高端耳機泡殼全自動檢驗裝置的機械結構設計

沈忠誠

摘? 要：針對高端耳機泡殼檢測生產線人工檢測效率、有效性低的問題，該文計劃設計出一種全自動檢驗裝置，以此來優化檢測效率與檢測效果。該文主要針對該裝置的機械結構設計進行探究。基于裝置工作原理應用自動光學檢測（AOI）技術，實現耳機泡殼全自動檢驗裝置的高效運行。通過機械運動相互配合的原則，完成抓取裝置和傳輸系統設計。經過機械結構設計驗證和現場調試，結果顯示，該裝置運行效果良好，期望可以為相似項目提供參考。

關鍵詞：耳機泡殼;自動檢驗裝置;機械設計

中圖分類號：TH164? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 設計目的

隨著制造企業用工成本的擴大，高效能的機械自動化已然成為當前機械行業轉型的重點方向[1]。尤其在質檢領域，隨著機械制造工藝的完善，單位時間內生產的相關產品的數量也在持續增長，電氣自動化檢測裝置的應用不僅可以提升檢測效率，也可以保證質檢質量[2]。高端耳機記憶海綿放置Tray盤材料為APET，該材料因材質透明，因此經常會遇到劃傷、擦傷、沾染污跡等問題。為保證產品的外觀質量，該項目應運而生，旨在為某品牌定制高端耳機記憶海綿泡殼體的質量進行檢測。

2 裝置工作原理

該裝置的工作原理就是基于光的反射來進行物品材質的特征檢測。針對檢測材質的特征使用高亮LED光源進行AOI檢驗。在整個檢測系統中，設備主要分為運輸裝置、檢測裝置以及抓取裝置3個部分。在搬運步驟中，由于項目的路徑相對較為簡單，在整個抓取過程中只有單個拾取點和2個放置點，因此在鑒定過程中具有位置穩定性，而且也不需要通過增加額外的位置編譯點來輔助系統路線定位。結合工程實踐，在此選用減速步進電機來代替傳統的機械手，同時結合抓取的物品質量較輕的特性，選用真空吸頭來抓取產品，這樣可以有效避免出現抓傷和劃傷，防止出現二次缺陷。

3 裝置技術應用

3.1 自動光學檢測（AOI）技術

AOI技術主要是基于光學原理來對生產流程中存在的缺陷進行檢測。AOI是近年來隨著信息技術發展而來的—種新興測試技術。該技術可以通過自動檢測的方式，采集圖像特征，并將其與數據庫中標準圖片上的相關參數進行比較分析、缺陷歸納與表示，便于后期人員進行修正。

3.2 圖像處理與對比

在整個生產線的生產設計中，需要根據實際需求進行AOI機位的具體設定，根據實際檢驗要求來設定相關參數。在裝置的設置上，首先將光源固定在系統的某機位處，然后從特定的角度使用光線照射物體。在照明的中心線上，通過折射將光信號傳送到垂直方向配置的相機上[3]。光線在接觸到平整的表面時，穿透外表透明塑料殼，對不規則面、劃傷、污跡等部位進行甄別，在相應的缺陷圖像中形成亮點，歸納缺陷特征，分析各類劃傷或污跡部分。對累計特征進行判斷，其基本原理是根據位置點的像素進行瑕疵大小的對照。在識別對照程序上，根據實際檢測特征進行限度調整，或者根據色差的不一致程度，對產品的背景色差進行比對。在該系統的檢測分析中，通過應用自動比對、邊緣檢測、二值化等圖像技術，可得到較為精準的檢測結果。

4 機械結構設計

4.1 整體系統結構設計

整體系統主要由傳送、檢測以及抓取3個部分組成。該系統的裝配圖如圖1所示，傳送裝置包括1-托料機構，2-氣缸脫料盤，3-清潔裝置，4-AOI檢測裝置，5-搬運裝置，7-沖床接近感應器，15-傳送皮帶，31-除塵接近傳感器，41-檢驗接近傳感器。基于對產品檢測無塵的需求，該機械設備設有專門的除塵設備，目的是可以提前對接近傳感器的被檢測物品進行除塵處置，包括對整個檢測結果造成影響的外來微粒以及雜物的清理等，產品在清潔完成后，在繼續向前的基礎上，會觸發檢驗傳感器，實現過程中的AOI檢驗，通過機械空間位置點的設定，對被測定的產品進行定位，計算機可以有效地對當前物品進行判斷，并保存識別信息，之后通過搬運機械手的大氣吸盤對合格的產品進行吸取搬運，在機械設計中，可通過導軌滑塊或者絲杠來進行定位，對不合格的產品不采取任何動作，而是將其送至NG料通道。

具體來說，圖1中的4-AOI檢驗裝置，包括無影燈、成像單元，無影燈和是成像單元置于多個待檢驗產品的上方，成像單元與處理單元連接。待檢驗產品置于無影燈的燈光下，在照明的中心線的垂直方向配置1臺相機，用于拍攝物件圖像。

該設備在成像的過程中，需要事先對成像單元進行成像采集，而后將采集到的成像信息進行圖像單元信息化處理，處理步驟主要有4個。1）通過成像設備及時接收過程中所具備的檢驗圖像信息。2） 對已有的檢驗圖像進行適當的曝光處理，得到相關圖像。3）需要針對檢驗得到的預設閾值，進行圖像曝光前后的特征比較，分析該過程中是否存在大于預設閾值的不良區域。4） 根據檢測結果進行不良品的統計整理。

在整個系統的設定上，會用特定角度的光源光線來襯托檢測表面的不規則，光線在接觸到平整的表面時，會直接透視穿透塑殼，對于整個過程中存在的不規則面來說，相關的光線會將問題圖像再按照光線的反射原理歸納到相機中，之后會隨著曝光處理措施，有效地將拍攝到的圖像轉化為亮點，劃傷或污跡部分與其他多余的物體就能區別開。

4.2 抓取裝置設計

該設備的抓取裝置摒棄了多自由度且價格昂貴的機械手，通過步進電機實現定向移動定位。抓取裝置是配合傳輸與貼膜機械來工作的。在該系統中，通過上下式的貼膜卷實現貼膜裝置的貼膜作業，如圖2所示，膜貼裝置包括61-下粘膜卷、62-上粘膜卷、63-壓貼步進馬達、64-壓貼皮帶組、65-切刀、66-導出步進馬達、67-導出皮帶。抓取裝置通過步進電機在皮帶壓貼組的運輸作業下，將被加工物轉移到有效作業位置上，之后利用切刀對貼膜后的產品進行定長切斷，在整個的抓取裝置中，多元化的零部件組合裝配后，對檢驗合格產品在系列化接收處理的基礎上進行連續的加工作業，在被加工物被運輸到指定位置后，其會在傳感器的作用下，產生第一動作信號，隨后通過粘膜卷進行貼膜，這是系統接收處理裝置發送的第二動作信號，在完成上述過程后，啟動切刀進行下切作業，最終輸出產品[4]。

4.3 傳輸系統設計

傳輸系統是該系統能夠有序高效工作的核心組成部分，傳輸系統中托料機構的組成如圖3所示，圖中7-沖床接近感應器，11-固定支架，12-第一氣缸，13-氣缸接頭，14-第一氣缸接近感應器，16-第一托料盤，17-第二托料盤，18-第二氣缸。

運輸系統貫穿整個系統，其可以對整個檢測系統中的各個環節進行有效融合，在檢驗完成的基礎上，還可以有效地實現后續過程中的包裝工作，利用輸送帶不僅可以提高生產線的加工效率，而且也能有效保證整個系統的穩定，在該項目的運輸系統中，采取的方式為單獨氣缸控制托料放置機構，其可以有效地將產品穩定在2根皮帶制成的傳送帶上，方便在定時長運輸的基礎上，滿足AOI檢驗裝置的遠程監控要求。

除了傳送帶外，傳輸系統還配置了多個氣缸托料盤，通過氣缸的有效配合，可以完成整個系統的氣缸脫料，實現對被控制物狀態的有效控制，此外還需要保證每片產品之間有足夠的間隙。在圖3中，被控制物件在整個機械移動的過程中，需要依據加工要求時間點將產品有序的間隔開，適應抓取裝置抓取循環的節拍，以此來保證系統加工的質量。在曝光后的圖像中，白色的亮光區域就是不良區域。這部分可以通過處理單元進行不良區域長度或者直徑的比較，還可以調整不良區域所對應的比較閾值。

5 系統調試設計

在完成系統框架的基本架構設計后，需要將被檢測泡罩透明殼對照樣品圖像輸入電腦系統中，之后將待測的試件放在托料機構上，先打開托料運輸機構的伺服電機開關，調試托料運輸機構的傳遞速度，觀察其是否滿足AOI系統的檢測速度要求，滿足則調試AOI檢測系統，不滿足重新通過PLC子系統調節伺服電機的轉速[5]。AOI檢測系統主要是對檢測攝像頭進行調整，調節的要求是攝像頭在測試件經過拍照位置時要成像清楚，物像特征剛好處于攝像頭的焦點位置，對成像區域也應該根據機械區域的測試位置進行實時調整。在滿足該要求的基礎上，需要對擋片裝置進行調試，該部分是用來對被檢測物品進行阻擋分類的，這里主要是用來對檢驗合格產品的前進方向進行攔截，方便對被測試物進行有效定位，便于后期貼膜。在抓取過程中使用擋片裝置可以有效地對產品進行定位，而且該過程相比機械手抓取更穩定，可以防止產品在該過程中發生損傷。經過上述各環節的調試，各部件的運動均滿足要求。在后續的深化設計方面，可通過增設AOI攝像頭的方式來對單次檢查結果進行復檢。

6 結論

該文基于人工傳統產品檢驗的檢查效率慢、檢驗效果差等問題，對高端耳機泡殼全自動檢驗裝置的機械設計進行了探究。通過單電機驅動結合氣缸吸附托料的技術手段，證明了該檢測線的可實踐性，并提出了調試方案。該裝置便于工作人員進行產品檢測、跟蹤生產進度，可以最大限度地提升用戶體驗，不僅節約了資金，而且在產品質量優化方面也具有重要的建設意義。

參考文獻

[1]孟召兵.機械設計制造自動化在現代企業中的應用[J].中外企業家，2020（13）：124-125.

[2]孟辛酉.自動化技術在機械設計制造中的運用[J].科技風，2020（12）：179，189.

[3]徐緒家.自動化包裝機械控制系統的設計方法探究[J].時代農機，2019，46（6）：73-74.

[4]馬濤.城軌塞拉門機構多功能自動檢測系統機械結構設計[J].機械設計與制造工程，2019，48（11）：36-38.

[5]龐長江.自動化技術在包裝機械中的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（16）：136.