凌 斌，廖新明

（日本电产三协电子（东莞）有限公司，广东东莞 523325）

0 引言

家电微型步进电机的转子在成型制造过程和充磁检磁过程中，因齿轮部分材质偏软，极易碰伤和划伤，如不筛选出来，不良品生产出来的电机易出现特性不良。齿伤检查原是采用人工在显微镜下目视检查，培训时间长（1.5月），人员稳定性差（目前大环境下3～6个月人员更换一批），且人工目视检查为感官检查，质量品质随人员变换不稳定，人工成本、管理成本、品质管控成本费用不断提高，公司经济压力明显增大。为降低费用，本文对现有充磁后磁石外观项目进行细分，用机器视觉检查代替人工，对齿伤进行数值量化检查，解决了齿轮检测成本较高和维护难度较大的问题。

1 转子人工检查现状

转子齿轮部是由9个齿组成，齿部如有碰伤，所产生的毛边或凹坑按不同方向和部位，有4个规格范围，如图1所示，人工目视检查时，按图中规格要在显微镜下旋转检查每个齿，因人工目视检查是感官检查，无法量化规格，为使不良品流出，检查人员常加严规格，将规格内的良品判定为不良品，变相提高了品质管控费用成本。

图1 转子齿轮伤的判定基准示意图

2 转子机器视觉检查设备结构设计

按图1所示，转子齿轮部机器视觉检查分为2相机工位检查［1］，分别检查齿轮的正面和侧面［2］，转子齿伤机器视觉检查设备结构设计方案如图2所示，设备总体结构由转盘、待检测料盒放置区及移位机构、移位机械手1［3］、正面检测相机及机构、侧面检测相机及机构、移位机械手2、成品料盒放置区及移位机构等7个部分组成。大体动作：移位机械手1将齿轮产品从待检区移动到转盘的治具上，转盘转动将物料送到正面检测摄像头下方检测齿轮正面检测，将检测结果和定位结果发送到终端；待转盘将物料转到侧面摄像头处时，做定位和是否检测侧面的依据，待侧面检测完成，将结果发送到终端；待转盘将产品转动送到移位机械手2处时，做移位送料位置的依据，判定将产品送到不良品料道还是成品料盒区。

图2 转子齿伤机器视觉检查设备设计方案

3 转子齿伤机器视觉检查机控制系统设计

控制系统按照自动化控制系统基本理念，一台标准的自动化设备应当具备目的程序控制、手动／自动控制，产品计数、故障报警／代码显示、暂停／紧急停止、参数变更／权限设置、信号反馈、判定结果输出、安全保护控制等一系列自动控制要求。本设备控制采用工控机自动控制技术［4］，通过人机交换界面进行设备可视化操作。控制转盘送料及治具转动系统、产品上料系统、正面检测摄像头检测系统、侧面检测摄像头检测系统、成品下料系统等的有序运行［5］。同时也可直观确认每个产品的判定结果，把每一个判定结果以图片形式输出在屏幕上，顾客可根据自己意愿决定是否将图片保存在硬盘，作为品质控制源头追溯的依据。

4 转子齿伤机器视觉检查机设计关键点

由图1可知，只有端面检测时，无法完全将不良品检测出来，会有遗漏，所以安排2个测试工位，第2检测且为转动检测，在确认9个齿的侧面是否有损伤的同时对前1检测工位进行附证是否有遗漏。因产品送料的随机性，正面摄像头安排2个功能：（1）检测端面；（2）为后续的侧面检测提供定位依据，确定侧面摄像头的拍照角度和时间点。

产品在转盘上的转动是否保证一致性，将直接影响检测结果。为保证产品在治具上转动的准确性，治具转动驱动机构包括转动电机41、驱动同步轮42、第一同步带43、第二同步带44、第一主动轮45、第一同步轮46、第二同步轮47、第三同步轮48以及第四同步轮49［6］，4个检测治具包括第一治具21、第二治具22、第三治具23以及第四治具24。图3所示为治具转动驱动机构设计方案上端面示意图，图4所示为治具转动驱动机构设计方案下端面示意图。

图3 治具转动驱动机构设方案上端面示意图

图4 治具转动驱动机构设计方案下端面示意图

驱动同步轮42与转动电机41的输出轴同轴转动，第一主动轮45与第一治具21同轴转动，驱动同步轮42通过第一同步带43传动连接于第一主动轮45；第一同步轮46与第一主动轮45同轴转动，第二同步轮47与第二治具22同轴转动，第三同步轮48与第三治具23同轴转动，第四同步轮49与第四治具24同轴转动，第一同步轮46通过第二同步带44分别传动连接于第二同步轮47、第三同步轮48以及第四同步轮49。当齿轮产品3被带动至第二检测机构7时，通过启动转动电机41，起到驱动检测治具2转动的效果。在驱动同步轮42与第一主动轮45之间还设有第一涨紧轮（图中未示出），第一涨紧轮抵触于第一同步带43的内侧；第一同步轮46与第四同步轮49之间还设有第二涨紧轮（图中未示出），第二涨紧轮抵触于第二同步带44的内侧。通过设置第一涨紧轮和第二涨紧轮，使得第一同步带43和第二同步带44在传动过程中不容易与同步轮脱落。再次确保治具转动的准确性。驱动同步轮42和第一主动轮45均位于转盘的上端面，第一同步轮46、第二同步轮47、第三同步轮48和第四同步轮49均位于转盘的下端面，通过将同步轮和第一主动轮45以及第一同步轮46、第二同步轮47、第三同步轮48和第四同步轮49分开设置在转盘的两端面，同时预留空间给检测摄像头和光源，从而避免相互干扰。

上料机构设计方案如图5所示。为节约人工，故设备设计用料盘定位上料，一次上料208个，上料机构包括上料治具横移驱动机构51、上料夹取横移驱动机构52、上料夹取升降驱动机构53、上料治具定位组件54以及上料夹取装置55［7］，上料治具横移驱动机构51的输送方向和上料夹取横移驱动机构52的输送方向垂直相交交叉设置［8］；上料治具定位组件54用于放置外部的上料治具56，上料治具横移驱动机构51用于驱动上料治具定位组件54横移；上料夹取横移驱动机构52用于驱动上料夹取升降驱动机构53横移，上料夹取升降驱动机构53用于驱动上料夹取装置55升降，上料夹取装置55用于夹取位于上料治具56上的齿轮产品3。上料夹取装置55采用手指气缸，手指气缸由外部的气源驱动从而对上料治具56中的齿轮产品3进行夹取，且上料夹取装置55位于上料治具定位组件54的上方；上料治具横移驱动机构51是由电机、同步轮、同步带以及滑块组成的驱动机构，上料治具56设置于滑块上；上料夹取横移驱动机构52以及上料夹取升降驱动机构53均是由电机、螺杆以及螺母组成的驱动机构。自锁机构A是根据上料治具56的设计基准点进行校位，减少上料治具56中的产品的随机误差在取料时的影响，与上料夹取装置55夹取配合，保证夹取时不滑伤产品。下料机构与上料机构构造类似，不再叙述。

图5 上料机构设计方案示意图

5 结束语

本文研究了微型步进电机的转子齿伤机器视觉检查设备，对其机械结构进行了设计，通过一系列关键点设计使转子在机器视觉检查时保证稳定和一致性，为实现人工外观检查向机器视觉自动检查提供了有力保证，并已实现了产业化应用。达到了机器换人、提高生产效率和品质提升的目的，对后续其他工序的研究和自动化设计具有借鉴意义。