彭 煜，赵大兴，孙国栋，原振方

（湖北工业大学 机械工程学院，武汉 430068）

0 引言

接插件是一种使用极其广泛的电子元器件，有电子设备，就有接插件的存在，我国是接插件生产大国，但产品质量水平参差不齐。目前我国的接插件生产方式既有家庭小作坊式的，也有比较先进的现代化生产线，同时生产和管理水平也有很大的不同，因此产品质量和可靠性的差别也比较大[1]。根据调查，国内市场上多数的接插件可靠性较差、淘汰率较高，这种现象的存在主要是由于接插件其体积小、精密度高，传统的人工检测达不到如此高的精度，而市面上已有的接插件检测设备也因为其高昂的价格让诸多小规模生产企业难以接受，从而导致检测能力上不去，直接影响了产品的质量。

本文正是针对目前市场上接插件产品质量差、检测水平低、相关检测设备昂贵等问题，设计一种自动化双目视觉测量检测实验平台。该平台采用全新的结构设计，PLC控制各机械部分，通过改进现有的算法，实现测量系统高精度、高速率在线检测，且软件系统和机械硬件结构采用可重构技术，增强了整个设备的可靠性及可维护性，成本低，对工作的环境要求低，安全系数高，能满足不同规模接插件企业的质检要求[2]。

1 系统检测的设计要求

1.1 检测系统结构及运行

整个接插件测量检测系统由机械硬件和计算机软件二部分组成，整个结构特征在于：包括上下料结构、细分工作台、驱动器、位置传感器、PLC控制机箱、图像采集单元和工控机，细分工作台用于置放电子接插件，驱动器连接在细分工作台上，用于驱动细分工作台的运动，位置传感器安装在细分工作台沿其运动方向的一侧，PLC控制机箱与细分工作台电连接，图像采集单元设于细分工作台的侧边，由光源、相机和图像采集卡组成，相机朝向细分工作台的方向垂直于细分工作台的运动方向，光源设于相机和细分工作台之间，相机通过图像采集卡与工控机连接[3]，如图1所示。

图1 视觉测量系统的检测结构框图

其中，1为控制柜，2为细分工作台，3为伺服电机，4为工作平台，5为PLC控制机箱，6为人机界面，7为电源开关，8为急停键，9为蜂鸣器，10为CCD相机，11为相机支架，12为工控机显示器，13为光源，14为剔除机构，15为出料平台。整个系统运行涉及到步进电机的调速控制、PLC控制器的通信控制、CCD的触发方式控制、界面的实时显示、海量图像的实时处理、数据库的记录、剔除机构的执行等诸多任务，因此，我们需要将各个分离的设备、功能和信息等集成到相互关联、统一和协调的系统中，使资源得到充分共享，实现系统的高效运行，并最终完成检测，检测系统的分段测量运行流程如图2所示。

图2 接插件检测系统运行流程图

1.2 部件的选取

本项研究是基于机器视觉的接插件测量检测系统，对图像采集的要求比较高。对于微型电子接插件表面平整度和平面度检测，考虑其测量目标，要求测量分辨率高，以及从经济效率考虑，选用德国AVT公司生产的面阵CCD相机进行数据采集，其像元尺寸灵活，帧幅数高，适用于一维动态目标的测量。基于接插件的较小的尺寸，运动平台选择100×100(mm)方形，而考虑到检测平台的平稳性、准确性，采用螺杆螺母传动方式传动。基于此，使用日产细分工作台使接插件做分段运动，该工作台具备分段精度高，运动平稳性强，抗震能力好，占用空间小便于携带等特点，细分工作台可以直接连接电动机，符合检测条件[4]。由于插接件总重量才5g左右，设计输送带时应保证输送带的平稳。考虑到本传动工作状况是：单向传动、轻微振动、转速较低，所以选用常用微动电机。如图3所示为细分工作台设计装配图。

图3 输送传动装置设计图

1.3 自动送出料的设计

自动送料出料机构是自动装配系统中的一个重要组成部分，一个好的自动送料出料机构除了要有足够的存储空间和输送效率外，还要能够对零件进行准确定向和精确定位，以保证零件在送料系统的末端以正确的姿态进入装配系统。料斗式供料装置具有自动定向机构，能实现供料过程的完全自动化。即只要把料件成堆的倒在料斗里，借助定向机构，自动地把料件定向整理，然后依次送至规定地点[5]。这种供料装置适用于工件外形比较简单，重量和体积比较小，供料节拍短，允许工件表明有擦痕的情况。电子接插件由于其个体小、重量轻，选择可靠、高效的自动上料系统在实现自动化检查中尤为重要。

本文送料出料机构的设计，在借鉴传统送料出料机构的基础上，提高了夹具的定位精度和装配工具的柔顺性。为提高夹具定位精度采用带有主动自适应反馈或前馈位置控制器，通过光电传感视觉设备，接触压力传感器等对电子接插件的定位误差进行修正[6]。这种伺服装配工具、夹具可以对有紧密配合的部件进行自动装配。

2 全自动检测的实现

实现接插件大量、高效率的检测，需对传统的接插件检测设备进行改进。人工送料出料不仅影响检测的速率，而且易受人为因素的影响，增加了检测的不确定性。全自动上料下料提高了检测的速度，插接件由送料机构送至工作台检测，完毕后由出料机构送出并进行分拣，区分正品和次品也保证了插接件的出厂质量，如图4所示。

电子接插件由于其个体小、重量轻，因此采用振动斗仓料斗来实现连续性供料，并在接插件进入料仓之前进行第一次称重筛选，质量不在标准范围之类的通过剔除装置予以自动剔除，做好第一轮检测。接插件通过斗仓下面的滑槽至细分工作台的矩形小槽，气动装置吸住接插件，PLC控制精密滑台进行分段检测，检测完毕后，气动装置将接插件吹起调入下料传送带，软件中心将处理结果传输给PLC控制器，通过电磁阀控制剔除机构剔除不合格的电子接插件，并进行分装[7]。

3 结论

本文着眼于微型电子接插件的高精度测量，利用PLC控制器驱动检测滑台运动，采用主机反馈信号给PLC控制剔除机构的启停，实现了高精度的实时控制与分段进给，保证接插件的被检测部位能被相机准确的进行图像采集。全自动送料出料提高了检测的速度，插接件检测完毕后由出料机构送出并进行分拣。整个检测平台基于可重构性原理，实现了装拆简单、维修方便、经济实惠、稳定性强。

图4 自动上下料PLC控制流程图

[1]张明畏,金福群.提高接插件可靠性的途径[J].机电元件,1993,13:4-6.

[2]金隼,洪海涛.机器视觉检测在电子接插件制造工业中的应用[J].仪表技术与传感器,2000,2:13-16.

[3]李宁,刘志峰,李富平,杨文通.基于机器视觉技术的薄膜孔洞检测系统设计[J].机械设计与制造,2008,2.

[4]林海波,杨国哲,赵文辉.三维纳米定位微动平台的设计与分析[J].设计与研究,2009,7:41-44.

[5]常淑凤.自动上下料装置的设计与研究[J].电脑知识与技术,2009,5(28):8076-8078.

[6]Minoru A,Takahiro U,Makoto O.Automatic Detection System for Complete Connection of a Waterproof Soft-Shell Electronic Connector With a Sliding Locking Device[J].IEEE Sensors journal,2009,9(3):285-292.

[7]任晓虹,龚民,王月志.自动上料检测系统的研究[J].沈阳工业学院学报,1997,16(9):69-75.