——保證沖壓件無(wú)缺陷
在電子連接器（Electronic Connector）制造工業(yè)中，連接器
插針的沖壓速度極高。直到不久以前，機(jī)器視覺(jué)（Machine Vision) 技術(shù)都還很難匹敵沖壓質(zhì)量檢測(cè)的高速要求，實(shí)現(xiàn)連接器（插針）沖壓質(zhì)量的100% 在線(xiàn)檢測(cè)一直是制造商們夢(mèng)寐以求而難以解決的問(wèn)題。
機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)難以掌握運(yùn)用是制約機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在電子工業(yè)中應(yīng)用的第二個(gè)原因。幸運(yùn)的是：得益于攝像和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，今天的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)已能夠以每分鐘10000件的速度攝取圖像；同時(shí)，創(chuàng)新性的人機(jī)交互技術(shù)也使得機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)越來(lái)越容易掌握和使用。所有這些都極大地促成了機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)在電子連接器制造工業(yè)中成功的應(yīng)用。本文詳細(xì)闡述了使用PPT視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)電子連接器插針沖壓質(zhì)量進(jìn)行100% 在線(xiàn)檢測(cè)的全過(guò)程，介紹了用以探測(cè)典型質(zhì)量缺陷的視覺(jué)檢測(cè)工具和檢測(cè)方法，以及系統(tǒng)構(gòu)建所采用的圖形化編程語(yǔ)言。
1． 簡(jiǎn)介
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在工業(yè)實(shí)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(kāi)始能夠滿(mǎn)足
電子連接器制造業(yè)對(duì)質(zhì)量檢測(cè)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(guò)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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)難以匹敵的。而新的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不斷采用了近年來(lái)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(hào)處理器）- 特別為各種數(shù)字信號(hào)的高速分析和計(jì)算而設(shè)計(jì)的芯片。這些硬軟件技術(shù)的應(yīng)用使得今天的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)能夠達(dá)到并超過(guò)10,000件/分鐘的圖像檢測(cè)速率。
2． 電子連接器的制造過(guò)程
電子連接器種類(lèi)繁多，但制造過(guò)程是基本一致的，一般可分為下面四個(gè)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(guò)程一般從沖壓插針開(kāi)始。通過(guò)大型高速?zèng)_壓機(jī)，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(jī)前端，另一端穿過(guò)沖壓機(jī)液壓工作臺(tái)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(lèi)問(wèn)題，如插針的扭曲、碎裂或變形，也同樣會(huì)在沖壓好的插針?biāo)腿腚婂冊(cè)O(shè)備的過(guò)程中出現(xiàn)。通過(guò)本文所闡述的技術(shù)，這類(lèi)質(zhì)量缺陷是很容易被檢測(cè)出來(lái)的。
然而對(duì)于多數(shù)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)供應(yīng)商而言，電鍍過(guò)程中所出現(xiàn)的許多質(zhì)量缺陷還屬于檢測(cè)系統(tǒng)的"禁區(qū)"。電子連接器制造商希望檢測(cè)系統(tǒng)能夠檢測(cè)到連接器插針電鍍表面上各種不一致的缺陷如細(xì)小劃痕和針孔。盡管這些缺陷對(duì)于其它產(chǎn)品（如鋁制罐頭底蓋或其它相對(duì)平坦的表面）是很容易被識(shí)別出來(lái)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(jì)，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)很難得到足以識(shí)別出這些細(xì)微缺陷所需的圖像。
由于某些類(lèi)型的插針需鍍上多層金屬，制造商們還希望檢測(cè)系統(tǒng)能夠分辨各種金屬涂層以便檢驗(yàn)其是否到位和比例正確。這對(duì)于使用黑白攝像頭的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常困難的任務(wù)，因?yàn)椴煌饘偻繉拥膱D像灰度級(jí)實(shí)際上相差無(wú)幾。雖然彩色視覺(jué)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(wèn)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(dāng)熔化塑料未能完全注滿(mǎn)胎膜時(shí)出現(xiàn)所謂 "漏?quot; (Short Shots), 這是注塑階段需要檢測(cè)的一種典型缺陷。 另一些缺陷包括接插孔的填滿(mǎn)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(shí)與插針正確接插）。由于使用背光能很方便地識(shí)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(cè)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)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：?jiǎn)为?dú)對(duì)插或組合對(duì)插。單獨(dú)對(duì)插是指每次接插一個(gè)插針；組合對(duì)插則一次將多個(gè)插針同時(shí)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(cè)所有的插針是否有缺漏和定位正確；另外一類(lèi)常規(guī)性的檢測(cè)任務(wù)則與連接器配合面上間距的測(cè)量有關(guān)。
和沖壓階段一樣，連接器的組裝也對(duì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)提出了在檢測(cè)速度上的挑戰(zhàn)。盡管大多數(shù)組裝線(xiàn)節(jié)拍為每秒一到兩件，但對(duì)于每個(gè)通過(guò)攝像頭的連接器，視覺(jué)系統(tǒng)通常都需完成多個(gè)不同的檢測(cè)項(xiàng)目。因而檢測(cè)速度再次成為一個(gè)重要的系統(tǒng)性能指標(biāo)。
組裝完成后，連接器的外形尺寸在數(shù)量級(jí)上遠(yuǎn)大于單個(gè)插針?biāo)试S的尺寸公差。這點(diǎn)也對(duì)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題。例如：某些連接器盒座的尺寸超過(guò)一英尺而擁有幾百個(gè)插針，每個(gè)插針位置的檢測(cè)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(wú)法完成一個(gè)一英尺長(zhǎng)連接器的檢測(cè)，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)只能每次在一較小視野內(nèi)檢測(cè)有限數(shù)目的插針質(zhì)量。為完成整個(gè)連接器的檢測(cè)有兩種方式：使用多個(gè)攝像頭（使系統(tǒng)耗費(fèi)增加）；或當(dāng)連接器在一個(gè)鏡頭前通過(guò)時(shí)連續(xù)觸發(fā)相機(jī)，視覺(jué)系統(tǒng)將連續(xù)攝取的單禎圖像"縫合" 起來(lái)，以判斷整個(gè)連接器質(zhì)量是否合格。 后一種方式是PPT視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在連接器組裝完成后通常所采用的檢測(cè)方法。
"實(shí)際位置"（True Position）的檢測(cè)是連接器組裝對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的另一要求。這個(gè)"實(shí)際位置"是指每個(gè)插針頂端到一條規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線(xiàn)之間的距離。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)必須在檢測(cè)圖像上作出這條假想的基準(zhǔn)線(xiàn)以測(cè)量每個(gè)插針頂點(diǎn)的"實(shí)際位置"并判斷其是否達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。然而用以劃定此基準(zhǔn)線(xiàn)的基準(zhǔn)點(diǎn)在實(shí)際的連接器上經(jīng)常是不可見(jiàn)的，或者有時(shí)出現(xiàn)在另外一個(gè)平面上而無(wú)法在同一鏡頭的同一時(shí)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(zhǔn)線(xiàn)的位置。這里的確出現(xiàn)了一個(gè)與之相關(guān)的論題 - 可檢測(cè)性設(shè)計(jì)。
可檢測(cè)性設(shè)計(jì)（Inspectablity）
由于制造廠(chǎng)商對(duì)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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。當(dāng)各種視覺(jué)系統(tǒng)日益普遍時(shí)，人們?cè)絹?lái)越熟悉這類(lèi)檢測(cè)系統(tǒng)的特性，并學(xué)會(huì)了在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)考慮產(chǎn)品質(zhì)量的可檢測(cè)性。例如，如果希望有一條基準(zhǔn)線(xiàn)用以檢測(cè)"實(shí)際位置"，則應(yīng)在連接器設(shè)計(jì)上考慮到這條基準(zhǔn)線(xiàn)的可見(jiàn)性。
某位制造商希望對(duì)一種盒式插座內(nèi)金屬觸點(diǎn)進(jìn)行缺漏和定位是否正確的檢測(cè)。這種盒式插座與大多數(shù)辦公室或新居內(nèi)的電話(huà)接線(xiàn)盒相似，有一個(gè)黑
塑料殼體，金屬觸點(diǎn)就粘 貼在殼體當(dāng)中。插座的原始設(shè)計(jì)給視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的照明帶來(lái)了相當(dāng)?shù)睦щy：前照光是唯一可行的照明方案，而這樣的照明條件無(wú)法讓檢測(cè)系統(tǒng)攝取到足夠清晰的圖像。這位制造商因此重新設(shè)計(jì)了插座，為使背光通過(guò)而在插座的塑料殼底面上加上了一個(gè)小開(kāi)口。對(duì)于視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)而言，僅是這一細(xì)微的修改便使得一個(gè)原本復(fù)雜的問(wèn)題能夠獲得既簡(jiǎn)單又更具可靠性的解決。對(duì)于插座產(chǎn)品而言，這一修改只是增強(qiáng)了產(chǎn)品的可檢測(cè)性而絲毫無(wú)損于產(chǎn)品的工作性能。
3. 深入了解視覺(jué)技術(shù) - 沖壓件質(zhì)量檢測(cè)
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(lái)計(jì)算。直到最近，檢測(cè)速度一直都是自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)難以克服的障礙。早期的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法提供如此之高的100%的質(zhì)量檢測(cè)速度.
3.1 沖壓件質(zhì)量視覺(jué)檢測(cè)的典型應(yīng)用實(shí)例
本文以下將詳細(xì)闡述一個(gè)PPT視覺(jué)系統(tǒng)在沖壓件質(zhì)量檢測(cè)上典型的應(yīng)用實(shí)例。盡管相近的各個(gè)應(yīng)用實(shí)例由于各自檢測(cè)對(duì)象插針的變化而有所不同，但多數(shù)沖壓質(zhì)量視覺(jué)檢測(cè)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。基于不同的沖壓工藝，某些插針由單臺(tái)沖壓機(jī)一次沖壓成形，而另一些插針由多臺(tái)沖壓機(jī)分幾次沖壓成形。當(dāng)金屬帶通過(guò)沖壓機(jī)時(shí)，一些插針在沖壓過(guò)程中的阻滯和定位誤差會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生扭曲或碎裂變形的沖壓缺陷。
因?yàn)闆_壓生產(chǎn)的速度極快，為避免整卷金屬帶報(bào)廢及時(shí)地檢測(cè)出沖壓質(zhì)量缺陷變得十分重要。隨機(jī)的質(zhì)量缺陷，如金屬碎屑（在沖壓過(guò)程中產(chǎn)生并粘附于金屬帶上），也必須被檢測(cè)出來(lái)。如果被一直帶到組裝線(xiàn)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(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。
PPT視覺(jué)系統(tǒng)能夠以各種方式集成安裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)線(xiàn)上。如果生產(chǎn)線(xiàn)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(jī)械裝置一樣控制PPT視覺(jué)系統(tǒng)的運(yùn)行。這些外部的PLC也并非必需的 - PPT視覺(jué)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(jī)械等）交流的能力。某些PPT的客戶(hù)使得他們的視覺(jué)系統(tǒng)能夠在一旦檢測(cè)出問(wèn)題時(shí)停止沖壓機(jī)運(yùn)行，以便操作人員排除故障。類(lèi)似的其它方案，如控制噴涂槍給檢測(cè)出缺陷的產(chǎn)品打上記號(hào)等，也能夠通過(guò)PPT視覺(jué)系統(tǒng)輕易實(shí)現(xiàn)。
背光（Backlight）是一種針對(duì)檢測(cè)沖壓過(guò)程中典型質(zhì)量缺陷的極其有效的照明手段。背光可通過(guò)在待檢目標(biāo)的后方布置一束散射光源來(lái)實(shí)現(xiàn) - 它能使待檢目標(biāo)與其明亮背景之間產(chǎn)生強(qiáng)烈對(duì)比而獲得清晰的具有剪影效果的檢測(cè)圖像。這樣的理想圖像通常用來(lái)測(cè)量目標(biāo)物的尺寸特征，如長(zhǎng)或?qū)挘灿脕?lái)檢測(cè)目標(biāo)物輪廓（形狀檢測(cè)）。
圖1：插針在金屬輸送帶上的典型圖像
3.2 沖壓件視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的物料輸送和部件構(gòu)成
這套附加的視覺(jué)檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)可以十分方便地安裝到?jīng)_壓機(jī)物料卷帶輪系統(tǒng)上。沖壓成形的插針?biāo)统鰶_壓機(jī)后就能夠立即被檢測(cè)，再隨金屬帶卷到卷帶輪上。整套系統(tǒng)包括：
一副可調(diào)的開(kāi)口滑槽機(jī)構(gòu)，用以引導(dǎo)載有插針的金屬帶通過(guò)攝像頭下方，一臺(tái)PPT-DS2攝像機(jī)，安裝在該金屬帶上方；
一盞頻閃燈和一塊漫反射樹(shù)脂玻璃，安裝在該金屬帶下方；
一套光敏探測(cè)器，用以向視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)提供待測(cè)工件到位的觸發(fā)信號(hào)。
一臺(tái)PPT Passport視覺(jué)處理系統(tǒng)
圖2：典型的沖壓件質(zhì)量視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備布局
（Take-up reel - 卷帶輪，Camera - 攝像機(jī)，sensor - 傳感器，Carrier strip with contacts - 沖壓插針金屬帶，Stamping press - 沖壓機(jī)，Guide block and strobe light - 導(dǎo)引塊和頻閃燈）
當(dāng)沖壓成形的插針隨金屬帶送出沖壓機(jī)后，它們經(jīng)由導(dǎo)引塊穿過(guò)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)并通過(guò)漫反射樹(shù)脂玻璃前方。對(duì)于每個(gè)插針的到來(lái)，光敏探測(cè)器都會(huì)向檢測(cè)系統(tǒng)提供一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，接通頻閃燈，拍攝圖像，開(kāi)始執(zhí)行檢測(cè)。采用頻閃燈的目的是避免金屬帶每次都要在攝像頭前停下來(lái)。在現(xiàn)有沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的集成上述視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)只需對(duì)沖壓工段做少許改動(dòng)。
3.2.1 局部掃描（Partial Scanning）
為了達(dá)到最大的圖像分辨率和簡(jiǎn)化觸發(fā)執(zhí)行方案，每個(gè)插針的圖像通常都要單獨(dú)拍攝并檢測(cè)，即視覺(jué)系統(tǒng)每次只檢測(cè)一個(gè)插針而非多個(gè)。當(dāng)系統(tǒng)以每分鐘數(shù)千個(gè)插針的檢測(cè)速度運(yùn)行時(shí)，使用局部掃描技術(shù)和可重置攝像機(jī)就變得十分重要。PPT視覺(jué)系統(tǒng)使用的PPT-DS2攝像機(jī)具有"雙速掃描（Double-scan）"模式，該模式下攝像機(jī)能夠在16.7毫秒時(shí)間內(nèi)獲取一整幅全解析度（640x480）逐行掃描的圖像 - 比標(biāo)準(zhǔn)的RS-170攝像機(jī)速度高兩倍。
然而在許多沖壓件質(zhì)量檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例中，這樣的速度仍舊太慢，因此PPT視覺(jué)系統(tǒng)使用了稱(chēng)?quot;局部掃描"的技術(shù)來(lái)進(jìn)一步減少圖像獲取總的時(shí)間。使用局部掃描技術(shù)的攝像機(jī)只對(duì)有限數(shù)目的掃描行進(jìn)行圖像掃描--掃描行越少，圖像獲取的速度越快。掃描行數(shù)目不是固定的，可隨使用者的意圖改變。例如，掃描480行圖像需耗時(shí)16.7毫秒，若設(shè)置攝像機(jī)使其僅僅掃描前120行則只需掃描時(shí)間4.18毫秒。因?yàn)槿匀皇褂昧怂椒较蛏系娜糠直媛剩植繏呙璺浅＿m合于那些外形尺寸在一個(gè)方向上遠(yuǎn)大于另一個(gè)方向的目標(biāo)物，如插針等。
下面的圖3給出了局部掃描技術(shù)的原理。
圖3：PPT-DS2攝像機(jī)掃描模式：整幅雙速掃描和局部掃描。 單位：Pixels - 像素
（左圖 - 全解析度雙速掃描模式：在16.7毫秒內(nèi)獲取整幅（640x480）圖像）；
（右圖 - 局部掃描模式的例子：在4.8毫秒內(nèi)獲取部分（640x120）圖像，未經(jīng)掃描的圖像區(qū)域保持為空白）
一般情況下，沖壓件質(zhì)量缺陷包括插針的變形或扭曲、多余的金屬粘附（金屬碎屑）和外形尺寸的誤差等。視覺(jué)系統(tǒng)可識(shí)別的一些沖壓插針的典型質(zhì)量缺陷如圖4所示。
圖4：沖壓件典型質(zhì)量缺陷的示例
（Twisted contact- 插針扭曲，Metal flash - 屬粘附碎屑，Crushed contact - 觸點(diǎn)擠壓變形，Thin contact - 插針過(guò)細(xì)）
3.2.2 視覺(jué)檢測(cè)工具（Vision tools）
由于受到各種機(jī)械和電子干擾或遲滯的影響，每次在被視覺(jué)系統(tǒng)捕獲到的圖像上，待測(cè)零件（插針）的位置都會(huì)有變化。因此在進(jìn)行零件檢測(cè)之前，系統(tǒng)首先必須在視野范圍內(nèi)尋獲目標(biāo)零件的位置。PPT視覺(jué)系統(tǒng)采用名為"原點(diǎn)"（Origin Tool）的視覺(jué)檢測(cè)工具來(lái)獲得屏幕上目標(biāo)零件的位置和角度。這個(gè)工具由圖像上的三個(gè)相互垂直交叉的ROI (Region of Interest)"感興趣的區(qū)域" 坐標(biāo)組成。這些ROI將告訴視覺(jué)系統(tǒng)在哪里尋獲目標(biāo)和尋獲的信息。第一和第二個(gè)ROI采用對(duì)比檢測(cè)方法 (Contrast Sensing) 以獲得目標(biāo)零件的邊的信息，并計(jì)算出起始角度；再加上第三個(gè)ROI（垂直方向）所獲得的邊的信息, 來(lái)共同確定目標(biāo)零件在圖像平面上的位置和角度。
圖5：三個(gè)ROI坐標(biāo) - 檢測(cè)插針在其背光圖像中的位置
（Primary ROI - 第一個(gè)ROI，Secondary ROI - 第二個(gè)ROI，Perpendicular ROI - 垂直ROI）
插針的這幾個(gè)位置邊緣坐標(biāo)和起始角度將傳送給后續(xù)的一些視覺(jué)檢測(cè)工具并用以校準(zhǔn)它們的ROI相對(duì)于插針頂端的位置。
"模板"（Template）工具提供一種簡(jiǎn)單的手段以檢測(cè)插針是否變形或扭曲以及插針外形之間的一致性。該工具非常適合于檢測(cè)零件的基本外形。由于視覺(jué)系統(tǒng)主要采用"金規(guī)"（標(biāo)準(zhǔn)零件）圖像作為自教的初始化方式，模板工具也因此極易建立。用戶(hù)只需簡(jiǎn)單地劃定一個(gè)覆蓋整個(gè)插針圖像的特征區(qū)，并通知系統(tǒng)忽略所有在給定灰度級(jí)范圍之外的像素，系統(tǒng)就能據(jù)此"學(xué)習(xí)"而產(chǎn)生一個(gè)點(diǎn)陣圖像模板。此后，只有那些在此特征區(qū)內(nèi)并為模板所"激活"的像素才被檢測(cè)。若所有?quot;激活"的像素都在用戶(hù)定義的灰度范圍之內(nèi)，則模板工具檢測(cè)通過(guò)。示例如圖6，所有覆蓋在模板之下的像素（圖中以單灰色顯示）都應(yīng)是黑色的；若存在插針變形或扭曲，那么這些像素中就會(huì)有一部分因此變亮而無(wú)法通過(guò)模板檢測(cè)。
圖6：模板工具--檢測(cè)插針變形缺陷以及形狀校驗(yàn)
（Template of "turned ON" pixels - 像素"激活"的模板，Gird of ROIs - ROI網(wǎng)格：視覺(jué)系統(tǒng)僅僅檢測(cè)那些限在特征區(qū)內(nèi)并被模板所"激活"的像素）
"輔助模板"（Complementary Template）此工具可用于檢測(cè)目標(biāo)物（插針）的周?chē)鷧^(qū)域。示例如圖7。
圖7：輔助模板 - 檢測(cè)插針周?chē)鷧^(qū)域以及是否有粘附碎屑
若插針上有冗余金屬或金屬碎屑，其圖像上就會(huì)有黑色像素出現(xiàn)而通不過(guò)輔助模板工具檢測(cè)。
外形尺寸及誤差是由"量規(guī)"（Gauges）等工具檢測(cè)。量規(guī)工具有像素精度和亞像素精度兩種。對(duì)于常見(jiàn)的典型沖壓件缺陷，像素精度級(jí)量規(guī)就能達(dá)到較令人滿(mǎn)意的檢測(cè)效果。例如，視野范圍為13mm x 10mm的圖像能使系統(tǒng)達(dá)到 +/- 0.0203mm的檢測(cè)分辨率（13mm/640像素?cái)?shù) = 0.0203 mm/像素）。顯然，圖像視野越小，系統(tǒng)分辨率越高。
Sub-pixel Line Gauge Tool (亞像素量規(guī)) 檢測(cè)精度能達(dá)到1/4像素（標(biāo)準(zhǔn)差）。它可以完成同一目標(biāo)物的多個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目，也可多次執(zhí)行同一檢測(cè)項(xiàng)目。即定義一種檢測(cè)項(xiàng)目并使其在某個(gè)選定圖像區(qū)域內(nèi)重復(fù)執(zhí)行。特別是對(duì)于沿一個(gè)系列中心檢測(cè)多個(gè)目標(biāo)的任務(wù)，該功能非常有效。 Sub-pixel Line Gauge Tool采用連通性分析算法來(lái)檢測(cè)圖像邊緣，可達(dá)到亞像素級(jí)的檢測(cè)精度。系統(tǒng)做初始化時(shí)，用戶(hù)即可在 "金規(guī)"（即標(biāo)準(zhǔn)零件）圖像上指定兩條邊緣并告訴系統(tǒng)測(cè)量這兩條邊緣線(xiàn)之間的距離。之后的實(shí)際生產(chǎn)檢測(cè)中，系統(tǒng)將測(cè)量每個(gè)零件相應(yīng)的邊緣線(xiàn)之的距離，如果這個(gè)距離在給定范圍內(nèi)，檢測(cè)通過(guò)；否則不予通過(guò)。那么視覺(jué)系視覺(jué)能檢測(cè)哪些尺寸誤差呢？這個(gè)問(wèn)題將完全取決于所檢測(cè)圖像的實(shí)際狀況。圖8標(biāo)出了一組Sub-pixel Line Gauge Tool的ROI的位置，以及制造商希望能被檢測(cè)的幾種典型尺寸。
圖8：Sub-pixel Line Gauge Tool- 檢測(cè)外形尺寸的誤差
（一組Sub-pixel Line Gauge Tool 的ROI 的位置，用以測(cè)量插針多個(gè)截面的寬度和縱向總長(zhǎng)）
"反差工具"（Contrast Tool）可以用來(lái)檢測(cè)多種前面已討論過(guò)的質(zhì)量缺陷。該工具利用ROI來(lái)判斷區(qū)域內(nèi)的灰度級(jí)是否存在反差 - 有反差則可證實(shí)目標(biāo)特征存在，無(wú)反差則表明目標(biāo)特征（如金屬碎屑）不存在。
上述各種視覺(jué)檢測(cè)工具一旦開(kāi)始運(yùn)行，系統(tǒng)將通過(guò)內(nèi)置的Opto22輸出模塊把檢測(cè)結(jié)果（成功/失敗的信號(hào)）送到生產(chǎn)線(xiàn)上其它設(shè)備。例如在一個(gè)典型的沖壓件質(zhì)量檢測(cè)實(shí)例中，若視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)到一個(gè)有缺陷的零件，則檢測(cè)失敗信號(hào)會(huì)立刻送到?jīng)_壓機(jī)控制器以停止沖壓機(jī)運(yùn)行。同時(shí)，操作人員會(huì)收到一個(gè)示警信號(hào)。只有在造成質(zhì)量缺陷的原因查明并解決之后，操作人員才能開(kāi)動(dòng)沖壓機(jī)重新生產(chǎn)。
上述各種視覺(jué)檢測(cè)工具的檢測(cè)結(jié)果還將被收集并顯示在操作屏幕上；或者為了進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)分析而輸出到運(yùn)行于主機(jī)上的其它軟件，如電子數(shù)據(jù)表格或統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）程序。
3.2.3 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)編程
PPT所有型號(hào)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)都裝有PPT的視覺(jué)程序管理軟件 - VPM (Vision Program Manager)。VPM采用圖形化的編程語(yǔ)言，使用戶(hù)不必掌握計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言就能極為自由地創(chuàng)建各種視覺(jué)檢測(cè)程序。VPM有兩種截然不同的運(yùn)行模式：編輯模式（Edit Mode）和 執(zhí)行模式（Run Mode）。
編輯模式下，用戶(hù)首先編輯檢測(cè)程序以指示視覺(jué)系統(tǒng)該做些什么。在此過(guò)程中，用戶(hù)不必敲入一行行的指令代碼，只需抓取各種圖標(biāo)并將它們拖放組合到一起成為可視化的流程圖。這里的每個(gè)圖標(biāo)都代表了一種基本的機(jī)器功能。用戶(hù)還可以用各種顏色的線(xiàn)條連接這些圖標(biāo)，以此指明整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中的執(zhí)行順序和數(shù)據(jù)流動(dòng)路線(xiàn)。最后，設(shè)置每個(gè)圖標(biāo)特定的功能參數(shù)。
編輯完檢測(cè)程序后，用戶(hù)可創(chuàng)建自己個(gè)性化的 "控制面板"（Control Panels）。這些面板是供車(chē)間操作人員在生產(chǎn)線(xiàn)上使用的。利用前述創(chuàng)建檢測(cè)程序時(shí)所用的點(diǎn)擊組合方式，用戶(hù)在很短時(shí)間之內(nèi)就能創(chuàng)建這些面板。一個(gè)面板中所有組件的形狀、位置、標(biāo)識(shí)和顏色都可按照用戶(hù)喜好進(jìn)行修改；多個(gè)面板也可同時(shí)創(chuàng)建并鏈接在一起。用戶(hù)可以完全自主地設(shè)計(jì)操作面板，并加密碼保護(hù)，以限制車(chē)間操作人員對(duì)檢測(cè)程序干與能力。
VPM通常都在執(zhí)行模式下運(yùn)行。上述控制面板此時(shí)將被顯示并激活，車(chē)間操作人員通過(guò)集成安裝的
觸摸屏使用該控制面板。通過(guò)觸摸屏上的各種按鈕，操作人員能夠啟動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)、使系統(tǒng)離線(xiàn)運(yùn)行、加載各種檢測(cè)文件以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)者所設(shè)置的所有其它功能。
前文所述的沖壓件質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的流程可以用VPM的圖形化編程語(yǔ)言給出，如圖9所示。
Camera Tool - 整個(gè)檢測(cè)流程由攝像機(jī)工具開(kāi)始，
Origin Tool - 原點(diǎn)工具確定零件在視野中的位置，
Template tools - 模板工具，
Sub-pixel Line Gauge Tool
Parallel Output Tool - 若任何檢測(cè)工具檢測(cè)失敗，并行輸出工具向沖壓機(jī)發(fā)送"停機(jī)"信號(hào)。
攝像機(jī)工具（Camera Tool）指定整個(gè)檢測(cè)流程由攝像機(jī)開(kāi)始。原點(diǎn)工具（Origin Tool）確定每個(gè)插針在攝像機(jī)視野中的位置和角度，并將此信息提供給后續(xù)各個(gè)檢測(cè)工具。兩組模板工具（Template Tool）分別檢測(cè)插針是否存在變形、扭曲或金屬碎屑和觸點(diǎn)形狀的一致性。亞像素量規(guī)（Sub-pixel Line Gauge）檢測(cè)插針有關(guān)的形狀尺寸誤差是否合格。一個(gè)量規(guī)工具就可以度量出幾個(gè)尺寸數(shù)據(jù)。
圖中的流程線(xiàn)規(guī)定了所有檢測(cè)工具的執(zhí)行順序，即只有當(dāng)前一個(gè)工具檢測(cè)通過(guò)后，后一個(gè)工具才可以執(zhí)行。如果任何一個(gè)工具檢測(cè)不能通過(guò)，那么并行輸出工具（Parallel Output）將按照流程線(xiàn)規(guī)定向沖壓機(jī)控制器送出失敗信號(hào)，沖壓機(jī)立即停止運(yùn)行。盡管所有的檢測(cè)工具都有各自的檢測(cè)失敗/成功/執(zhí)行的計(jì)數(shù)器，但每個(gè)零件的檢測(cè)都會(huì)首先觸發(fā)原點(diǎn)工具，所以總的檢測(cè)零件數(shù)將由原點(diǎn)工具(Origin Tool) 的執(zhí)行計(jì)數(shù)器給出。
3.2.4 安裝視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可能遇到的問(wèn)題
安裝一套視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)大多會(huì)遇到一些問(wèn)題。以前，PPT在安裝沖壓件質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)就多次遇到過(guò)同一個(gè)障礙：當(dāng)物料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)清理干凈后，攝像機(jī)和頻閃燈就能馬上安裝在卷帶輪前方，然而在試運(yùn)行時(shí)竟出現(xiàn)系統(tǒng)的檢測(cè)速度明顯跟不上生產(chǎn)節(jié)拍 - 盡管此時(shí)沖壓連續(xù)生產(chǎn)的速度并沒(méi)有超出系統(tǒng)檢測(cè)速度的極限。經(jīng)過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，這種 "超速"（Overrun）問(wèn)題是由于卷帶輪不規(guī)則的轉(zhuǎn)速所引起。當(dāng)運(yùn)輸金屬帶出現(xiàn)松弛時(shí)，卷帶輪加速運(yùn)轉(zhuǎn)以張緊運(yùn)輸帶；松弛一旦消除，卷帶輪的轉(zhuǎn)速又放慢下來(lái)。由于卷帶輪設(shè)計(jì)上的轉(zhuǎn)速總是落后于運(yùn)輸帶，因此每次卷帶輪張緊運(yùn)輸帶后減速都重新造成運(yùn)輸帶的大段松弛。其結(jié)果導(dǎo)致了運(yùn)輸帶通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)導(dǎo)引塊時(shí)不規(guī)則、突然地加速運(yùn)動(dòng)，有時(shí)甚至超出了視覺(jué)系統(tǒng)的檢測(cè)速度極限。"超速"問(wèn)題的解決方法是仔細(xì)地調(diào)整卷帶輪的轉(zhuǎn)速。只要能消除運(yùn)輸金屬帶運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不規(guī)則突變，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)就能夠保持與沖壓生產(chǎn)速度的同步。
殘留在插針上的潤(rùn)滑油給視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題。金屬帶在通過(guò)沖壓過(guò)程中需要足夠的潤(rùn)滑，可是這些潤(rùn)滑油滴也會(huì)經(jīng)常粘附在沖壓后的插針上。若它們被視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)誤認(rèn)為是金屬粘附碎屑，則將導(dǎo)致檢測(cè)誤判。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以在插針觸點(diǎn)未到達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)之前安裝一副氣流噴掃裝置以清除零件上殘留的潤(rùn)滑油。
4. 總結(jié)
當(dāng)前，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)為電子連接器制造工業(yè)中四個(gè)階段（沖壓、電鍍、注塑和組裝）的質(zhì)量檢測(cè)提供了非常出色的解決方案。以沖壓工藝為代表的高速制造過(guò)程要求檢測(cè)系統(tǒng)有極高的檢測(cè)速度，這一直是制約電子連接器制造工業(yè)實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化質(zhì)量檢測(cè)的主要障礙。可喜的是，得益于攝像和圖像處理技術(shù)的進(jìn)步，視覺(jué)系統(tǒng)今天終于有足夠的能力達(dá)到10,000件/分鐘的在線(xiàn)檢測(cè)速度。
與此同時(shí)，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步使得其使用已極為方便。值得注意的是，當(dāng)評(píng)估在生產(chǎn)線(xiàn)上安裝機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的可行性時(shí)，電子連接器的主要制造商們?cè)絹?lái)越多地把機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)易于安裝維護(hù)作為了一個(gè)主要的因素來(lái)考慮。
過(guò)去的五年中，許多成功安裝的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)品已開(kāi)始在市場(chǎng)上出現(xiàn)。這些已在電子連接器制造業(yè)中安裝使用的視覺(jué)系統(tǒng)極大地減少了廢品率，防止了質(zhì)量不合格產(chǎn)品到達(dá)客戶(hù)手里，為制造商帶來(lái)了豐厚的投資回報(bào)。多數(shù)情況下，用于安裝視覺(jué)系統(tǒng)的投資在幾個(gè)月里就能夠收回。
