一種EPI-H電解電容器的外觀缺陷檢測裝置創(chuàng)新設(shè)計

杜嘉宸 徐銘澤 齊子昂 張牧雨 冉光龍

摘 要：為實現(xiàn)全方位、無死角的電解電容器外觀缺陷檢測，設(shè)計了一種EPI-H電解電容器外觀檢測裝置，通過鏈傳動裝置實現(xiàn)電解電容器的水平運輸，電解電容器的旋轉(zhuǎn)檢測采用皮帶傳動機構(gòu)。利用成熟的計算機分析、機器視覺、單片機控制等技術(shù)，通過合理的設(shè)計以達到自動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;鏈傳動裝置;皮帶傳動機構(gòu);機器視覺

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、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，在計算機領(lǐng)域，機器視覺逐漸成為智能機器的主流，它是指用計算機來實現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計算機來實現(xiàn)對客觀世界的識別，而外觀檢測就是由單片機的信息中轉(zhuǎn)再通過圖像采集和計算機圖像處理的結(jié)合運用實現(xiàn)的，本文設(shè)計的可自動控制檢測過程、機器視覺代替人眼識別的電解電容器外觀缺陷檢測裝置具有很大的實際應(yīng)用意義。

1、執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計

電解電容器外觀缺陷檢測裝置執(zhí)行結(jié)構(gòu)由機體機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)、皮帶傳動機構(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機構(gòu)、檢測裝置、自動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)動電機啟動后帶動鏈條向前運動，當電解電容器放入鏈條上的滾輪后隨鏈條一起向前運動，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行檢測。

全方位檢測原理：傳動帶驅(qū)動電機啟動后，運行皮帶傳動機構(gòu)，使?jié)L輪在前進的同時做旋轉(zhuǎn)運動，而滾輪會帶動電容器進行轉(zhuǎn)動，三組三個方位的攝像機保證圖像可完整采集電容器一周的缺陷情況。

自動控制原理：裝置啟動時，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會遮蓋紅外信號，此時會有信息傳輸給計算機，從而自動控制其他裝置的啟動。檢測裝置的檢測結(jié)果會作為是否啟動回收裝置的判斷依據(jù)。

缺陷品回收原理：在接受到計算機的啟動信號時，電動推桿會自動啟動將缺陷品推入回收裝置中。

1.2主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.1皮帶傳動機構(gòu)

如圖2所示中間為皮帶傳動裝置，右邊傳動軸鏈接一個驅(qū)動電機，該電機可以根據(jù)電容器的大小尺寸進行轉(zhuǎn)速調(diào)整，皮帶上表面與滾輪相接觸，通過摩擦帶動滾輪轉(zhuǎn)動，實現(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確度的問題，設(shè)計了三組圖像采集裝置，每組都在三個方向設(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算機中判斷電容器類型，計算機根據(jù)判斷結(jié)果實時調(diào)整皮帶傳送機構(gòu)和鏈條傳送機構(gòu)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，更進一步的提高檢測的準確度。圖像采集裝置與皮帶傳動機構(gòu)同長度，該設(shè)計降低了制作成本，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

2.1控制線路流程圖：

鏈傳動機構(gòu)用于不斷將電解電容器運輸至圖像檢測區(qū)域，所有攝像機將獲取的圖像通過數(shù)據(jù)線上傳至上位機數(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行缺陷分析和提取。然后鏈傳動機構(gòu)并將檢測完畢后的電解電容器運走，而有缺陷的電解電容器推出至殘次品回收箱。即可實現(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)建一個重建網(wǎng)絡(luò)，通過圖片的輸入樣本與正樣本進行比較，以確定缺陷位置，再通過上位機的執(zhí)行控制實現(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)計無疑是彌補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)品具有自動化、智能、全方位無死角、殘次品回收等快速精準檢測的優(yōu)點。當今電子產(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，高度機器化、自動化的工業(yè)生產(chǎn)流水線式必然趨勢。

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*基金項目：

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)練項目“H-EPI電解電容器的外觀缺陷檢測裝置”的項目成果，項目編號：202010595089