機械電連接線生產(chǎn)中自動化檢測技術(shù)的應用

莊黎明 陸 建謝海寧 尹建坤

（1.國網(wǎng)上海電力公司電力科學研究院，上海 200437；2.科大智能電氣技術(shù)有限公司，合肥 230088）

自動化檢測技術(shù)能夠自動完成連接線的所有端點檢測，且能夠?qū)崿F(xiàn)顏色識別和鉚接區(qū)域檢測，為判斷機械電連接線生產(chǎn)的合格性和問題源頭分析提供有力支持。

1 自動化檢測技術(shù)在機械電連接線生產(chǎn)中的應用分析

1.1 自動化檢測技術(shù)概述

自動化檢測技術(shù)屬于現(xiàn)代電子、控制、機械和通信等多學科交叉產(chǎn)物，檢測技術(shù)隨現(xiàn)代傳感技術(shù)的升級而增強，且檢測精度大幅提高。在功能不斷完善的現(xiàn)代微處理器支持下，自動化檢測技術(shù)的檢測能力隨之增長，同時檢測設(shè)備逐漸向簡單化和小型化方向發(fā)展，能夠開展越來越多內(nèi)容的檢測。在智能控制和非線性控制等現(xiàn)代控制理論支持下，自動化檢測技術(shù)能夠更好地服務于機械電連接線生產(chǎn)。結(jié)合機械電連接線生產(chǎn)中積累的大量歷史數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進行分析，即可獲得機械電連接線生產(chǎn)的優(yōu)化依據(jù)，并為相應的故障診斷和處理提供支持[1]。

1.2 自動化檢測技術(shù)的應用優(yōu)勢

對于產(chǎn)品數(shù)量巨大、線芯之間交叉復雜和無序堆放的機械電多芯連接線來說，自動化檢測技術(shù)在其中的應用主要具備3 方面優(yōu)勢。第一，提高生產(chǎn)效率。以3 芯的機械電連接線為例，如基于萬用表開展人工檢測需要在兩兩檢測中進行6 次檢測，而基于自動化檢測技術(shù)的檢測設(shè)備僅需要進行1 次檢測。它的1 次檢測耗費時間與人工1 次檢測耗費時間相同，可見自動化檢測技術(shù)的應用可節(jié)約5/6 的人工檢測時間。隨著多芯線的芯數(shù)增加，節(jié)約比例會呈幾何級數(shù)增加，由此節(jié)省的大量生產(chǎn)時間能有效提高機械電連接線的生產(chǎn)效率，且這種提升在自動化的顏色識別和鉚接區(qū)域檢測中也有直觀體現(xiàn)。第二，提升檢測準確率。人工開展的機械電連接線生產(chǎn)檢測容易誤檢、漏檢，但依托自動化檢查技術(shù)的現(xiàn)代檢測設(shè)備僅需要將工裝與待測工件連接，即可自動完成質(zhì)量檢測。一一對應所有數(shù)據(jù)的方式可規(guī)避錯檢問題，而對人工檢測容易出現(xiàn)的漏檢問題，數(shù)據(jù)處理后的檢測設(shè)備能夠自動提示。第三，強化生產(chǎn)過程的可追溯性和可控性。基于自動化檢測技術(shù)的現(xiàn)代檢測設(shè)備還需要結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，并嚴格記錄生產(chǎn)過程，及時掌握每道生產(chǎn)工序的情況，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程中對工人進度的督促、生產(chǎn)資料的優(yōu)化調(diào)整分配、生產(chǎn)合格率控制和產(chǎn)品質(zhì)量提升。

2 自動化檢測技術(shù)在機械電連接線生產(chǎn)中的具體應用

2.1 機械電連接線的自動化生產(chǎn)與檢測系統(tǒng)

本文基于機械電三芯連接線設(shè)計了一套自動化生產(chǎn)與檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由上料轉(zhuǎn)盤、傳送帶、回收箱、工控機、相機和光源組成。上料轉(zhuǎn)盤上纏繞三芯連接線，每次上料時剪斷抽取出固定長度的三芯連接線。氣缸夾片固定放到傳送帶上，從左向右移動傳送帶并設(shè)置6 個拍照工位。遮光暗箱布置在每個拍照工位上，CCD 工業(yè)相機和圓頂光源設(shè)置在暗箱中。一臺工控機負責處理相鄰兩臺相機傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)，1 ～4 號位的相機分別負責識別旋轉(zhuǎn)中的母頭導線顏色、判斷分線后的母頭極性位置、識別旋轉(zhuǎn)中的公頭導線顏色和判斷分線后的公頭極性位置。5、6 號位的相機分別負責檢測母頭/公頭的鉚接區(qū)域裸露銅線。由于圖像處理效率直接受圖像質(zhì)量影響，為提升機器視覺檢測系統(tǒng)采集的圖像質(zhì)量，需關(guān)注不穩(wěn)定光照條件下產(chǎn)生的陰影，因為這種陰影會對圖像的顏色識別、閾值分割等造成干擾。現(xiàn)存在硬件和軟件兩種解決陰影干擾的方法。對比兩種方法，本文采用較為簡單的硬件解決方法，即將圓頂無影光源設(shè)置在應用場景中，有效削弱圓柱形導線的陰影干擾，并保障閾值分割效果。具體設(shè)計如圖1 所示。

2.2 工作流程設(shè)計

在機械電連接線的自動化生產(chǎn)與檢測系統(tǒng)的顏色識別過程中，機械電連接線的顏色識別流程為“顏色分類器加載→連接相機→連接產(chǎn)線控制系統(tǒng)→采集圖像（第一拍照位）→識別顏色→判斷導線到達上方→顏色信息發(fā)送→采集圖像（第二拍照位）→識別顏色→判斷三根導線位置→發(fā)送OK/NG 信號→結(jié)束”。基于該流程可應用前4 個相機完成機械電三芯連接線的公頭、母頭生產(chǎn)檢測。機械電連接線基于邊緣檢測的鉚接區(qū)域，檢測流程可概括為“加載模板→加載ROI 區(qū)域→連接相機→連接產(chǎn)線控制系統(tǒng)→識別銅線數(shù)量（一號拍照位）→銅線裸露數(shù)量0 →發(fā)送OK/NG 信號給產(chǎn)線控制系統(tǒng)→第一次識別銅線數(shù)量n1（二號拍照位）→第二次識別銅線數(shù)量n2（二號拍照位）→n1與n2的和為0 →發(fā)送OK/NG 信號給產(chǎn)線控制系統(tǒng)”。在具體生產(chǎn)中，到達5 號拍照位并經(jīng)過鉚接工位的機械電連接線，可圍繞母頭鉚接區(qū)域采用邊緣檢測算法進行缺陷檢測。考慮到存在較大高度差的3 個鉚接片，公頭鉚接區(qū)域在6 號拍照位的檢測會受到較大景深影響，使得3 個鉚接區(qū)域無法通過1 次拍照完成檢測，因此需進行2 次拍照。具體的，第1 次對兩個鉚接區(qū)域進行拍照檢測，結(jié)束后機械電連接線需通過機械爪將其夾住并轉(zhuǎn)動90°；第3 個鉚接區(qū)域則可通過第2 次拍照完成檢測。

圖1 機械電連接線的自動化生產(chǎn)與檢測系統(tǒng)設(shè)計圖

2.3 檢測結(jié)果分析

選取兩批機械電三芯連接線中的400 根三芯連接線，以便分析機械電連接線的自動化生產(chǎn)與檢測系統(tǒng)顏色識別效果，如表1 所示。由表1 結(jié)果可知，三芯連接線的平均準確率為98.7%。

表1 顏色識別結(jié)果

若棕色或藍色識別錯誤，雙色識別也將出現(xiàn)錯誤結(jié)果，其中棕色和藍色識別錯誤個數(shù)即為雙色線識別錯誤個數(shù)。結(jié)合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，白色粉塵在3 根導線表面的大量附著會影響顏色識別準確率。

分析機械電三芯連接線的裸露銅線檢測結(jié)果可知，試驗樣本共有導線384 根，母頭導線鉚接區(qū)域和公頭導線鉚接區(qū)域均為384 個，由此開展實驗可得到如表2 所示的鉚接區(qū)域檢測結(jié)果。

由表2 可知，良品檢測準確率較高，不良品檢測準確率相對較低。分析錯誤案例可以發(fā)現(xiàn)，完成鉚接后，鉚接區(qū)域外存在較短的銅線裸露，且這根導線在ROI 區(qū)域提取時不包含在內(nèi)。

表2 鉚接區(qū)域檢測結(jié)果

3 結(jié)語

機械電連接線生產(chǎn)中自動化檢測技術(shù)具有較高實用價值。對于自動化檢測技術(shù)的應用優(yōu)勢、機械電連接線的自動化生產(chǎn)與檢測系統(tǒng)、工作流程設(shè)計以及檢測結(jié)果分析等內(nèi)容，提供了具有較高可行性的自動化檢測技術(shù)應用路徑。為更好地服務機械電連接線生產(chǎn)檢測，新型算法的科學應用、高復用性機器視覺檢測系統(tǒng)的開發(fā)以及智能化技術(shù)的深入研究都需要引起高度重視。