雙凹料視覺送料系統的仿真計算與偏差分析

龔惠斌 朱秀球 方軍華

關鍵詞：雙凹料;生克片（沉降片）;視覺送料系統;仿真計算;誤差分析

0引言

某公司的一種圓機針生克片產品WY02，需要用到雙凹料在沖床上沖壓生產，如果雙凹料采用固定問距送料且沒有送料補償的話，送料次數累計到一定數量后，薄料位置誤差可能累積到較大值導致薄料在產品中的位置發生較大偏移，使得產品不能滿足客戶需求（根據產品要求，雙凹料送料位置偏差在±0.05mm以內）。為此，需采用一種可以檢測到厚薄交界線和該交界線到參考線的間距的方法來計算補償送料。鑒于機器視覺在檢測領域應用廣泛、具有可實現高精度檢測和響應快的特點，本文搭建了視覺送料系統進行測試驗證，并且編寫程序進行仿真計算。

1視覺送料系統

該視覺送料系統主要分成視覺檢測系統和伺服送料系統兩大部分，詳細組件如圖1所示。視覺檢測系統將檢測到的料帶與參考線的偏差值發送給伺服送料系統中的PLC，然后PLC中通過計算決定下一次送料的送料距離，并通過發脈沖形式給伺服驅動器，驅動電機運轉相應的角度。

2影響因素分析與仿真程序介紹

2.1影響因素分析

通過對雙凹料視覺送料系統的分析，可知雙凹料視覺送料系統送料偏差的影響因素有以下幾種。

（1）料帶總段數：如果說送料有累積誤差，那么料帶總段數越大，則送料偏差越大。

（2）料帶的段長：料帶段長的誤差越大，每次送料的數據相差越大，可能潛在的誤差也會越大。

（3）視覺定位處參考線與模具處標準位置之問的料帶段數：如果這個段數越多，相當于視覺定位后的送料次數越多，受伺服送料誤差的影響將會越大。

（4）送料的標準步距：如果送料的標準步距與實際段長差別較大，可能導致后續的送料偏差。

（5）送料的初始位置：初始位置（初始偏差）的不同可能導致后續的送料偏差不同。

（6）視覺定位誤差：直接影響了視覺定位處的厚薄交界線與模具標準位置處的距離計算值，也就影響了送料偏差。

（7）料帶的延展性：拉緊狀態下和放松狀態下的位置偏差，此處暫未考慮。

（8）沖床的振動：問接影響了視覺定位誤差，此處也暫未考慮。

2.2仿真程序主要變量

（1）料帶總段數m：此處取實際一卷料的料帶段數的上限，m=60000。

（2）料帶的標準步距I：這里取30.5mm為標準步距（料帶段長的標準值），固定不變。

（3）光檢處參考基準線與模具標準位置之間料帶的段數n。

（4）光檢處參考基準線與模具標準位置之間的距離x：此處假設x=lxn。

（5）實際料帶段長為以標準步距為平均值的段長x：數組，其公差范圍為ProdX。

（6）光檢誤差系數為ProdD：這里取0.4%（參考文獻[1]中光檢相對誤差的比例0.38%左右）。

（7）送料誤差隨機數k：根據伺服送料器的送料精度1μm來給出，送料誤差范圍為0～0.001mm的隨機數k。

（8）料帶的起始位置t：t的選擇一般在-0.5～0.5mm。

（9）厚薄交界線與模具標準位置的送料偏差數組S：數組，為所要求得的偏差分布。

（10）送料段長L：數組，表示每次送料的長度。

（11）T：數組，表示光檢處厚薄交界線與參考線的距離，帶符號，前正后負。

（12）S：數組，厚薄交界線與模具標準位置的送料偏差。

（13）S：光檢處厚薄交界線到模具標準位置的距離。

（14）S：S。的數組，表示各段厚薄交界處到模具標準位置的距離。

（15）S：計算得到的n-1段的長度。

（16）FileHandle：文件句柄，用于記錄送料偏差數據，將之保存至文本文檔中。

2.3仿真程序

（1）該次送料偏差=前一次送料偏差+該次實際段長-前一次送料步距+前一次的送料誤差;

（2）先計算第0段到第n-2段的送料偏差：該n-1段采用的是標準步距送料，送料偏差較大，實際送料偏差分析時，該部分數據剔除考慮。

（3）再計算第n-1段到第m-1段的送料偏差以及視覺定位誤差，并將結果保存至文本文檔中。

2.4 Halcon程序

3仿真結果及分析

通過改變其中一個變量，固定其他變量的方法來進行仿真對比試驗，在不考慮沖床振動和料帶延展性的情況下，得到仿真結果如圖2～7所示。

從圖2的偏差分布圖來看，對于段數等于16、標準段長等于30.5mm、公差范圍等于±0.1mm的材料和初始送料位置偏差為0的情況下，無論仿真數據多少組（小到上千組，大到數萬組），偏差的分布總是基本上在-0.2～0.2mm平均分布。

從圖3的偏差分布圖來看，對于段數等于16、標準步距等于30.5mm、初始送料位置偏差為0的情況下，料帶段長的公差范圍越大，導致送料偏差范圍越大，而且幾乎成2倍關系。

從圖4的偏差分布圖來看，對于標準段長30.5mm、公差范圍在±0.1mm的材料來說，無論段數是幾段還是幾十段，偏差的分布總是基本上在-0.2～0.2mm平均分布，隨著段數的增加到上百段到數百段，偏差分布的平均值逐漸向負值偏移。對于沖床上安裝的距離來說，段數基本在5～20段以內，偏差的分布范圍一般在-0.2～0.2mm，因此，段數對送料偏差的影響微小。

從圖5的偏差分布圖來看，標準段長設置偏小，會導致偏差分布的平均值變負值;標準段長設置偏大，會導致偏差分布的平均值變正值;設置值越是偏大或偏小，偏差分布的平均值的絕對值會越大;不過小范圍內的偏差±0.4mm以內時，偏差分布偏移小于0.04mm。

從圖6的偏差分布圖來看，初始送料位置偏差與模具標準位置的距離不同，對后續偏差分布的影響很小。

從圖7的偏差分布圖來看，視覺定位誤差對最終偏差分布的影響也不大，定位誤差雖然大幅度從0.5%上升到10%，但是偏差平均值幾乎不變，偏差范圍略微增大（從±0.2mm變成±0.25mm左右）。

4結束語

通過對仿真計算的結果進行分析，本文得出了這樣一個結果，在保證視覺送料正常穩定的前提下，送料偏差在偏差范圍內基本呈現均勻分布狀態，送料偏差范圍受料帶自身的段長公差范圍的影響很大，成兩倍關系，送料偏差受段數、標準步距偏大或偏小的影響相對微小，送料偏差不受材料總段數和料帶初始位置偏差的影響，送料偏差受視覺定位誤差的影響較小。該仿真程序及其仿真結果分析的試驗，為產品該項品質的控制和設備生產調試提供了依據。