王莉 楊京兆 孟清 朱艷

摘要：本文對傳統(tǒng)的鏈輪成品品控流程進行優(yōu)化，利用機器視覺、激光測距技術(shù)減少人工的參與，從而減少長度測量中不確定度最大的一個分量、做到真正意義的“全參數(shù)檢測”、具有“數(shù)據(jù)出廠”的能力。同時，在鏈輪品質(zhì)檢測的關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)中提高信息化程度、自動化水平，解決了產(chǎn)品唯一性數(shù)據(jù)斷節(jié)的問題。

關(guān)鍵詞：鏈輪;品控;機器視覺;激光測距

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）30-0271-04

1概述

鏈輪是傳動件中的一個重要分支，作為一種動力設(shè)備主要部件，其對工業(yè)動力設(shè)備的安全運行、節(jié)能增效、抗疲勞度起到關(guān)鍵性作用。

鏈輪生產(chǎn)制造完成后，鏈輪成品的品控參數(shù)檢測是一個關(guān)系到下游企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，目前該環(huán)節(jié)大量依賴于人力手工測量零件尺寸的參數(shù)及瑕疵，一方面，消耗了大量的勞動力，并且因為人工的參與，導(dǎo)致引入了長度測量中不確定度最大的一個分量;另一方面，由于鏈輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)相對比較復(fù)雜，無論從效率還是經(jīng)濟利益出發(fā)，人工測量很難做到真正意義“全參數(shù)檢測”，并且人工檢測的數(shù)據(jù)是一種內(nèi)部行為，是沒有“數(shù)據(jù)出廠”的能力。與此同時，在鏈輪品質(zhì)檢測的關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)中（例如鏈輪成品的檢后運輸、打包、入庫、貼標等）均存在著信息化程度不高、自動化水平不高、產(chǎn)品唯一性數(shù)據(jù)斷節(jié)等問題。

因此，本文對鏈輪成品品控流程進行了改造，將操作分為四大環(huán)節(jié)，第一環(huán)節(jié)是成品拾取、分揀、傳送;第二環(huán)節(jié)是成品缺陷、尺寸、硬度的檢測;第三環(huán)節(jié)是成品檢后分類、裝箱打包、數(shù)字鋼印;第四環(huán)節(jié)是裝箱后分類、人庫、出庫。生產(chǎn)鏈如圖1所示。

2重點技術(shù)描述

2.1檢測單元

2.1.1成品的拾取、分揀、傳送

本環(huán)節(jié)緊接鏈輪成品生產(chǎn)完成后，用機械臂將加工完畢的鏈輪放置于成品架中，等待人工將樣品拾取的步驟，目標將成品改造或替換成對成品具有拾取能力的分揀裝置，使鏈輪成品按照尺寸大小、檢測項目、批次分揀等定制需求，按經(jīng)規(guī)劃后的最佳路徑，通過合理方式傳送至檢測環(huán)節(jié)。最終目的是以最佳的檢測單元配比，實現(xiàn)工廠產(chǎn)品100%的過檢率。

2.1.2成品缺陷、尺寸、硬度的檢測

本環(huán)節(jié)緊接上一環(huán)節(jié)傳送至檢測倉的鏈輪樣品，依次經(jīng)過缺陷檢測、視覺尺寸檢測、激光尺寸檢測、其他定制項目檢測等檢測裝置，對每一個樣品進行數(shù)字化打標。檢測是核心環(huán)節(jié)，在本環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，只要經(jīng)過合理的運作，即可實現(xiàn)賦予檢測數(shù)據(jù)極高采信度的目的，并提供給下游廠家直接采用。

2.1.3成品檢后分揀、浸油、裝箱、打包、加入數(shù)字鋼印

本環(huán)節(jié)的任務(wù)是完成樣品的檢后分類及唯一性標識，主要目標是實現(xiàn)從檢后樣品的無人化裝箱，并做好每一個及每一箱樣品的溯源級數(shù)據(jù)跟蹤，為上一步的數(shù)據(jù)打上不可篡改的數(shù)字鋼印，最終目的是以真正無人環(huán)節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無可篡改。

2.1.4裝箱后分類、入庫、出庫

本環(huán)節(jié)的目標是倉儲的無人化運作，從入庫、盤庫到出庫，真正實現(xiàn)全機械化。是工廠實現(xiàn)信息化、智能化、無人化的最后一步。

2.2原理描述

機器視覺是用機器代替人眼來做測量和判斷的技術(shù)方式，也是人工智能正在快速發(fā)展的一個分支。機器視覺系統(tǒng)是通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。機器視覺系統(tǒng)最基本的特點就是提高生產(chǎn)的靈活性和自動化程度。在一些不適于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或者人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺。同時，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動化程度。

激光測距是以激光器作為光源進行測距。根據(jù)激光工作的方式分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。氦氖、氬離子、氪鎘等氣體激光器工作于連續(xù)輸出狀態(tài)，用于相位式激光測距;雙異質(zhì)砷化鎵半導(dǎo)體激光器，用于紅外測距;紅寶石、釹玻璃等固體激光器，用于脈沖式激光測距。激光測距儀由于激光的單色性好、方向性強等特點，加上電子線路半導(dǎo)體化集成化，與光電測距儀相比，不僅可以日夜作業(yè)，而且能提高測距精度。

3方案設(shè)計

3.1測量情景分類

本文根據(jù)鏈輪產(chǎn)品的工藝流程與生產(chǎn)現(xiàn)狀，設(shè)計了零件自動檢測設(shè)備再輔以定制的自動運送、上下料、分揀等機構(gòu)，以實現(xiàn)鏈輪零件尺寸全檢的目標。根據(jù)測量項目的不同，將測量工位設(shè)計為四個;根據(jù)零件尺寸不同，將待檢零件分為三個大類，不同的零件尺寸配套有特殊的限位工裝，在測量時需根據(jù)尺寸分類更換限位工裝，此過程可以由人手工進行，也可以由自動裝置進行，如表1、表2所示。

全自動測試軟件可以自動識別三種零件并流程化完成四個工位的測量和分類。鏈輪尺寸測試工位由四個獨立的測量工位、零件運送機構(gòu)、零件分揀機構(gòu)，以及上下料機構(gòu)等四部分組成。獨立測量工位主要由支架、工業(yè)相機、鏡頭、光源等部件組成，各部分模塊相對獨立、可以方便更換和升級。

3.2測量工位介紹

測量工位1主要負責鏈輪徑向尺寸的測量，細節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖2所示。

測量工位2主要負責鏈輪鍵槽的三個尺寸的測量，細節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖3所示。

測量工位3主要負責鏈輪軸向尺寸的測量，細節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖4所示。

測量工位4主要負責鏈輪表面的深坑以及鍵槽的深度尺寸的測量，細節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖5所示。

3.3運動機構(gòu)

零件運送機構(gòu)由三個垂直方向上（即三維空間坐標的XYZ三軸）的直線模組組成。一個方向為豎直方向（z軸），一個方向平行于四個獨立測量工位方向（x軸），一個垂直于四個獨立測量工位方向和豎直方向（Y軸）。在Y軸末端安裝有可以沿z軸方向水平360°旋轉(zhuǎn)樣品固定工位。零件在運送裝置上可以完成工位切換、高度調(diào)整（鏡頭距離調(diào)整）、角度調(diào)整（沿軸線旋轉(zhuǎn)）、翻轉(zhuǎn)等動作。

零件分揀機構(gòu)和上下料機構(gòu)主要結(jié)構(gòu)為懸臂式直線滑臺。在滑臺z軸方向安裝有柔性夾具或者是電磁吸附裝置，可以將零件拾起，并擺放到指定的位置，完成分揀的動作。

3.4大尺寸零件測量

需要特別說明的是，上述方案是針對MOI尺寸的鏈輪零件設(shè)計的。對于M02與M03尺寸的零件，進行簡單的升級和調(diào)整即可適用。

M02與M03尺寸，將工位1與工位2合并，采用多相機拍攝拼接圖片后再進行測量，工位3、工位4結(jié)構(gòu)不變。其中M02尺寸可以采用多個相機組成矩形陣列，進行照片拍攝與拼接處理，如圖9所示。

M03尺寸不僅需要采用多個相機組成矩形陣列，同時需要有機構(gòu)帶動相機轉(zhuǎn)動，進行多次照片拍攝與拼接處理，如圖10所示。

4結(jié)束語

綜上所述，優(yōu)化后的鏈輪成品品控流程具有以下特色與優(yōu)勢：

1）相機、鏡頭等視覺組件位置固定，測量精度高;

2）軟件自動進行符合性判定，給出零件類型和狀態(tài)等信息;

3）工件無須轉(zhuǎn)動，視野全覆蓋，測量速度快;

4）集成平面視覺測量與激光測量，功能強大;

5）多種預(yù)留接口以便后續(xù)拓展升級功能。

從而減少長度測量中不確定度最大的一個分量、做到真正意義的“全參數(shù)檢測”、具有“數(shù)據(jù)出廠”的能力。同時，在鏈輪品質(zhì)檢測的關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)中（例如鏈輪成品的檢后運輸、打包、入庫、貼標等）提高信息化程度、自動化水平，解決了產(chǎn)品唯一性數(shù)據(jù)斷節(jié)的問題。