高端耳机泡壳全自动检验装置的机械结构设计

沈忠诚

摘  要：针对高端耳机泡壳检测生产线人工检测效率、有效性低的问题，该文计划设计出一种全自动检验装置，以此来优化检测效率与检测效果。该文主要针对該装置的机械结构设计进行探究。基于装置工作原理应用自动光学检测（AOI）技术，实现耳机泡壳全自动检验装置的高效运行。通过机械运动相互配合的原则，完成抓取装置和传输系统设计。经过机械结构设计验证和现场调试，结果显示，该装置运行效果良好，期望可以为相似项目提供参考。

关键词：耳机泡壳;自动检验装置;机械设计

中图分类号：TH164            文献标志码：A

1 设计目的

随着制造企业用工成本的扩大，高效能的机械自动化已然成为当前机械行业转型的重点方向[1]。尤其在质检领域，随着机械制造工艺的完善，单位时间内生产的相关产品的数量也在持续增长，电气自动化检测装置的应用不仅可以提升检测效率，也可以保证质检质量[2]。高端耳机记忆海绵放置Tray盘材料为APET，该材料因材质透明，因此经常会遇到划伤、擦伤、沾染污迹等问题。为保证产品的外观质量，该项目应运而生，旨在为某品牌定制高端耳机记忆海绵泡壳体的质量进行检测。

2 装置工作原理

该装置的工作原理就是基于光的反射来进行物品材质的特征检测。针对检测材质的特征使用高亮LED光源进行AOI检验。在整个检测系统中，设备主要分为运输装置、检测装置以及抓取装置3个部分。在搬运步骤中，由于项目的路径相对较为简单，在整个抓取过程中只有单个拾取点和2个放置点，因此在鉴定过程中具有位置稳定性，而且也不需要通过增加额外的位置编译点来辅助系统路线定位。结合工程实践，在此选用减速步进电机来代替传统的机械手，同时结合抓取的物品质量较轻的特性，选用真空吸头来抓取产品，这样可以有效避免出现抓伤和划伤，防止出现二次缺陷。

3 装置技术应用

3.1 自动光学检测（AOI）技术

AOI技术主要是基于光学原理来对生产流程中存在的缺陷进行检测。AOI是近年来随着信息技术发展而来的—种新兴测试技术。该技术可以通过自动检测的方式，采集图像特征，并将其与数据库中标准图片上的相关参数进行比较分析、缺陷归纳与表示，便于后期人员进行修正。

3.2 图像处理与对比

在整个生产线的生产设计中，需要根据实际需求进行AOI机位的具体设定，根据实际检验要求来设定相关参数。在装置的设置上，首先将光源固定在系统的某机位处，然后从特定的角度使用光线照射物体。在照明的中心线上，通过折射将光信号传送到垂直方向配置的相机上[3]。光线在接触到平整的表面时，穿透外表透明塑料壳，对不规则面、划伤、污迹等部位进行甄别，在相应的缺陷图像中形成亮点，归纳缺陷特征，分析各类划伤或污迹部分。对累计特征进行判断，其基本原理是根据位置点的像素进行瑕疵大小的对照。在识别对照程序上，根据实际检测特征进行限度调整，或者根据色差的不一致程度，对产品的背景色差进行比对。在该系统的检测分析中，通过应用自动比对、边缘检测、二值化等图像技术，可得到较为精准的检测结果。

4 机械结构设计

4.1 整体系统结构设计

整体系统主要由传送、检测以及抓取3个部分组成。该系统的装配图如图1所示，传送装置包括1-托料机构，2-气缸脱料盘，3-清洁装置，4-AOI检测装置，5-搬运装置，7-冲床接近感应器，15-传送皮带，31-除尘接近传感器，41-检验接近传感器。基于对产品检测无尘的需求，该机械设备设有专门的除尘设备，目的是可以提前对接近传感器的被检测物品进行除尘处置，包括对整个检测结果造成影响的外来微粒以及杂物的清理等，产品在清洁完成后，在继续向前的基础上，会触发检验传感器，实现过程中的AOI检验，通过机械空间位置点的设定，对被测定的产品进行定位，计算机可以有效地对当前物品进行判断，并保存识别信息，之后通过搬运机械手的大气吸盘对合格的产品进行吸取搬运，在机械设计中，可通过导轨滑块或者丝杠来进行定位，对不合格的产品不采取任何动作，而是将其送至NG料通道。

具体来说，图1中的4-AOI检验装置，包括无影灯、成像单元，无影灯和是成像单元置于多个待检验产品的上方，成像单元与处理单元连接。待检验产品置于无影灯的灯光下，在照明的中心线的垂直方向配置1台相机，用于拍摄物件图像。

该设备在成像的过程中，需要事先对成像单元进行成像采集，而后将采集到的成像信息进行图像单元信息化处理，处理步骤主要有4个。1）通过成像设备及时接收过程中所具备的检验图像信息。2） 对已有的检验图像进行适当的曝光处理，得到相关图像。3）需要针对检验得到的预设阈值，进行图像曝光前后的特征比较，分析该过程中是否存在大于预设阈值的不良区域。4） 根据检测结果进行不良品的统计整理。

在整个系统的设定上，会用特定角度的光源光线来衬托检测表面的不规则，光线在接触到平整的表面时，会直接透视穿透塑壳，对于整个过程中存在的不规则面来说，相关的光线会将问题图像再按照光线的反射原理归纳到相机中，之后会随着曝光处理措施，有效地将拍摄到的图像转化为亮点，划伤或污迹部分与其他多余的物体就能区别开。

4.2 抓取装置设计

该设备的抓取装置摒弃了多自由度且价格昂贵的机械手，通过步进电机实现定向移动定位。抓取装置是配合传输与贴膜机械来工作的。在该系统中，通过上下式的贴膜卷实现贴膜装置的贴膜作业，如图2所示，膜贴装置包括61-下粘膜卷、62-上粘膜卷、63-压贴步进马达、64-压贴皮带组、65-切刀、66-导出步进马达、67-导出皮带。抓取装置通过步进电机在皮带压贴组的运输作业下，将被加工物转移到有效作业位置上，之后利用切刀对贴膜后的产品进行定长切断，在整个的抓取装置中，多元化的零部件组合装配后，对检验合格产品在系列化接收处理的基础上进行连续的加工作业，在被加工物被运输到指定位置后，其会在传感器的作用下，产生第一动作信号，随后通过粘膜卷进行贴膜，这是系统接收处理装置发送的第二动作信号，在完成上述过程后，启动切刀进行下切作业，最终输出产品[4]。

4.3 传输系统设计

传输系统是该系统能够有序高效工作的核心组成部分，傳输系统中托料机构的组成如图3所示，图中7-冲床接近感应器，11-固定支架，12-第一气缸，13-气缸接头，14-第一气缸接近感应器，16-第一托料盘，17-第二托料盘，18-第二气缸。

运输系统贯穿整个系统，其可以对整个检测系统中的各个环节进行有效融合，在检验完成的基础上，还可以有效地实现后续过程中的包装工作，利用输送带不仅可以提高生产线的加工效率，而且也能有效保证整个系统的稳定，在该项目的运输系统中，采取的方式为单独气缸控制托料放置机构，其可以有效地将产品稳定在2根皮带制成的传送带上，方便在定时长运输的基础上，满足AOI检验装置的远程监控要求。

除了传送带外，传输系统还配置了多个气缸托料盘，通过气缸的有效配合，可以完成整个系统的气缸脱料，实现对被控制物状态的有效控制，此外还需要保证每片产品之间有足够的间隙。在图3中，被控制物件在整个机械移动的过程中，需要依据加工要求时间点将产品有序的间隔开，适应抓取装置抓取循环的节拍，以此来保证系统加工的质量。在曝光后的图像中，白色的亮光区域就是不良区域。这部分可以通过处理单元进行不良区域长度或者直径的比较，还可以调整不良区域所对应的比较阈值。

5 系统调试设计

在完成系统框架的基本架构设计后，需要将被检测泡罩透明壳对照样品图像输入电脑系统中，之后将待测的试件放在托料机构上，先打开托料运输机构的伺服电机开关，调试托料运输机构的传递速度，观察其是否满足AOI系统的检测速度要求，满足则调试AOI检测系统，不满足重新通过PLC子系统调节伺服电机的转速[5]。AOI检测系统主要是对检测摄像头进行调整，调节的要求是摄像头在测试件经过拍照位置时要成像清楚，物像特征刚好处于摄像头的焦点位置，对成像区域也应该根据机械区域的测试位置进行实时调整。在满足该要求的基础上，需要对挡片装置进行调试，该部分是用来对被检测物品进行阻挡分类的，这里主要是用来对检验合格产品的前进方向进行拦截，方便对被测试物进行有效定位，便于后期贴膜。在抓取过程中使用挡片装置可以有效地对产品进行定位，而且该过程相比机械手抓取更稳定，可以防止产品在该过程中发生损伤。经过上述各环节的调试，各部件的运动均满足要求。在后续的深化设计方面，可通过增设AOI摄像头的方式来对单次检查结果进行复检。

6 结论

该文基于人工传统产品检验的检查效率慢、检验效果差等问题，对高端耳机泡壳全自动检验装置的机械设计进行了探究。通过单电机驱动结合气缸吸附托料的技术手段，证明了该检测线的可实践性，并提出了调试方案。该装置便于工作人员进行产品检测、跟踪生产进度，可以最大限度地提升用户体验，不仅节约了资金，而且在产品质量优化方面也具有重要的建设意义。

参考文献

[1]孟召兵.机械设计制造自动化在现代企业中的应用[J].中外企业家，2020（13）：124-125.

[2]孟辛酉.自动化技术在机械设计制造中的运用[J].科技风，2020（12）：179，189.

[3]徐绪家.自动化包装机械控制系统的设计方法探究[J].时代农机，2019，46（6）：73-74.

[4]马涛.城轨塞拉门机构多功能自动检测系统机械结构设计[J].机械设计与制造工程，2019，48（11）：36-38.

[5]庞长江.自动化技术在包装机械中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（16）：136.