繼電器零件智能分揀裝置的設計與實現

(桂林航天電子有限公司，廣西桂林，541002)

1 引言

軍用繼電器以其體積小、能耗低、性能穩定可靠等優點在軍用航天領域得到廣泛應用，該類產品涉及不同材料、工藝以及不同的連接技術等，往往不能一次加工制造成型，多是由微小型零件組裝而成。裝配是繼電器產品制造過程中的重要環節，微小型零件的尺寸一般在零點幾個毫米到十幾個毫米之間，尺寸跨度較大，外形復雜、裝配精度要求高。為了保證裝配精度，在裝配前需要對零件尺寸進行測量篩選，然后在裝配時采用分組互換法進行組合裝配。目前，微小型零件的篩選測量多是由熟練的操作人員用千分尺手工完成，生產效率低、測量結果一致性差，并且測量對操作人員的專業技能要求較高。隨著公司對產量需求和質量水平要求的不斷提高，手工作業已難以適應，迫切要求進行精密測量自動化等相關領域的研究。設計一種基于人工智能和自動化技術的微小型零件精密測量的裝置，可以成為替換人工操作的有效途徑。

圖1 繼電器軛鐵外形圖

2 整體結構設計

系統主要由計算機控制組件、軟件和裝置振動上料、前級傳送帶、進料槽、間歇放料、測量室、CCD檢測部分(機器視覺系統)、卸料伺服、出料滑軌、合格(不合格)分類盒等機構組成。其整體框架圖如圖2所示。

圖2 系統整體結構圖

圖3 上料盤圖

裝置啟動后，在計算機控制組件的驅動下，零件按圖中序號各機構進行流轉。首先將需要測量的零件倒入振動上料機構中，在振動作用下零件進入前級傳送槽。前級傳送槽尾端部位的電控間歇投料裝置控制零件有序進入到進料槽中，零件由進料槽滑入到測量室。CCD檢測部分采集測量室中檢測窗圖像，由計算機軟件處理后給出測量結果，同時發指令到卸料伺服機構，將零件推入到指定出料滑軌處，零件隨著滑軌利用重力落入到合格或不合格(各尺寸檔位)的分類盒中。

3 電磁式間歇放料機構設計

零件外形形狀復雜且兩頭不對稱。為保證能夠實現無接觸測量，需將零件小端正面投放到測量窗中。在多個零件在振動上料機構導軌末端定向排隊后，需確保將零件按唯一的姿態間歇投放到測量室的檢測窗定位。為完成該動作，設計了電磁式放料間歇機構，見圖4。

放料電磁鐵固定安裝在振動上料機構的導軌固定架上，放料電磁鐵滑軸端頭與零件拖框連接，零件拖框與振動上料機構的導軌并接。振動上料機構的振動帶動零件從導軌平移至零件拖框內；由于零件拖框設置了特殊的狀態錐、確保了零件在拖框內的姿態不變；當電磁鐵吸合工作時帶動拖框將零件拖移到漏料倉位置時，在振動上料諧振的共同作用下，零件將大頭向下的翻滾進入待檢座定位。這個拖框內特殊的狀態錐還起到了零件按唯一指定的姿態投放到待檢座的測量窗定位的作用。檢測窗零件被測量后，受控的檢座電磁鐵帶動檢座抽板移動，將被零件漏入到出料分檔倉再移回始位。

該機構不僅實現了零件的間歇投放，同時也保證了測量室中只有一個零件。

圖4 電磁式放料間歇機構動作原理圖

4 高精度測量的方法設計

由于零件測量精度高，測量誤差達到±0.005。為保證在工業現場保證測量精度的同時又能達到高準確度，采用標準尺對比法進行實時測量和校正，見圖5所示。

圖5 在測量室中的標準尺

測量時首先建立測量基準，檢測對象通過算法計算建立統一的基準，可以隨著零件的位置改變而調整；將經過標定的標準件固定在測量室左側，軟件每100件會對標準件進行一次校正測量，如出現誤差運用補償算法進行校正。通過以上方式實時地對整個測量環節進行對標，保證了測量的準確。解決了零件尺寸跨度較大、測量精度和分辨率要求較高時工業相機視場小的矛盾。

5 軟件設計及視覺處理算法

系統從控制機構運轉、零件的原始圖像采集到圖像預處理、定位再到模式識別，最后到計算分檔整個過程是一個全面、整體的設計。

5.1 軟件主流程圖

圖6 軟件主流程圖

5.2 視覺算法

系統視覺處理的主要任務是完成源圖像的去噪處理和零件邊緣的定位和分離。下面是其中主要的算法部分，運用OPENCV和VC++實現。

(1)灰度處理

考慮到系統成像時受到干擾后可能會出現的高斯噪聲、脈沖噪聲以及圖像細節點在零件邊緣上的連續性等具體問題。圖像采用灰度圖像處理方案，是解決這些問題比較經濟的做法。

灰度處理采用灰度權值法，對于RGB圖像的三個分量進行加權平均得到最終的灰度值，某點的灰度計算為：

Gray=0.5B+0.31G+0.19R

(2)零件的邊緣提取算法

鑒于圖像處理后的背景較為清晰，采用Canny函數易于實現邊緣提取。該函數對單一邊緣僅有唯一響應，定位精度高，可以準確地把零件的邊緣點定位在灰度變化最大的像素上，并抑制虛假邊緣。下面是部分測試用的代碼實例。

int main()

{

Mat img_rgb, img_gry, img_cny;

namedWindow("77 Gray",WINDOW_AUTOSIZE);

namedWindow("77 Canny",WINDOW_AUTOSIZE);

cvtColor(img_rgb,img_gry,COLOR_BGR2GRAY);

int x = 16, y = 32;

Vec3b intensity = img_rgb.at< Vec3b >(y, x);

uchar blue = intensity[0];

uchar green = intensity[1];

uchar red = intensity[2];

……

imshow("77 Gray",img_gry);

Canny(img_gry,img_cny,10,60,3,true);

imshow("77 Canny",img_cny);

waitKey(0);

getchar();

return 0;

}

圖7 零件邊緣提取效果

6 結束語

本系統設計為可根據零件的三檔尺寸進行分揀，單個零件在3秒內完成測量和收納操作。為驗證系統的準確性和精確性，將零件進行手工對標檢驗，按分檔尺寸分為三組，每組50個零件。這三組零件依據相關試驗方法，由系統進行尺寸測量，手工測量結果與機測結果一致。

系統設計的信息化接口將測量數據實時傳送到公司大數據中心，數據中心將批次尺寸分析匯總后發送質量管理部門。

本文詳細介紹了分揀裝置的整體結構，在設計時綜合運用人工智能、自動化、信息化和機械制造等技術。設計的自動分揀系統沒有按照慣例使用機械手進行抓取投放，而用結構簡單的間歇機構實現，這樣的設計制造成本低、維護性好。該系統不僅測量效率高，而且測量精度高。本設計已在軍用繼電器生產制造環節中投入使用，較之以前的人工檢測效率大大提高，質量水平也得到了提升。