杜嘉宸 徐銘澤 齊子昂 張牧雨 冉光龍

摘 要：為實(shí)現(xiàn)全方位、無死角的電解電容器外觀缺陷檢測，設(shè)計(jì)了一種EPI-H電解電容器外觀檢測裝置，通過鏈傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)電解電容器的水平運(yùn)輸，電解電容器的旋轉(zhuǎn)檢測采用皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。利用成熟的計(jì)算機(jī)分析、機(jī)器視覺、單片機(jī)控制等技術(shù)，通過合理的設(shè)計(jì)以達(dá)到自動(dòng)檢測代替人工檢測的目的。

關(guān)鍵詞：全方位;電容器外觀檢測;鏈傳動(dòng)裝置;皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu);機(jī)器視覺

引言：鋁電解電容器是電子和電氣線路中必不可少的基礎(chǔ)元件之一，它廣泛應(yīng)用于各種精密電子設(shè)備中，這也對其質(zhì)量有了比較高的要求。在電容器的制造過程中，容易出現(xiàn)頂部缺口、鼓頂、夾扁、膠管破裂、膠管破洞、底部收縮不良、漏焊點(diǎn)、斷腳、露銅、漏液等二十多種不同位置、不同性質(zhì)缺陷。目前，只有人工檢測這些缺陷的方法，識(shí)別效率低下、精確度不足、誤判率較高等短板導(dǎo)致電容器出廠質(zhì)量下降。

隨著科技發(fā)展，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，機(jī)器視覺逐漸成為智能機(jī)器的主流，它是指用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對客觀世界的識(shí)別，而外觀檢測就是由單片機(jī)的信息中轉(zhuǎn)再通過圖像采集和計(jì)算機(jī)圖像處理的結(jié)合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)的，本文設(shè)計(jì)的可自動(dòng)控制檢測過程、機(jī)器視覺代替人眼識(shí)別的電解電容器外觀缺陷檢測裝置具有很大的實(shí)際應(yīng)用意義。

1、執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電解電容器外觀缺陷檢測裝置執(zhí)行結(jié)構(gòu)由機(jī)體機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、紅外檢測裝置、圖像檢測裝置、缺陷品回收裝置組成。

1.1工作原理

本產(chǎn)品的工作原理包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測裝置、自動(dòng)控制和缺陷品回收裝置，具體說明如下：

水平傳輸原理：鏈條驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)鏈條向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電解電容器放入鏈條上的滾輪后隨鏈條一起向前運(yùn)動(dòng)，左側(cè)玻璃板上的限位擋板保證其在滾輪相對中間的位置，這保證對多種型號的電容器都可進(jìn)行檢測。

全方位檢測原理：傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)后，運(yùn)行皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使?jié)L輪在前進(jìn)的同時(shí)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而滾輪會(huì)帶動(dòng)電容器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，三組三個(gè)方位的攝像機(jī)保證圖像可完整采集電容器一周的缺陷情況。

自動(dòng)控制原理：裝置啟動(dòng)時(shí)，紅外發(fā)射裝置持續(xù)向紅外吸收裝置發(fā)射信號，在有傳感器通過的時(shí)會(huì)遮蓋紅外信號，此時(shí)會(huì)有信息傳輸給計(jì)算機(jī)，從而自動(dòng)控制其他裝置的啟動(dòng)。檢測裝置的檢測結(jié)果會(huì)作為是否啟動(dòng)回收裝置的判斷依據(jù)。

缺陷品回收原理：在接受到計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)信號時(shí)，電動(dòng)推桿會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)將缺陷品推入回收裝置中。

1.2主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

如圖2所示中間為皮帶傳動(dòng)裝置，右邊傳動(dòng)軸鏈接一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該電機(jī)可以根據(jù)電容器的大小尺寸進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)整，皮帶上表面與滾輪相接觸，通過摩擦帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電容器的自轉(zhuǎn)。

1.2.2圖像采集裝置

考慮到解決人工檢測的誤判率和不準(zhǔn)確度的問題，設(shè)計(jì)了三組圖像采集裝置，每組都在三個(gè)方向設(shè)置了攝像頭，保證了圖像采集的完整度。除此之外，控制中添加了一定的調(diào)速功能——第一組攝像頭的采集圖像可在計(jì)算機(jī)中判斷電容器類型，計(jì)算機(jī)根據(jù)判斷結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整皮帶傳送機(jī)構(gòu)和鏈條傳送機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，更進(jìn)一步的提高檢測的準(zhǔn)確度。圖像采集裝置與皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同長度，該設(shè)計(jì)降低了制作成本，一定程度上延長了整體裝置的使用壽命。

2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1控制線路流程圖：

鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于不斷將電解電容器運(yùn)輸至圖像檢測區(qū)域，所有攝像機(jī)將獲取的圖像通過數(shù)據(jù)線上傳至上位機(jī)數(shù)據(jù)分析與處理系統(tǒng)，對電解電容器不同角度的外觀圖像進(jìn)行缺陷分析和提取。然后鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并將檢測完畢后的電解電容器運(yùn)走，而有缺陷的電解電容器推出至殘次品回收箱。即可實(shí)現(xiàn)電解電容器外觀的全方位無死角檢測，篩選和剔除含有缺陷的殘次品電解電容器。

2.2基于深度學(xué)習(xí)的圖像特征檢測

首先通過為上位機(jī)提供正樣本的訓(xùn)練，建立起不同缺陷檢測框架，在基于檢測的原理創(chuàng)建一個(gè)重建網(wǎng)絡(luò)，通過圖片的輸入樣本與正樣本進(jìn)行比較，以確定缺陷位置，再通過上位機(jī)的執(zhí)行控制實(shí)現(xiàn)缺陷品剔除。

3、結(jié)語

目前已有的一些電解電容器缺陷檢測方法主要針對于電容器內(nèi)部缺陷檢測、箔帶缺陷檢測、引腳缺陷檢測、電弧放電缺陷等方面的檢測，對于不同尺寸規(guī)格成品電解電容器外觀全方位、無死角的缺陷檢測尚無相應(yīng)的解決技術(shù)。本設(shè)計(jì)無疑是彌補(bǔ)電解電容器外觀檢測這一領(lǐng)域的這一空白。傳統(tǒng)的電解電容外觀檢測是依靠人工肉眼檢測。而本產(chǎn)品具有自動(dòng)化、智能、全方位無死角、殘次品回收等快速精準(zhǔn)檢測的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)今電子產(chǎn)品的便捷性和微型性，促使電子元器件的外觀檢測要求和制作工藝難度不斷提高，例如超級電容器，其外觀很難用肉眼來檢測的;另一方面，在電容器件大規(guī)模生產(chǎn)過程中，隨著生產(chǎn)速度和產(chǎn)量的迅速提高，傳統(tǒng)的人工肉眼檢測方法已不能適應(yīng)生產(chǎn)的需求，高度機(jī)器化、自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)流水線式必然趨勢。

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*基金項(xiàng)目：

本文是桂林電子科技大學(xué)2020年自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“H-EPI電解電容器的外觀缺陷檢測裝置”的項(xiàng)目成果，項(xiàng)目編號：202010595089