電子連接器自動檢測白皮書

圖7：輔助模板 - 檢測插針周圍區(qū)域以及是否有粘附碎屑若插針上有冗余金屬或金屬碎屑，其圖像上就會有黑色像素出現(xiàn)而通不過輔助模板工具檢測。

外形尺寸及誤差是由"量規(guī)"（Gauges）等工具檢測。量規(guī)工具有像素精度和亞像素精度兩種。對于常見的典型沖壓件缺陷，像素精度級量規(guī)就能達到較令人滿意的檢測效果。例如，視野范圍為13mm x 10mm的圖像能使系統(tǒng)達到 +/- 0.0203mm的檢測分辨率（13mm/640像素數(shù) = 0.0203 mm/像素）。顯然，圖像視野越小，系統(tǒng)分辨率越高。

Sub-pixel Line Gauge Tool (亞像素量規(guī)) 檢測精度能達到1/4像素（標(biāo)準(zhǔn)差）。它可以完成同一目標(biāo)物的多個檢測項目，也可多次執(zhí)行同一檢測項目。即定義一種檢測項目并使其在某個選定圖像區(qū)域內(nèi)重復(fù)執(zhí)行。特別是對于沿一個系列中心檢測多個目標(biāo)的任務(wù)，該功能非常有效。Sub-pixel Line Gauge Tool采用連通性分析算法來檢測圖像邊緣，可達到亞像素級的檢測精度。系統(tǒng)做初始化時，用戶即可在 "金規(guī)"（即標(biāo)準(zhǔn)零件）圖像上指定兩條邊緣并告訴系統(tǒng)測量這兩條邊緣線之間的距離。之后的實際生產(chǎn)檢測中，系統(tǒng)將測量每個零件相應(yīng)的邊緣線之的距離，如果這個距離在給定范圍內(nèi)，檢測通過；否則不予通過。那么視覺系視覺能檢測哪些尺寸誤差呢？這個問題將完全取決于所檢測圖像的實際狀況。圖8標(biāo)出了一組Sub-pixel Line Gauge Tool的ROI的位置，以及制造商希望能被檢測的幾種典型尺寸。

圖8：Sub-pixel Line Gauge Tool　- 檢測外形尺寸的誤差
（一組Sub-pixel Line Gauge Tool 的ROI 的位置，用以測量插針多個截面的
寬度和縱向總長）"反差工具"（Contrast Tool）可以用來檢測多種前面已討論過的質(zhì)量缺陷。該工具利用ROI來判斷區(qū)域內(nèi)的灰度級是否存在反差 - 有反差則可證實目標(biāo)特征存在，無反差則表明目標(biāo)特征（如金屬碎屑）不存在。

上述各種視覺檢測工具一旦開始運行，系統(tǒng)將通過內(nèi)置的Opto22輸出模塊把檢測結(jié)果（成功/失敗的信號）送到生產(chǎn)線上其它設(shè)備。例如在一個典型的沖壓件質(zhì)量檢測實例中，若視覺系統(tǒng)檢測到一個有缺陷的零件，則檢測失敗信號會立刻送到?jīng)_壓機控制器以停止沖壓機運行。同時，操作人員會收到一個示警信號。只有在造成質(zhì)量缺陷的原因查明并解決之后，操作人員才能開動沖壓機重新生產(chǎn)。

上述各種視覺檢測工具的檢測結(jié)果還將被收集并顯示在操作屏幕上；或者為了進一步的統(tǒng)計分析而輸出到運行于主機上的其它軟件，如電子數(shù)據(jù)表格或統(tǒng)計過程控制（SPC）程序。

3.2.3 視覺檢測系統(tǒng)編程

PPT所有型號的機器視覺系統(tǒng)都裝有PPT的視覺程序管理軟件 - VPM (Vision Program Manager)。VPM采用圖形化的編程語言，使用戶不必掌握計算機編程語言就能極為自由地創(chuàng)建各種視覺檢測程序。VPM有兩種截然不同的運行模式：編輯模式（Edit Mode）和 執(zhí)行模式（Run Mode）。

編輯模式下，用戶首先編輯檢測程序以指示視覺系統(tǒng)該做些什么。在此過程中，用戶不必敲入一行行的指令代碼，只需抓取各種圖標(biāo)并將它們拖放組合到一起成為可視化的流程圖。這里的每個圖標(biāo)都代表了一種基本的機器功能。用戶還可以用各種顏色的線條連接這些圖標(biāo)，以此指明整個檢測過程中的執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)流動路線。最后，設(shè)置每個圖標(biāo)特定的功能參數(shù)。

編輯完檢測程序后，用戶可創(chuàng)建自己個性化的 "控制面板"（Control Panels）。這些面板是供車間操作人員在生產(chǎn)線上使用的。利用前述創(chuàng)建檢測程序時所用的點擊組合方式，用戶在很短時間之內(nèi)就能創(chuàng)建這些面板。一個面板中所有組件的形狀、位置、標(biāo)識和顏色都可按照用戶喜好進行修改；多個面板也可同時創(chuàng)建并鏈接在一起。用戶可以完全自主地設(shè)計操作面板，并加密碼保護，以限制車間操作人員對檢測程序干與能力。

VPM通常都在執(zhí)行模式下運行。上述控制面板此時將被顯示并激活，車間操作人員通過集成安裝的觸摸屏使用該控制面板。通過觸摸屏上的各種按鈕，操作人員能夠啟動視覺檢測系統(tǒng)、使系統(tǒng)離線運行、加載各種檢測文件以及系統(tǒng)設(shè)計者所設(shè)置的所有其它功能。

前文所述的沖壓件質(zhì)量檢測系統(tǒng)的流程可以用VPM的圖形化編程語言給出，如圖9所示。Camera Tool - 整個檢測流程由攝像機工具開始，
Origin Tool - 原點工具確定零件在視野中的位置，
Template tools - 模板工具，
Sub-pixel Line Gauge Tool
Parallel Output Tool - 若任何檢測工具檢測失敗，并行輸出工具向沖壓機發(fā)送"停機"信號。

攝像機工具（Camera Tool）指定整個檢測流程由攝像機開始。原點工具（Origin Tool）確定每個插針在攝像機視野中的位置和角度，并將此信息提供給后續(xù)各個檢測工具。兩組模板工具（Template Tool）分別檢測插針是否存在變形、扭曲或金屬碎屑和觸點形狀的一致性。亞像素量規(guī)（Sub-pixel Line Gauge）檢測插針有關(guān)的形狀尺寸誤差是否合格。一個量規(guī)工具就可以度量出幾個尺寸數(shù)據(jù)。

圖中的流程線規(guī)定了所有檢測工具的執(zhí)行順序，即只有當(dāng)前一個工具檢測通過后，后一個工具才可以執(zhí)行。如果任何一個工具檢測不能通過，那么并行輸出工具（Parallel Output）將按照流程線規(guī)定向沖壓機控制器送出失敗信號，沖壓機立即停止運行。盡管所有的檢測工具都有各自的檢測失敗/成功/執(zhí)行的計數(shù)器，但每個零件的檢測都會首先觸發(fā)原點工具，所以總的檢測零件數(shù)將由原點工具(Origin Tool) 的執(zhí)行計數(shù)器給出。

3.2.4 安裝視覺檢測系統(tǒng)可能遇到的問題

安裝一套視覺檢測系統(tǒng)時大多會遇到一些問題。以前，PPT在安裝沖壓件質(zhì)量檢測系統(tǒng)時就多次遇到過同一個障礙：當(dāng)物料運輸機構(gòu)清理干凈后，攝像機和頻閃燈就能馬上安裝在卷帶輪前方，然而在試運行時竟出現(xiàn)系統(tǒng)的檢測速度明顯跟不上生產(chǎn)節(jié)拍 - 盡管此時沖壓連續(xù)生產(chǎn)的速度并沒有超出系統(tǒng)檢測速度的極限。經(jīng)過分析研究發(fā)現(xiàn)，這種 "超速"（Overrun）問題是由于卷帶輪不規(guī)則的轉(zhuǎn)速所引起。當(dāng)運輸金屬帶出現(xiàn)松弛時，卷帶輪加速運轉(zhuǎn)以張緊運輸帶；松弛一旦消除，卷帶輪的轉(zhuǎn)速又放慢下來。由于卷帶輪設(shè)計上的轉(zhuǎn)速總是落后于運輸帶，因此每次卷帶輪張緊運輸帶后減速都重新造成運輸帶的大段松弛。其結(jié)果導(dǎo)致了運輸帶通過視覺檢測系統(tǒng)導(dǎo)引塊時不規(guī)則、突然地加速運動，有時甚至超出了視覺系統(tǒng)的檢測速度極限。"超速"問題的解決方法是仔細地調(diào)整卷帶輪的轉(zhuǎn)速。只要能消除運輸金屬帶運動過程中的不規(guī)則突變，視覺檢測系統(tǒng)就能夠保持與沖壓生產(chǎn)速度的同步。

殘留在插針上的潤滑油給視覺檢測系統(tǒng)帶來另一個問題。金屬帶在通過沖壓過程中需要足夠的潤滑，可是這些潤滑油滴也會經(jīng)常粘附在沖壓后的插針上。若它們被視覺檢測系統(tǒng)誤認(rèn)為是金屬粘附碎屑，則將導(dǎo)致檢測誤判。為了解決這個問題，可以在插針觸點未到達檢測系統(tǒng)之前安裝一副氣流噴掃裝置以清除零件上殘留的潤滑油。

4. 總結(jié)

當(dāng)前，機器視覺系統(tǒng)為電子連接器制造工業(yè)中四個階段（沖壓、電鍍、注塑和組裝）的質(zhì)量檢測提供了非常出色的解決方案。以沖壓工藝為代表的高速制造過程要求檢測系統(tǒng)有極高的檢測速度，這一直是制約電子連接器制造工業(yè)實現(xiàn)全面自動化質(zhì)量檢測的主要障礙?？上驳氖?，得益于攝像和圖像處理技術(shù)的進步，視覺系統(tǒng)今天終于有足夠的能力達到10,000件/分鐘的在線檢測速度。

與此同時，機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的進步使得其使用已極為方便。值得注意的是，當(dāng)評估在生產(chǎn)線上安裝機器視覺系統(tǒng)的可行性時，電子連接器的主要制造商們越來越多地把機器視覺系統(tǒng)易于安裝維護作為了一個主要的因素來考慮。

過去的五年中，許多成功安裝的機器視覺系統(tǒng)已開始在市場上出現(xiàn)。這些已在電子連接器制造業(yè)中安裝使用的視覺系統(tǒng)極大地減少了廢品率，防止了質(zhì)量不合格產(chǎn)品到達客戶手里，為制造商帶來了豐厚的投資回報。多數(shù)情況下，用于安裝視覺系統(tǒng)的投資在幾個月里就能夠收回。