視覺成像在筆記本電腦外殼精沖檢測中的應用

程曉蒙 孔斌才

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

精沖是鎂鋁合金筆記本電腦外殼的一項重要的精加工工藝方式。產品結構的復雜性，精沖加工節拍的短暫性，導致產品精沖異常部位及其種類，很難在較短時間內及時發現并指出。

隨著產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人員，利用檢具檢驗精沖產品，并及時處理精沖異常品。然而，人工檢驗過程受到責任心、情緒和熟練程度等多方面彈性因素的影響，無法從根本上杜絕異常品的流出。

精沖后的產品異常，成為影響筆記本電腦外殼等產品加工質量、客戶滿意度、生產效率和生產成本的薄弱環節。隨著客戶對交貨期、產能和產品品質等要求的不斷提高，生產單位對自動化檢測方式的需求也越來越迫切，檢測自動化在高品質，高效率的產品生產過程中的重要性與日俱增。通過提出并利用無接觸式CCD視覺成像檢測技術，最終徹底改變了人工檢驗方式，為筆記本電腦外殼等產品的加工異常檢測科學把關、高效作業，提供了品質保證。

1 筆記本電腦外殼結構特點及精沖工藝

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，再經過精沖加工，獲得各類通孔及精確的產品外形和結構尺寸，最終滿足筆記本電腦結構、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，其結構較復雜，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、長條形散熱孔和方孔等，數量也較多，少則幾十，多達上百個各類型孔。

精沖后的筆記本電腦外殼，還要經過表面涂裝處理、裝配等工段，因此，在精沖段必須確保產品的異常檢測萬無一失。

2 傳統精沖生產品質異常檢測

筆記本電腦外殼的生產加工特點屬于大批量、多品種生產。由于產能排配較高，精沖后沖刀磨損、斷刀和沖床異常等情形時有發生，導致產品的外形、尺寸、結構中存在異常較多。沖孔廢料沖不掉、廢料反彈，沖孔不完整、漏沖、沖不透以及局部結構沖裂等異常情況時有發生。在精沖過程中，產品上的卡鉤、定位柱等結構較易折斷，而且肉眼不容易檢測到這些異常，給人工檢驗帶來了較大的困難。

產品種類較多，生產批量較大，產品的結構越復雜，精沖部位越多，加工質量問題出現的機率也會越大，產品品質檢測應投入的人力也就越多。

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

“防呆檢具”的使用方法:將產品按正確的方向，放置到“防呆檢具”上，將“防呆檢具”上的“防呆插針”正對并插入到產品精沖孔內，通過“防呆檢具”上的圓柱銷、防呆插針等結構，確保產品與檢具配合面可靠貼合。當產品與“防呆檢具”能夠自如地貼合時，說明精沖孔位加工基本正常，否則即可判定產品中待檢測的孔有異常，使得產品與“防呆檢具”無法可靠地貼合在一起。因此，“防呆檢具”對于廢料反彈等的異常檢驗，既是檢驗過程，也是去除殘留精沖廢料的過程。

“防呆檢具”提高了人工檢驗效率，以及檢驗的準確性，降低了對檢驗人力的需求，但是仍然無法杜絕不良品混入良品的現象發生。而且“防呆檢具”對于產品不良種類的判定及解決，尚無能為力，尤其是對于產品局部結構斷裂、缺失等異常的出現更顯得力不從心。此外，“防呆檢具”的生產投入量較大，每一種筆記本電腦外殼都需要多套“防呆檢具”以應對實際生產需求，因此“防呆檢具”的投入成本占產品生產成本的20%，是企業生產成本的瓶頸環節。

3 視覺成像檢測方式的應用開發

視覺成像檢測系統是基于CCD的檢測技術，通過CCD測量平臺和相關檢測算法，從而實現對被測量產品的非接觸式檢測。利用視覺成像手段獲取被測產品的圖像，并與預先已經設置好的標準圖像進行對比，確定被測產品的實際加工質量狀況，從而起到替代作業員對產品檢測內容的甄別、篩選、剔除等工作。可提高生產效率、檢驗準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 視覺成像CCD技術應用原理

CCD視覺成像檢測技術，作為一種能有效實現動態跟蹤的非接觸檢測技術，被廣泛應用于尺寸、位移、定位、識別、表面形狀檢測和溫度檢測等領域。視覺成像技術在工業生產中，多用于判斷組件的有無，組件裝配位置是否正確，產品外形特征的質量監控，尺寸及形位公差的測量、瑕疵檢測、零件分類對比等方面。

根據物體的透光性，產品通過CCD相機線掃成像的圖片數據，與產品的標準 圖片數據對比計算，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生，從而達到方便、快速、準確的檢測目的。

因此，利用視覺成像技術，在筆記本電腦外殼“精沖反彈”等的異常檢測過程中，可通過判斷精沖廢料的有無，產品結構的缺失與否等方面，自動檢測并指出筆記本電腦外殼的精沖加工異常部位。

3.2 工業視覺自動化檢測系統方案

筆記本電腦外殼的精沖異常檢測，采用工業視覺自動檢測系統，其基本構成有:照明系統、圖像采集系統(CCD相機和圖像采集卡)、圖像處理系統(軟件、硬件)、報警系統(聲、光、色報警裝置)、自動傳輸機構及架體等。設備結構主體如圖2所示，通過自動化傳輸機構，承載并傳輸被檢測產品，在傳輸過程中完成對產品的CCD視覺掃描檢測。

產品進入檢測區域后，觸發傳感器檢測到產品時，視覺CCD系統開始持續線掃描被測產品，進行圖像采集，將所采集的圖像信號數據傳至主機，計算機圖像處理系統對CCD反饋的數據進行整合，并分析處理，同時給出檢測結果。如果檢測的結果不符合產品檢測要求(從產品外形結構、尺寸、特征有無等方面判定)，那么圖像處理系統就會判定產品異常，并以聲、光、色、圖形信息等警報方式表現出來，從而提醒作業人員及時處理。

3.3 視覺成像精度要求

CCD相機固定在檢測設備頂部，待檢測產品直線移動，檢測精度由CCD像素，以及掃描范圍決定。當筆記本電腦產品的掃描范圍為320 mm×320 mm，CCD相機的分辨率按1 024×1 024進行計算，產品檢測的理論精度值為:320/1 024=0.312 5。實際應用中測量誤差是理論誤差的2～3倍，即測量精度可達到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相機分辨率選用1 024×1 024，可以滿足目前筆記本電腦外殼產品，在判斷產品特征的有無，以及結構缺失與否等方面的檢測需求。

為了確保產品的檢測精度，在檢測過程中，應避免產品發生偏移、跳動。因此，要求自動檢測設備的傳動機構平穩、可靠、傳動精度較高。

4 視覺成像檢測的生產推廣應用評估分析

傳統接觸式的檢測方式難以實現無接觸式和高精度的測量，同時也無法滿足高效、批量化的檢測生產要求。利用CCD的無接觸式的檢測技術可較好地解決傳統接觸式檢測帶來的檢測精度、檢測效率較低等問題。

CCD視覺成像技術的生產適用面較廣，尤其適用于產品的外形輪廓特征檢測及批量生產加工過程。該技術的生產應用具有普遍適用性，針對符合一定檢測尺寸范圍內的，相似產品的結構特征的檢測要求，利用CCD視覺成像技術進行產品先期驗證研究，以及簡化生產問題等方面，都具有很好的應用價值。

4.1 3種筆記本電腦外殼精沖異常檢測方式對比

第一種:傳統的人工檢測方法，勞動強度大，漏檢率高、不穩定，檢測過程受人眼分辨能力和容易疲勞等主客觀因素的影響，無法保質保量地完成生產任務，而且長期檢測，對檢測者的身心健康都有損害。

第二種:利用工裝夾具等機械裝置，與產品直接接觸進行檢測的方法，雖然在質量和速度上能滿足生產的需要，但造價高、生產靈活性差。

第三種:利用CCD視覺成像的檢測方法，通用性好、生產靈活性高、易于調試、對工作環境要求低等優點，適應了產品的快速市場化要求。

4.2 CCD視覺成像技術優勢體現

CCD視覺成像技術，具有測量精度高、速度快、應用方便靈活等特點，是現有機械式、光學式等測量儀器所無法比擬的。能較好地實現對產品的無接觸式快速檢測，其優勢體現如下幾點:

(1)檢測精度高，生產穩定性好，可減少人為因素的影響，避免人工檢測時出現的漏檢等異常狀況發生，可做到異常品流出率為零。

(2)操作簡便，對操作人員的素質要求不高。

(3)設備結構簡單、緊湊，節省生產作業空間。

(4)檢測適用面廣，依據產品檢測要求，進行成像系統設置，可滿足不同產品的相關檢測需求，從而確保新機種檢測開發周期短。

(5)節省了大量的人工，降低人工勞動強度，檢測效率高，3 s可檢測一件產品，因此，一臺自動化CCD檢測設備，一個班(8 h)可完成9 000件的產品檢測任務，檢測產能是人工檢測量的5倍以上。對于每天100 000件的產品檢測任務，只需6臺設備，分兩班作業完成。按一臺設備配備一名操作人員，共需12人。因此，可節省44名檢驗人員(人工檢測的標準產能按1 800件/(人·班)計算。

(6)采用聲、光、色報警方式，提醒操作人員及時處理異常，利用區域報警設置，指出產品不良種類及不良發生的部位。

(7)代替了大量的“防呆檢具”，節省了一大筆工裝檢具投入費用。

(8)通過“視覺成像”設置，在圖像數據庫中存儲，并調用標準產品圖像，即可完成產品生產的快速轉換。

5 結語

CCD視覺成像技術在筆記本電腦外殼精沖異常檢測中的開發應用，解決了生產中的關鍵問題，取得了較好的技術成果，方案實施后產生了較高的技術經濟效益。

隨著視覺成像等高新技術在生產中的應用越來越廣泛，更好地發掘生產實踐過程中的技術改善亮點，緊密結合高新技術的發展應用方向，最終通過生產力的轉化，實現技術進步，使企業不斷地發展狀大。

［1］魏瑞斌，潘建壽，王賓.基于CCD的無接觸式的物體測量［J］.光子學報，2007(6).

［2］劉征，彭小奇，丁劍.國外CCD檢測技術在工業中的應用與發展［J］.工業儀表與自動化裝置，2005(4).

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