鏈輪成品品控流程的優(yōu)化

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(jìn)行優(yōu)化，利用機(jī)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(gè)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(shí)，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(dòng)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(jī)器視覺;激光測距

中圖分類號：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）30-0271-04

1概述

鏈輪是傳動(dòng)件中的一個(gè)重要分支，作為一種動(dòng)力設(shè)備主要部件，其對工業(yè)動(dòng)力設(shè)備的安全運(yùn)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(gè)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(dòng)力，并且因?yàn)槿斯さ膮⑴c，導(dǎo)致引入了長度測量中不確定度最大的一個(gè)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(jì)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(shí)，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(yùn)輸、打包、入庫、貼標(biāo)等）均存在著信息化程度不高、自動(dòng)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(jìn)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(diǎn)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(jī)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(biāo)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(xiàng)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(shí)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(xiàng)目檢測等檢測裝置，對每一個(gè)樣品進(jìn)行數(shù)字化打標(biāo)。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(yùn)作，即可實(shí)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(biāo)識，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)從檢后樣品的無人化裝箱，并做好每一個(gè)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(shí)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(biāo)是倉儲(chǔ)的無人化運(yùn)作，從入庫、盤庫到出庫，真正實(shí)現(xiàn)全機(jī)械化。是工廠實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、無人化的最后一步。

2.2原理描述

機(jī)器視覺是用機(jī)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(gè)分支。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(jī)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(biāo)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(biāo)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(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。機(jī)器視覺系統(tǒng)最基本的特點(diǎn)就是提高生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化程度。在一些不適于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或者人工視覺難以滿足要求的場合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺。同時(shí)，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度。

激光測距是以激光器作為光源進(jìn)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(qiáng)等特點(diǎn)，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(jì)

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(jì)了零件自動(dòng)檢測設(shè)備再輔以定制的自動(dòng)運(yùn)送、上下料、分揀等機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)鏈輪零件尺寸全檢的目標(biāo)。根據(jù)測量項(xiàng)目的不同，將測量工位設(shè)計(jì)為四個(gè);根據(jù)零件尺寸不同，將待檢零件分為三個(gè)大類，不同的零件尺寸配套有特殊的限位工裝，在測量時(shí)需根據(jù)尺寸分類更換限位工裝，此過程可以由人手工進(jìn)行，也可以由自動(dòng)裝置進(jìn)行，如表1、表2所示。

全自動(dòng)測試軟件可以自動(dòng)識別三種零件并流程化完成四個(gè)工位的測量和分類。鏈輪尺寸測試工位由四個(gè)獨(dú)立的測量工位、零件運(yùn)送機(jī)構(gòu)、零件分揀機(jī)構(gòu)，以及上下料機(jī)構(gòu)等四部分組成。獨(dú)立測量工位主要由支架、工業(yè)相機(jī)、鏡頭、光源等部件組成，各部分模塊相對獨(dú)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(fù)責(zé)鏈輪徑向尺寸的測量，細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖2所示。

測量工位2主要負(fù)責(zé)鏈輪鍵槽的三個(gè)尺寸的測量，細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖3所示。

測量工位3主要負(fù)責(zé)鏈輪軸向尺寸的測量，細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖4所示。

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

3.3運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

零件運(yùn)送機(jī)構(gòu)由三個(gè)垂直方向上（即三維空間坐標(biāo)的XYZ三軸）的直線模組組成。一個(gè)方向?yàn)樨Q直方向（z軸），一個(gè)方向平行于四個(gè)獨(dú)立測量工位方向（x軸），一個(gè)垂直于四個(gè)獨(dú)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(yùn)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(dòng)作。

零件分揀機(jī)構(gòu)和上下料機(jī)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(dòng)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(jì)的。對于M02與M03尺寸的零件，進(jìn)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(jī)拍攝拼接圖片后再進(jìn)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(gè)相機(jī)組成矩形陣列，進(jìn)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(gè)相機(jī)組成矩形陣列，同時(shí)需要有機(jī)構(gòu)帶動(dòng)相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)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(jī)、鏡頭等視覺組件位置固定，測量精度高;

2）軟件自動(dòng)進(jìn)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(dòng)，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(qiáng)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(gè)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(shí)，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(yùn)輸、打包、入庫、貼標(biāo)等）提高信息化程度、自動(dòng)化水平，解決了產(chǎn)品唯一性數(shù)據(jù)斷節(jié)的問題。