電子連接器自動檢測白皮書
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本文詳細闡述了使用PPT視覺系統(tǒng)對電子連接器插針沖壓質(zhì)量進行100% 在線檢測的全過程，介紹了用以探測典型質(zhì)量缺陷的視覺檢測工具和檢測方法，以及系統(tǒng)構(gòu)建所采用的圖形化編程語言。
1． 簡介
機器視覺技術(shù)在工業(yè)實際應(yīng)用中已經(jīng)歷了近二十年的發(fā)展，但直到最近五年，該技術(shù)才真正開始能夠滿足電子連接器制造業(yè)對質(zhì)量檢測的要求。其中，最主要的障礙就是電子連接器極高的制造速度，特別是連接器插針的沖壓過程。一般情況下，插針的沖壓速度接近2,000件/分鐘--這樣的速率是早期的機器視覺系統(tǒng)難以匹敵的。而新的機器視覺系統(tǒng)不斷采用了近年來高速發(fā)展的攝像和圖像處理技術(shù)，包括各種DSP（數(shù)字信號處理器）- 特別為各種數(shù)字信號的高速分析和計算而設(shè)計的芯片。這些硬軟件技術(shù)的應(yīng)用使得今天的機器視覺系統(tǒng)能夠達到并超過10,000件/分鐘的圖像檢測速率。
2．電子連接器的制造過程
電子連接器種類繁多，但制造過程是基本一致的，一般可分為下面四個階段：
· 沖壓(Stamping)
· 電鍍(Plating)
· 注塑(Molding)
· 組裝(Assembly)
2.1 沖壓
電子連接器的制造過程一般從沖壓插針開始。通過大型高速沖壓機，電子連接器（插針）由薄金屬帶沖壓而成。大卷的金屬帶一端送入沖壓機前端，另一端穿過沖壓機液壓工作臺纏入卷帶輪，由卷帶輪拉出金屬帶并卷好沖壓出成品。
2.2 電鍍
連接器插針沖壓完成后即應(yīng)送去電鍍工段。在此階段，連接器的電子接觸表面將鍍上各種金屬涂層。與沖壓階段相似的一類問題，如插針的扭曲、碎裂或變形，也同樣會在沖壓好的插針送入電鍍設(shè)備的過程中出現(xiàn)。通過本文所闡述的技術(shù)，這類質(zhì)量缺陷是很容易被檢測出來的。
然而對于多數(shù)機器視覺系統(tǒng)供應(yīng)商而言，電鍍過程中所出現(xiàn)的許多質(zhì)量缺陷還屬于檢測系統(tǒng)的"禁區(qū)"。電子連接器制造商希望檢測系統(tǒng)能夠檢測到連接器插針電鍍表面上各種不一致的缺陷如細小劃痕和針孔。盡管這些缺陷對于其它產(chǎn)品（如鋁制罐頭底蓋或其它相對平坦的表面）是很容易被識別出來的；但由于大多數(shù)電子連接器不規(guī)則和含角度的表面設(shè)計，視覺檢測系統(tǒng)很難得到足以識別出這些細微缺陷所需的圖像。
由于某些類型的插針需鍍上多層金屬，制造商們還希望檢測系統(tǒng)能夠分辨各種金屬涂層以便檢驗其是否到位和比例正確。這對于使用黑白攝像頭的視覺系統(tǒng)來說是非常困難的任務(wù)，因為不同金屬涂層的圖像灰度級實際上相差無幾。雖然彩色視覺系統(tǒng)的攝像頭能夠成功分辨這些不同的金屬涂層，但由于涂層表面的不規(guī)則角度和反射影響，照明困難的問題依然存在。
2.3 注塑
電子連接器的塑料盒座在注塑階段制成。通常的工藝是將熔化的塑料注入金屬胎膜中，然后快速冷卻成形。當熔化塑料未能完全注滿胎膜時出現(xiàn)所謂 "漏?quot; (Short Shots), 這是注塑階段需要檢測的一種典型缺陷。 另一些缺陷包括接插孔的填滿或部分堵塞（這些接插孔必須保持清潔暢通以便在最后組裝時與插針正確接插）。由于使用背光能很方便地識別出盒座漏缺和接插孔堵塞，所以用于注塑完成后質(zhì)量檢測的機器視覺系統(tǒng)相對簡單易行
2.4 組裝
電子連接器制造的最后階段是成品組裝。將電鍍好的插針與注塑盒座接插的方式有兩種：單獨對插或組合對插。單獨對插是指每次接插一個插針；組合對插則一次將多個插針同時與盒座接插。不論采取哪種接插方式，制造商都要求在組裝階段檢測所有的插針是否有缺漏和定位正確；另外一類常規(guī)性的檢測任務(wù)則與連接器配合面上間距的測量有關(guān)。
和沖壓階段一樣，連接器的組裝也對自動檢測系統(tǒng)提出了在檢測速度上的挑戰(zhàn)。盡管大多數(shù)組裝線節(jié)拍為每秒一到兩件，但對于每個通過攝像頭的連接器，視覺系統(tǒng)通常都需完成多個不同的檢測項目。因而檢測速度再次成為一個重要的系統(tǒng)性能指標。
組裝完成后，連接器的外形尺寸在數(shù)量級上遠大于單個插針所允許的尺寸公差。這點也對視覺檢測系統(tǒng)帶來了另一個問題。例如：某些連接器盒座的尺寸超過一英尺而擁有幾百個插針，每個插針位置的檢測精度都必須在幾千分之一英寸的尺寸范圍內(nèi)。顯然，在一幅圖像上無法完成一個一英尺長連接器的檢測，視覺檢測系統(tǒng)只能每次在一較小視野內(nèi)檢測有限數(shù)目的插針質(zhì)量。為完成整個連接器的檢測有兩種方式：使用多個攝像頭（使系統(tǒng)耗費增加）；或當連接器在一個鏡頭前通過時連續(xù)觸發(fā)相機，視覺系統(tǒng)將連續(xù)攝取的單禎圖像"縫合" 起來，以判斷整個連接器質(zhì)量是否合格。 后一種方式是PPT視覺檢測系統(tǒng)在連接器組裝完成后通常所采用的檢測方法。
"實際位置"（True Position）的檢測是連接器組裝對檢測系統(tǒng)的另一要求。這個"實際位置"是指每個插針頂端到一條規(guī)定的設(shè)計基準線之間的距離。視覺檢測系統(tǒng)必須在檢測圖像上作出這條假想的基準線以測量每個插針頂點的"實際位置"并判斷其是否達到質(zhì)量標準。然而用以劃定此基準線的基準點在實際的連接器上經(jīng)常是不可見的，或者有時出現(xiàn)在另外一個平面上而無法在同一鏡頭的同一時刻內(nèi)看到。甚至在某些情況下不得不磨去連接器盒體上的塑料以確定這條基準線的位置。這里的確出現(xiàn)了一個與之相關(guān)的論題 - 可檢測性設(shè)計。
可檢測性設(shè)計（Inspectablity）
由于制造廠商對提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量并減少生產(chǎn)成本的不斷要求，新的機器視覺系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。當各種視覺系統(tǒng)日益普遍時，人們越來越熟悉這類檢測系統(tǒng)的特性，并學(xué)會了在設(shè)計新產(chǎn)品時考慮產(chǎn)品質(zhì)量的可檢測性。例如，如果希望有一條基準線用以檢測"實際位置"，則應(yīng)在連接器設(shè)計上考慮到這條基準線的可見性。
如前所述，電子連接器插針的沖壓生產(chǎn)速度通常以每分鐘上千件來計算。直到最近，檢測速度一直都是自動質(zhì)量檢測系統(tǒng)難以克服的障礙。早期的機器視覺檢測系統(tǒng)無法提供如此之高的100%的質(zhì)量檢測速度.
3.1 沖壓件質(zhì)量視覺檢測的典型應(yīng)用實例
本文以下將詳細闡述一個PPT視覺系統(tǒng)在沖壓件質(zhì)量檢測上典型的應(yīng)用實例。盡管相近的各個應(yīng)用實例由于各自檢測對象插針的變化而有所不同，但多數(shù)沖壓質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)遵循基本一致的總體構(gòu)造。如前所述，插針由薄金屬帶沖壓而成?；诓煌臎_壓工藝，某些插針由單臺沖壓機一次沖壓成形，而另一些插針由多臺沖壓機分幾次沖壓成形。當金屬帶通過沖壓機時，一些插針在沖壓過程中的阻滯和定位誤差會導(dǎo)致產(chǎn)生扭曲或碎裂變形的沖壓缺陷。
因為沖壓生產(chǎn)的速度極快，為避免整卷金屬帶報廢及時地檢測出沖壓質(zhì)量缺陷變得十分重要。隨機的質(zhì)量缺陷，如金屬碎屑（在沖壓過程中產(chǎn)生并粘附于金屬帶上），也必須被檢測出來。如果被一直帶到組裝線上，這些金屬碎屑將有可能導(dǎo)致設(shè)備卡塞或不合格的組裝成品，甚至有更為糟糕的 - 被顧客投訴！為盡可能早地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，沖壓工序完成的瞬間就應(yīng)該立刻進行質(zhì)量檢測。
PPT視覺系統(tǒng)能夠以各種方式集成安裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上。如果生產(chǎn)線上有現(xiàn)成的PLC （可編程邏輯控制器），它能象控制其它傳感器或機械裝置一樣控制PPT視覺系統(tǒng)的運行。這些外部的PLC也并非必需的 - PPT視覺系統(tǒng)自身就完全有與各種外部設(shè)備（觸發(fā)傳感器、廢品剔除機械等）交流的能力。某些PPT的客戶使得他們的視覺系統(tǒng)能夠在一旦檢測出問題時停止沖壓機運行，以便操作人員排除故障。類似的其它方案，如控制噴涂槍給檢測出缺陷的產(chǎn)品打上記號等，也能夠通過PPT視覺系統(tǒng)輕易實現(xiàn)。
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