了調(diào)試方案。該裝置便于工作人員進行產(chǎn)品檢測、跟蹤生產(chǎn)進度，可以最大限度地提升用戶體驗，不僅節(jié)約了資金，而且在產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化方面也具有重要的建設(shè)意義。

參考文獻

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