微型電機(jī)轉(zhuǎn)子齒傷視覺檢查設(shè)備的研究與設(shè)計(jì)

凌 斌，廖新明

（日本電產(chǎn)三協(xié)電子（東莞）有限公司，廣東東莞 523325）

0 引言

家電微型步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在成型制造過程和充磁檢磁過程中，因齒輪部分材質(zhì)偏軟，極易碰傷和劃傷，如不篩選出來，不良品生產(chǎn)出來的電機(jī)易出現(xiàn)特性不良。齒傷檢查原是采用人工在顯微鏡下目視檢查，培訓(xùn)時(shí)間長（1.5月），人員穩(wěn)定性差（目前大環(huán)境下3～6個(gè)月人員更換一批），且人工目視檢查為感官檢查，質(zhì)量品質(zhì)隨人員變換不穩(wěn)定，人工成本、管理成本、品質(zhì)管控成本費(fèi)用不斷提高，公司經(jīng)濟(jì)壓力明顯增大。為降低費(fèi)用，本文對現(xiàn)有充磁后磁石外觀項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)分，用機(jī)器視覺檢查代替人工，對齒傷進(jìn)行數(shù)值量化檢查，解決了齒輪檢測成本較高和維護(hù)難度較大的問題。

1 轉(zhuǎn)子人工檢查現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)子齒輪部是由9個(gè)齒組成，齒部如有碰傷，所產(chǎn)生的毛邊或凹坑按不同方向和部位，有4個(gè)規(guī)格范圍，如圖1所示，人工目視檢查時(shí)，按圖中規(guī)格要在顯微鏡下旋轉(zhuǎn)檢查每個(gè)齒，因人工目視檢查是感官檢查，無法量化規(guī)格，為使不良品流出，檢查人員常加嚴(yán)規(guī)格，將規(guī)格內(nèi)的良品判定為不良品，變相提高了品質(zhì)管控費(fèi)用成本。

圖1 轉(zhuǎn)子齒輪傷的判定基準(zhǔn)示意圖

2 轉(zhuǎn)子機(jī)器視覺檢查設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按圖1所示，轉(zhuǎn)子齒輪部機(jī)器視覺檢查分為2相機(jī)工位檢查［1］，分別檢查齒輪的正面和側(cè)面［2］，轉(zhuǎn)子齒傷機(jī)器視覺檢查設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖2所示，設(shè)備總體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)盤、待檢測料盒放置區(qū)及移位機(jī)構(gòu)、移位機(jī)械手1［3］、正面檢測相機(jī)及機(jī)構(gòu)、側(cè)面檢測相機(jī)及機(jī)構(gòu)、移位機(jī)械手2、成品料盒放置區(qū)及移位機(jī)構(gòu)等7個(gè)部分組成。大體動(dòng)作：移位機(jī)械手1將齒輪產(chǎn)品從待檢區(qū)移動(dòng)到轉(zhuǎn)盤的治具上，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)將物料送到正面檢測攝像頭下方檢測齒輪正面檢測，將檢測結(jié)果和定位結(jié)果發(fā)送到終端；待轉(zhuǎn)盤將物料轉(zhuǎn)到側(cè)面攝像頭處時(shí)，做定位和是否檢測側(cè)面的依據(jù)，待側(cè)面檢測完成，將結(jié)果發(fā)送到終端；待轉(zhuǎn)盤將產(chǎn)品轉(zhuǎn)動(dòng)送到移位機(jī)械手2處時(shí)，做移位送料位置的依據(jù)，判定將產(chǎn)品送到不良品料道還是成品料盒區(qū)。

圖2 轉(zhuǎn)子齒傷機(jī)器視覺檢查設(shè)備設(shè)計(jì)方案

3 轉(zhuǎn)子齒傷機(jī)器視覺檢查機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)按照自動(dòng)化控制系統(tǒng)基本理念，一臺標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)當(dāng)具備目的程序控制、手動(dòng)／自動(dòng)控制，產(chǎn)品計(jì)數(shù)、故障報(bào)警／代碼顯示、暫停／緊急停止、參數(shù)變更／權(quán)限設(shè)置、信號反饋、判定結(jié)果輸出、安全保護(hù)控制等一系列自動(dòng)控制要求。本設(shè)備控制采用工控機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)［4］，通過人機(jī)交換界面進(jìn)行設(shè)備可視化操作。控制轉(zhuǎn)盤送料及治具轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、產(chǎn)品上料系統(tǒng)、正面檢測攝像頭檢測系統(tǒng)、側(cè)面檢測攝像頭檢測系統(tǒng)、成品下料系統(tǒng)等的有序運(yùn)行［5］。同時(shí)也可直觀確認(rèn)每個(gè)產(chǎn)品的判定結(jié)果，把每一個(gè)判定結(jié)果以圖片形式輸出在屏幕上，顧客可根據(jù)自己意愿決定是否將圖片保存在硬盤，作為品質(zhì)控制源頭追溯的依據(jù)。

4 轉(zhuǎn)子齒傷機(jī)器視覺檢查機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

由圖1可知，只有端面檢測時(shí)，無法完全將不良品檢測出來，會有遺漏，所以安排2個(gè)測試工位，第2檢測且為轉(zhuǎn)動(dòng)檢測，在確認(rèn)9個(gè)齒的側(cè)面是否有損傷的同時(shí)對前1檢測工位進(jìn)行附證是否有遺漏。因產(chǎn)品送料的隨機(jī)性，正面攝像頭安排2個(gè)功能：（1）檢測端面；（2）為后續(xù)的側(cè)面檢測提供定位依據(jù)，確定側(cè)面攝像頭的拍照角度和時(shí)間點(diǎn)。

產(chǎn)品在轉(zhuǎn)盤上的轉(zhuǎn)動(dòng)是否保證一致性，將直接影響檢測結(jié)果。為保證產(chǎn)品在治具上轉(zhuǎn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，治具轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)41、驅(qū)動(dòng)同步輪42、第一同步帶43、第二同步帶44、第一主動(dòng)輪45、第一同步輪46、第二同步輪47、第三同步輪48以及第四同步輪49［6］，4個(gè)檢測治具包括第一治具21、第二治具22、第三治具23以及第四治具24。圖3所示為治具轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案上端面示意圖，圖4所示為治具轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案下端面示意圖。

圖3 治具轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)方案上端面示意圖

圖4 治具轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案下端面示意圖

驅(qū)動(dòng)同步輪42與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)41的輸出軸同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第一主動(dòng)輪45與第一治具21同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)同步輪42通過第一同步帶43傳動(dòng)連接于第一主動(dòng)輪45；第一同步輪46與第一主動(dòng)輪45同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二同步輪47與第二治具22同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第三同步輪48與第三治具23同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第四同步輪49與第四治具24同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第一同步輪46通過第二同步帶44分別傳動(dòng)連接于第二同步輪47、第三同步輪48以及第四同步輪49。當(dāng)齒輪產(chǎn)品3被帶動(dòng)至第二檢測機(jī)構(gòu)7時(shí)，通過啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)41，起到驅(qū)動(dòng)檢測治具2轉(zhuǎn)動(dòng)的效果。在驅(qū)動(dòng)同步輪42與第一主動(dòng)輪45之間還設(shè)有第一漲緊輪（圖中未示出），第一漲緊輪抵觸于第一同步帶43的內(nèi)側(cè)；第一同步輪46與第四同步輪49之間還設(shè)有第二漲緊輪（圖中未示出），第二漲緊輪抵觸于第二同步帶44的內(nèi)側(cè)。通過設(shè)置第一漲緊輪和第二漲緊輪，使得第一同步帶43和第二同步帶44在傳動(dòng)過程中不容易與同步輪脫落。再次確保治具轉(zhuǎn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。驅(qū)動(dòng)同步輪42和第一主動(dòng)輪45均位于轉(zhuǎn)盤的上端面，第一同步輪46、第二同步輪47、第三同步輪48和第四同步輪49均位于轉(zhuǎn)盤的下端面，通過將同步輪和第一主動(dòng)輪45以及第一同步輪46、第二同步輪47、第三同步輪48和第四同步輪49分開設(shè)置在轉(zhuǎn)盤的兩端面，同時(shí)預(yù)留空間給檢測攝像頭和光源，從而避免相互干擾。

上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖5所示。為節(jié)約人工，故設(shè)備設(shè)計(jì)用料盤定位上料，一次上料208個(gè)，上料機(jī)構(gòu)包括上料治具橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)51、上料夾取橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)52、上料夾取升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)53、上料治具定位組件54以及上料夾取裝置55［7］，上料治具橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)51的輸送方向和上料夾取橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)52的輸送方向垂直相交交叉設(shè)置［8］；上料治具定位組件54用于放置外部的上料治具56，上料治具橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)51用于驅(qū)動(dòng)上料治具定位組件54橫移；上料夾取橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)52用于驅(qū)動(dòng)上料夾取升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)53橫移，上料夾取升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)53用于驅(qū)動(dòng)上料夾取裝置55升降，上料夾取裝置55用于夾取位于上料治具56上的齒輪產(chǎn)品3。上料夾取裝置55采用手指氣缸，手指氣缸由外部的氣源驅(qū)動(dòng)從而對上料治具56中的齒輪產(chǎn)品3進(jìn)行夾取，且上料夾取裝置55位于上料治具定位組件54的上方；上料治具橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)51是由電機(jī)、同步輪、同步帶以及滑塊組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，上料治具56設(shè)置于滑塊上；上料夾取橫移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)52以及上料夾取升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)53均是由電機(jī)、螺桿以及螺母組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。自鎖機(jī)構(gòu)A是根據(jù)上料治具56的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校位，減少上料治具56中的產(chǎn)品的隨機(jī)誤差在取料時(shí)的影響，與上料夾取裝置55夾取配合，保證夾取時(shí)不滑傷產(chǎn)品。下料機(jī)構(gòu)與上料機(jī)構(gòu)構(gòu)造類似，不再敘述。

圖5 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案示意圖

5 結(jié)束語

本文研究了微型步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒傷機(jī)器視覺檢查設(shè)備，對其機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過一系列關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)使轉(zhuǎn)子在機(jī)器視覺檢查時(shí)保證穩(wěn)定和一致性，為實(shí)現(xiàn)人工外觀檢查向機(jī)器視覺自動(dòng)檢查提供了有力保證，并已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。達(dá)到了機(jī)器換人、提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)提升的目的，對后續(xù)其他工序的研究和自動(dòng)化設(shè)計(jì)具有借鑒意義。