一種網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理裝置設(shè)計(jì)

李芬

（柳州城市職業(yè)學(xué)院，廣西 柳州 545000）

0 引言

傳統(tǒng)的網(wǎng)線接頭制作基本靠人工，期中芯線排序環(huán)節(jié)尤其耗時(shí)費(fèi)力，芯線排序需要先將八根芯線散開(kāi)且根根分離，然后再將芯線捋直按標(biāo)準(zhǔn)順序排線，再接到水晶頭中，不僅效率低、成本高，而且極易出錯(cuò)[1]。

現(xiàn)有技術(shù)中也有針對(duì)上述問(wèn)題研發(fā)的產(chǎn)品，如專利編號(hào)CN113140943A公開(kāi)的一種網(wǎng)線芯線自動(dòng)排線裝置，包括控制系統(tǒng)、工作臺(tái)、運(yùn)線機(jī)構(gòu)、梳線機(jī)構(gòu)、分線機(jī)構(gòu)、中轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和排序機(jī)構(gòu)，氣缸等該，裝置能利用機(jī)械裝置配合控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線芯線自動(dòng)排線，排成標(biāo)準(zhǔn)線序，排線完成后的網(wǎng)線可直接安裝水晶頭。雖然上述公開(kāi)技術(shù)能夠在一定程度上解決問(wèn)題，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，準(zhǔn)確率也較差[2]。

針對(duì)上述不足，設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理裝置，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理，自動(dòng)將八根芯線散開(kāi)排列，然后再將芯線按所需要的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排序和整理，方便接入水晶頭中，取代人工分線、排序作業(yè)，減少出錯(cuò)率，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。該裝置靈活度高，適用性廣，可推廣至其他類型的通信線，僅需裝置中的線芯卡座、卡針尺寸稍加調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)其他類型的通信線多數(shù)量線芯的排列整理。

1 裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該裝置結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，其結(jié)構(gòu)包括操作臺(tái)1、檢測(cè)單元2、控制單元（結(jié)構(gòu)圖未顯示此單元）、固定機(jī)構(gòu)3、分線機(jī)構(gòu)4、夾持機(jī)構(gòu)5以及收攏機(jī)構(gòu)6，其中檢測(cè)單元2、控制單元、固定機(jī)構(gòu)3、分線機(jī)構(gòu)4、夾持機(jī)構(gòu)5以及收攏機(jī)構(gòu)6固定安裝在操作臺(tái)1上。控制單元分別與檢測(cè)單元2、固定機(jī)構(gòu)3、分線機(jī)構(gòu)4、夾持機(jī)構(gòu)5、收攏機(jī)構(gòu)6進(jìn)行通信連接[3]。固定機(jī)構(gòu)3將網(wǎng)線及其線芯固定在操作臺(tái)1上，檢測(cè)單元2檢測(cè)線芯的位置和排序，分線機(jī)構(gòu)4與夾持機(jī)構(gòu)5移動(dòng)配合并由分線機(jī)構(gòu)4按照標(biāo)準(zhǔn)線序?qū)⒕€芯頂入夾持機(jī)構(gòu)5中，各個(gè)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)配合，收攏機(jī)構(gòu)6將按標(biāo)準(zhǔn)重新排序的線芯進(jìn)行收攏。

圖1 網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理裝置實(shí)物圖

圖2 網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 裝置詳細(xì)結(jié)構(gòu)說(shuō)明及工作原理

網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理裝置如圖3所示。操作臺(tái)1包括裝置基座11、固定平臺(tái)12以及L型支臂13，其中固定平臺(tái)12和L型支臂13固定安裝在裝置基座11上，本實(shí)施例中，裝置基座11上為一平板結(jié)構(gòu)。L型支臂13的頂部伸出部分位于固定平臺(tái)12的垂直上方[4]。固定平臺(tái)12上設(shè)有弧形槽I 21和矩形槽22，弧形槽I 21的橫截面呈弧形結(jié)構(gòu)。其中弧形槽I 21與矩形槽22連接并相對(duì)于固定平臺(tái)12居中對(duì)齊。

圖3 網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理裝置詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖

檢測(cè)單元2固定安裝在操作臺(tái)L型支臂13的懸臂下方的端面上，位于固定機(jī)構(gòu)3與分線機(jī)構(gòu)4的中間。檢測(cè)單元2用于檢測(cè)線芯的順序，其采用智能攝像頭模組，可以通過(guò)機(jī)器視覺(jué)算法對(duì)線芯的形狀和顏色進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別[5]。

固定機(jī)構(gòu)3安裝在操作臺(tái)L型支臂13的懸臂下方的端面上，包括網(wǎng)線固定機(jī)構(gòu)和線芯固定機(jī)構(gòu)。其中，網(wǎng)線固定機(jī)構(gòu)安裝在固定平臺(tái)12上弧形槽I 21的正上方，線芯固定機(jī)構(gòu)安裝在固定平臺(tái)矩形槽22的正上方。

網(wǎng)線固定機(jī)構(gòu)包括伸縮單元I 31和網(wǎng)線固定塊32，網(wǎng)線固定塊32上設(shè)有與固定平臺(tái)弧形槽I 21配合的弧形槽II 35，弧形槽II 35開(kāi)口方向朝下，與弧形槽I 21相對(duì)。伸縮單元I 31可以在垂直方向上伸縮，其移動(dòng)端部與網(wǎng)線固定塊32連接。

線芯固定機(jī)構(gòu)包括伸縮單元II 33和線芯固定桿34，線芯固定桿34為圓柱體結(jié)構(gòu)，其水平設(shè)置。伸縮單元II 33可以在垂直方向上伸縮，其移動(dòng)端部與線芯固定桿34固定連接。

這里的伸縮單元I 31和伸縮單元II 33采用直線往復(fù)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，比如氣缸、液壓缸或者是絲桿機(jī)構(gòu)等均可。

夾持機(jī)構(gòu)5安裝在鄰近收攏機(jī)構(gòu)6的裝置基座11上，其位于分線機(jī)構(gòu)4正下方并與固定平臺(tái)矩形槽22對(duì)齊，其包括雙排夾槽55、夾槽基座54、移動(dòng)組件I 51、移動(dòng)組件II 53、移動(dòng)組件II基座52。移動(dòng)組件I 51的底部與裝置基座11固定連接，移動(dòng)組件I 51上的活動(dòng)部與移動(dòng)組件II基座52固定連接，移動(dòng)組件II基座52的頂部與移動(dòng)組件II 53固定連接，移動(dòng)組件II 53上的活動(dòng)部與夾槽基座54固定連接，夾槽基座54上面固定設(shè)置有雙排夾槽55。具體地，夾持機(jī)構(gòu)5的移動(dòng)組件I 51安裝在與固定平臺(tái)弧形槽I 21平行方向的裝置基座11上，移動(dòng)組件II基座52安裝在移動(dòng)組件I 51的移動(dòng)端上，移動(dòng)組件II基座52可以沿著移動(dòng)組件I 51移動(dòng)，移動(dòng)組件II 53安裝在移動(dòng)組件II基座52上，安裝方向與移動(dòng)組件I 51垂直，夾槽基座54安裝在移動(dòng)組件II 53的移動(dòng)端上，夾槽基座54可以沿著移動(dòng)組件II 53移動(dòng)，雙排夾槽55安裝在夾槽基座54上，進(jìn)而移動(dòng)組件I 51和移動(dòng)組件II 53的配合可使雙排夾槽55在X、Y軸方向上運(yùn)動(dòng)[6]。移動(dòng)組件I 51和移動(dòng)組件II 53可以采購(gòu)現(xiàn)有成熟的十字絲桿滑臺(tái)進(jìn)行組裝。

雙排夾槽55結(jié)構(gòu)如圖4所示，其包括線芯夾槽I 551、線芯夾槽II 552以及隔槽553。其中，線芯夾槽I 551、線芯夾槽II 552和隔槽553三者相互平行設(shè)置，隔槽553位于線芯夾槽I 551和線芯夾槽II 552的中間。線芯夾槽I 551、線芯夾槽II 552結(jié)構(gòu)、形狀相同，其上設(shè)有與網(wǎng)線線芯數(shù)量相同的卡口554，卡口554為U型，卡口554的開(kāi)口處寬度大于線芯的外徑，卡口554中段寬度略小于線芯的外徑，并大于線芯變形的最小外徑，卡口554后段寬度大于線芯的外徑，卡口554的形狀使得線芯能夠通過(guò)擠壓變形卡入卡口后段中，并且被限制在卡口554后段中活動(dòng)不脫出，卡口554對(duì)線芯起到限位作用[7]。

圖4 雙排夾槽結(jié)構(gòu)示意圖

分線機(jī)構(gòu)4包括移動(dòng)組件III 41，分線基座42、測(cè)距單元45、伸縮單元III 43以及分線爪44。分線機(jī)構(gòu)4位于夾持機(jī)構(gòu)5正上方，其移動(dòng)組件III 41安裝在操作臺(tái)L型支臂13的懸臂下方的端面上，安裝方向與固定平臺(tái)弧形槽I 21相互垂直，分線基座42安裝在移動(dòng)組件III 41的移動(dòng)端上，分線基座42可以沿移動(dòng)組件III 41移動(dòng)。伸縮單元III43和測(cè)距單元45安裝在分線基座42上；伸縮單元III 43可以在垂直方向上伸縮，其移動(dòng)端部與分線爪44尾部連接；檢測(cè)單元45與分線爪44居中對(duì)齊。伸縮單元III 43同樣可以采用直線往復(fù)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如氣缸等。移動(dòng)組件III 41則可以采用直線模組構(gòu)成[8]。

測(cè)距單元45采用激光測(cè)距模組，通過(guò)對(duì)激光相位差的檢測(cè)，感知線芯位置，不僅測(cè)量精準(zhǔn)，且激光測(cè)距的高信噪比使得測(cè)量結(jié)果受目標(biāo)物顏色、材質(zhì)的影響很小[9]。

分線爪44為U形，如圖5所示，其開(kāi)口朝下垂直安裝，分線爪44的開(kāi)口方向與雙排夾槽55的卡口保持平行。分線爪44開(kāi)口處寬度略大于線芯的外徑，從開(kāi)口處往里寬度逐漸減小，當(dāng)伸縮單元III 43伸長(zhǎng)會(huì)使分線爪44向下移動(dòng)。

圖5 分線爪結(jié)構(gòu)示意圖

收攏機(jī)構(gòu)6安裝在固定平臺(tái)12靠近矩形槽22的側(cè)面，其包括移動(dòng)組件IV 61、收攏夾62、旋轉(zhuǎn)組件63以及收攏擋桿64。收攏夾62安裝在移動(dòng)組件IV 61的移動(dòng)端上，可以沿著移動(dòng)組件IV 61移動(dòng)，移動(dòng)組件IV 61也是采用直線模組構(gòu)成。收攏夾62上設(shè)有水平卡槽，水平卡槽是一個(gè)平行于固定平臺(tái)12的槽，其開(kāi)口朝向旋轉(zhuǎn)組件63的方向。收攏擋桿64安裝在旋轉(zhuǎn)組件63的徑向面上，旋轉(zhuǎn)組件63旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)收攏擋桿64在固定平臺(tái)12側(cè)面上旋轉(zhuǎn)。

工作時(shí)，先將已經(jīng)剝皮、捋直好的網(wǎng)線放置在固定平臺(tái)12上，網(wǎng)線未剝皮的部分放置在固定平臺(tái)弧形槽I 21上，已剝皮的分散線芯部分放置在固定平臺(tái)矩形槽22上，然后控制伸縮單元I 31伸長(zhǎng)使網(wǎng)線固定塊32向下移動(dòng)直至與固定平臺(tái)12貼緊。網(wǎng)線固定塊32上的弧形槽II 35與固定平臺(tái)弧形槽I 21相配合將網(wǎng)線未剝皮的部分壓緊固定，伸縮單元II 33伸長(zhǎng)使線芯固定桿34向下移動(dòng)，線芯固定桿34向固定平臺(tái)矩形槽22相互靠近將線芯擠壓水平散開(kāi)列成排，此時(shí)芯線順序是亂序。

3 線芯自動(dòng)排序方案設(shè)計(jì)

檢測(cè)單元2開(kāi)始工作，控制智能攝像頭對(duì)線芯進(jìn)行拍照，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)算法對(duì)圖像進(jìn)行處理，識(shí)別線芯的形狀并進(jìn)行分割，并對(duì)分割的單根線芯圖像的顏色進(jìn)行識(shí)別，生成橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕八種顏色線芯的當(dāng)前順序。控制單元根據(jù)檢測(cè)單元2的檢測(cè)結(jié)果，控制分線機(jī)構(gòu)4、夾持機(jī)構(gòu)5相互配合，按照標(biāo)準(zhǔn)在夾持機(jī)構(gòu)的雙排夾槽55內(nèi)對(duì)線芯進(jìn)行重新排序。首先對(duì)第一個(gè)線芯進(jìn)行排序，假設(shè)第一個(gè)線芯重新排序后的序號(hào)為n，則通過(guò)控制移動(dòng)組件III 41使分線基座42從第一個(gè)線芯一側(cè)開(kāi)始移動(dòng)，同時(shí)測(cè)距單元45開(kāi)始工作，當(dāng)測(cè)距單元45檢測(cè)到第一個(gè)線芯的時(shí)候控制移動(dòng)組件III 41停止移動(dòng)，進(jìn)而使分線機(jī)構(gòu)的分線爪44移動(dòng)至第一個(gè)線芯正上方，同時(shí)夾持機(jī)構(gòu)5調(diào)整雙排夾槽55的位置，使分線爪44、第一個(gè)線芯、線芯夾槽I 551第n個(gè)卡口與線芯夾槽II 552第n個(gè)卡口中間點(diǎn)三者在垂直方向?yàn)橥粋€(gè)位置點(diǎn)，然后分線爪44向下移動(dòng)將線芯夾住并推入線芯夾槽I 551第n個(gè)卡口與線芯夾槽II 552第n個(gè)卡口中間的隔槽553內(nèi)，進(jìn)而線芯被帶動(dòng)卡入線芯夾槽I 551第n個(gè)卡口與線芯夾槽II 552第n個(gè)卡口中。依次方法，逐個(gè)將線芯進(jìn)行重新排序。

重新排序結(jié)束后，雙排夾槽55內(nèi)的線芯順序正確，固定平臺(tái)矩形槽22內(nèi)的線芯仍為初始錯(cuò)亂的順序，此時(shí)將線芯固定桿34抬起，控制雙排夾槽55向固定平臺(tái)矩形槽22靠近，可將固定平臺(tái)矩形槽22內(nèi)的線芯梳理成正確順序，而后重新將線芯固定桿34放下對(duì)排序好的線芯進(jìn)行固定，再控制雙排夾槽55遠(yuǎn)離固定平臺(tái)使之與線芯分離，最后控制收攏擋桿64轉(zhuǎn)動(dòng)至朝上位置、收攏夾62向收攏擋桿64移動(dòng)靠攏，將散開(kāi)的線芯推入收攏夾62的水平卡槽，至此線芯的排序整理結(jié)束，線芯呈緊湊排列、標(biāo)準(zhǔn)排列狀態(tài)，方便水晶頭的接入。此時(shí)將線芯套入水晶頭，將收攏擋桿64放下，收起固定機(jī)構(gòu)，即可方便地將套入水晶頭的網(wǎng)線滑出，操作簡(jiǎn)單、方便。

為了進(jìn)一步提高線芯順序的檢測(cè)成功率，設(shè)計(jì)的裝置可在線芯固定機(jī)構(gòu)的下方增加一組檢測(cè)單元對(duì)線芯的底部進(jìn)行拍照檢測(cè)，通過(guò)對(duì)上、下兩個(gè)角度的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照、驗(yàn)證，避免因線芯花色被遮擋導(dǎo)致的線芯順序檢測(cè)不準(zhǔn)。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)測(cè)試采用背景板為白色，通過(guò)橙色、綠色、藍(lán)色、棕色4種顏色的篩選和色塊形狀的區(qū)別進(jìn)而識(shí)別網(wǎng)線8根不同花色的線芯，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)此方法能夠識(shí)別出網(wǎng)線8根不同花色的線芯，但卻無(wú)法通過(guò)特征色塊的橫向位置準(zhǔn)確判斷線芯的排序，后面改用黑色背景板并進(jìn)行相關(guān)算法改進(jìn)后，提取橙色、綠色、藍(lán)色、棕色以及白色五種顏色的特征色塊，期望通過(guò)將位置相鄰的色塊組合并還原成線芯的形狀，然后通過(guò)判斷各個(gè)線芯靠近網(wǎng)線根部位置的橫向坐標(biāo)值進(jìn)而得出線芯的排序。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的裝置操作簡(jiǎn)單，只需人工將網(wǎng)線放置水平置物臺(tái)，按下啟動(dòng)按鈕，參見(jiàn)圖6實(shí)驗(yàn)操作示意圖，裝置自動(dòng)對(duì)原始網(wǎng)線線芯進(jìn)行顏色識(shí)別并按指定順序?qū)⒕€芯插入相應(yīng)卡槽進(jìn)行排序整理，整理后網(wǎng)線線芯花色分別為橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕；排序完成后，裝置再自動(dòng)將正確順序的線芯捋直拉出卡槽，后續(xù)只需裝上水晶頭即可。

圖6 裝置實(shí)際操作測(cè)試示意圖

經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，在調(diào)整背景板顏色及算法之后，本設(shè)計(jì)的裝置網(wǎng)線線芯檢測(cè)自動(dòng)排序準(zhǔn)確率可以達(dá)到90%左右。該網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理裝置，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)線線芯自動(dòng)排序整理，自動(dòng)將八根芯線散開(kāi)排列，然后再將芯線按所需要的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排序和整理，方便接入水晶頭中，取代人工分線、排序作業(yè)，能減少出錯(cuò)率，提高生產(chǎn)效率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練、成本低、操作簡(jiǎn)單容易上手，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。