视觉成像在笔记本电脑外壳精冲检测中的应用

2012-10-23程晓蒙孔斌才

制造技术与机床 2012年4期

程晓蒙孔斌才

(①鸿富晋精密工业(太原)有限公司，山西太原 030032;②山西省运城市惠众工贸有限公司，山西运城 043801)

精冲是镁铝合金笔记本电脑外壳的一项重要的精加工工艺方式。产品结构的复杂性，精冲加工节拍的短暂性，导致产品精冲异常部位及其种类，很难在较短时间内及时发现并指出。

随着产品异常种类及异常量的增多，在精冲后，安排了大量的精冲检验人员，利用检具检验精冲产品，并及时处理精冲异常品。然而，人工检验过程受到责任心、情绪和熟练程度等多方面弹性因素的影响，无法从根本上杜绝异常品的流出。

精冲后的产品异常，成为影响笔记本电脑外壳等产品加工质量、客户满意度、生产效率和生产成本的薄弱环节。随着客户对交货期、产能和产品品质等要求的不断提高，生产单位对自动化检测方式的需求也越来越迫切，检测自动化在高品质，高效率的产品生产过程中的重要性与日俱增。通过提出并利用无接触式CCD视觉成像检测技术，最终彻底改变了人工检验方式，为笔记本电脑外壳等产品的加工异常检测科学把关、高效作业，提供了品质保证。

1 笔记本电脑外壳结构特点及精冲工艺

镁铝合金笔记本电脑外壳在压铸成型后，粗冲去除压铸隔皮、飞边，再经过精冲加工，获得各类通孔及精确的产品外形和结构尺寸，最终满足笔记本电脑结构、装配、外观及其他功能的需求。

笔记本电脑外壳起到连接、承载、散热及外观装饰等功能作用，其结构较复杂，壳体上精冲孔的种类较多，包括各类连接孔、定位孔和散热孔等，孔的形状各异，有圆孔、异形孔、长条形散热孔和方孔等，数量也较多，少则几十，多达上百个各类型孔。

精冲后的笔记本电脑外壳，还要经过表面涂装处理、装配等工段，因此，在精冲段必须确保产品的异常检测万无一失。

2 传统精冲生产品质异常检测

笔记本电脑外壳的生产加工特点属于大批量、多品种生产。由于产能排配较高，精冲后冲刀磨损、断刀和冲床异常等情形时有发生，导致产品的外形、尺寸、结构中存在异常较多。冲孔废料冲不掉、废料反弹，冲孔不完整、漏冲、冲不透以及局部结构冲裂等异常情况时有发生。在精冲过程中，产品上的卡钩、定位柱等结构较易折断，而且肉眼不容易检测到这些异常，给人工检验带来了较大的困难。

产品种类较多，生产批量较大，产品的结构越复杂，精冲部位越多，加工质量问题出现的机率也会越大，产品品质检测应投入的人力也就越多。

在不借助于任何工具时，工人对笔记本电脑外壳产品进行目视检测，对于熟练人员，目视检测所花的时间为15 s/件，这样就意味着，对于较熟练的检验人员，每人每班(8 h)最多可检1 800件产品。对于每天生产排配100 000件的产品，需要至少56名熟练的检验人员来应对。而采用“防呆检具”(图1)，代替人工肉眼进行产品异常的检验，可降低不良品流出的概率，提高检验效率，检测时间可达到8 s/件。同时通过“防呆检具”上的“防呆插针”可有效克服“废料反弹”等异常产品的流出。

“防呆检具”的使用方法:将产品按正确的方向，放置到“防呆检具”上，将“防呆检具”上的“防呆插针”正对并插入到产品精冲孔内，通过“防呆检具”上的圆柱销、防呆插针等结构，确保产品与检具配合面可靠贴合。当产品与“防呆检具”能够自如地贴合时，说明精冲孔位加工基本正常，否则即可判定产品中待检测的孔有异常，使得产品与“防呆检具”无法可靠地贴合在一起。因此，“防呆检具”对于废料反弹等的异常检验，既是检验过程，也是去除残留精冲废料的过程。

“防呆检具”提高了人工检验效率，以及检验的准确性，降低了对检验人力的需求，但是仍然无法杜绝不良品混入良品的现象发生。而且“防呆检具”对于产品不良种类的判定及解决，尚无能为力，尤其是对于产品局部结构断裂、缺失等异常的出现更显得力不从心。此外，“防呆检具”的生产投入量较大，每一种笔记本电脑外壳都需要多套“防呆检具”以应对实际生产需求，因此“防呆检具”的投入成本占产品生产成本的20%，是企业生产成本的瓶颈环节。

3 视觉成像检测方式的应用开发

视觉成像检测系统是基于CCD的检测技术，通过CCD测量平台和相关检测算法，从而实现对被测量产品的非接触式检测。利用视觉成像手段获取被测产品的图像，并与预先已经设置好的标准图像进行对比，确定被测产品的实际加工质量状况，从而起到替代作业员对产品检测内容的甄别、筛选、剔除等工作。可提高生产效率、检验准确度及异常种类判定能力等，而且可大幅度降低人力需求。

3.1 视觉成像CCD技术应用原理

CCD视觉成像检测技术，作为一种能有效实现动态跟踪的非接触检测技术，被广泛应用于尺寸、位移、定位、识别、表面形状检测和温度检测等领域。视觉成像技术在工业生产中，多用于判断组件的有无，组件装配位置是否正确，产品外形特征的质量监控，尺寸及形位公差的测量、瑕疵检测、零件分类对比等方面。

根据物体的透光性，产品通过CCD相机线扫成像的图片数据，与产品的标准图片数据对比计算，并分析判定待检的笔记本电脑外壳中的精冲孔是否存在漏冲、精冲废料反弹等异常情况发生，从而达到方便、快速、准确的检测目的。

因此，利用视觉成像技术，在笔记本电脑外壳“精冲反弹”等的异常检测过程中，可通过判断精冲废料的有无，产品结构的缺失与否等方面，自动检测并指出笔记本电脑外壳的精冲加工异常部位。

3.2 工业视觉自动化检测系统方案

笔记本电脑外壳的精冲异常检测，采用工业视觉自动检测系统，其基本构成有:照明系统、图像采集系统(CCD相机和图像采集卡)、图像处理系统(软件、硬件)、报警系统(声、光、色报警装置)、自动传输机构及架体等。设备结构主体如图2所示，通过自动化传输机构，承载并传输被检测产品，在传输过程中完成对产品的CCD视觉扫描检测。

产品进入检测区域后，触发传感器检测到产品时，视觉CCD系统开始持续线扫描被测产品，进行图像采集，将所采集的图像信号数据传至主机，计算机图像处理系统对CCD反馈的数据进行整合，并分析处理，同时给出检测结果。如果检测的结果不符合产品检测要求(从产品外形结构、尺寸、特征有无等方面判定)，那么图像处理系统就会判定产品异常，并以声、光、色、图形信息等警报方式表现出来，从而提醒作业人员及时处理。

3.3 视觉成像精度要求

CCD相机固定在检测设备顶部，待检测产品直线移动，检测精度由CCD像素，以及扫描范围决定。当笔记本电脑产品的扫描范围为320 mm×320 mm，CCD相机的分辨率按1 024×1 024进行计算，产品检测的理论精度值为:320/1 024=0.312 5。实际应用中测量误差是理论误差的2～3倍，即测量精度可达到0.6～0.9。笔记本电脑外壳精冲孔，及其他异常尺寸在1 mm以上，因此，考虑到成本因素，CCD相机分辨率选用1 024×1 024，可以满足目前笔记本电脑外壳产品，在判断产品特征的有无，以及结构缺失与否等方面的检测需求。

为了确保产品的检测精度，在检测过程中，应避免产品发生偏移、跳动。因此，要求自动检测设备的传动机构平稳、可靠、传动精度较高。

4 视觉成像检测的生产推广应用评估分析

传统接触式的检测方式难以实现无接触式和高精度的测量，同时也无法满足高效、批量化的检测生产要求。利用CCD的无接触式的检测技术可较好地解决传统接触式检测带来的检测精度、检测效率较低等问题。

CCD视觉成像技术的生产适用面较广，尤其适用于产品的外形轮廓特征检测及批量生产加工过程。该技术的生产应用具有普遍适用性，针对符合一定检测尺寸范围内的，相似产品的结构特征的检测要求，利用CCD视觉成像技术进行产品先期验证研究，以及简化生产问题等方面，都具有很好的应用价值。

4.1 3种笔记本电脑外壳精冲异常检测方式对比

第一种:传统的人工检测方法，劳动强度大，漏检率高、不稳定，检测过程受人眼分辨能力和容易疲劳等主客观因素的影响，无法保质保量地完成生产任务，而且长期检测，对检测者的身心健康都有损害。

第二种:利用工装夹具等机械装置，与产品直接接触进行检测的方法，虽然在质量和速度上能满足生产的需要，但造价高、生产灵活性差。

第三种:利用CCD视觉成像的检测方法，通用性好、生产灵活性高、易于调试、对工作环境要求低等优点，适应了产品的快速市场化要求。

4.2 CCD视觉成像技术优势体现

CCD视觉成像技术，具有测量精度高、速度快、应用方便灵活等特点，是现有机械式、光学式等测量仪器所无法比拟的。能较好地实现对产品的无接触式快速检测，其优势体现如下几点:

(1)检测精度高，生产稳定性好，可减少人为因素的影响，避免人工检测时出现的漏检等异常状况发生，可做到异常品流出率为零。

(2)操作简便，对操作人员的素质要求不高。

(3)设备结构简单、紧凑，节省生产作业空间。

(4)检测适用面广，依据产品检测要求，进行成像系统设置，可满足不同产品的相关检测需求，从而确保新机种检测开发周期短。

(5)节省了大量的人工，降低人工劳动强度，检测效率高，3 s可检测一件产品，因此，一台自动化CCD检测设备，一个班(8 h)可完成9 000件的产品检测任务，检测产能是人工检测量的5倍以上。对于每天100 000件的产品检测任务，只需6台设备，分两班作业完成。按一台设备配备一名操作人员，共需12人。因此，可节省44名检验人员(人工检测的标准产能按1 800件/(人·班)计算。

(6)采用声、光、色报警方式，提醒操作人员及时处理异常，利用区域报警设置，指出产品不良种类及不良发生的部位。

(7)代替了大量的“防呆检具”，节省了一大笔工装检具投入费用。

(8)通过“视觉成像”设置，在图像数据库中存储，并调用标准产品图像，即可完成产品生产的快速转换。