一种高速连续模冲裁条带的检测方法设计

引言

连续模由多个工位组成 ， 各工位按顺序关联完成不同 的加工 ，在冲床的一次行程中完成一系列不同的冲压加 工。一次行程完成以后，由冲床送料机按照一个固定的步 距将材料向前移动， 在一副模具上就可以完成多个诸如冲 孔、落料、折弯、 切边、 拉伸等工序。

连续模加工具有如下特点 ：①连续模是多任务序冲 模 ， 在一副模具内， 可以包括冲裁、 弯曲成型和拉伸等多种 多道工序， 具有很高的生产率； ②进模操作安全 ； ③可以采 用高速冲床 ， 生产易于自动化。由于连续模具有这些特点，所以在金属mT尤其是片状零件加工中应用很广。
CCD中文名叫电荷耦合单元， 也称 CCD图像传感器，它是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD植入的微小光敏物质称作像素。一块 CCD上包含的 像素数越多， 其提供的图面分辨率也越高。CCD上有许多 排列整齐的光电二极管， 能感应光线 ， 并将光信号转变成 电信号， 经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像 信号。CCD装置由于体积小，重量轻、分辨率高、灵敏度 高、 工作电压低、功耗小、寿命长、 抗冲击和抗震性好、不受 电磁场干扰等一系列优点， 被广泛应用到工业非接触测量 领域中。被广泛应用到在线检测尺寸、 位移、 速度和 自动调 焦等方面。

如图 1所示条带的生产是通过高速级进模完成， 冲裁 效率为 20～30条／ 分钟。该条带主要特点为材料价格昂贵、 检测尺寸特征多、细小特征比较多， 尺寸精度不高、表面质 量要求高、零件的厚度较薄、 加工的数量大。
目前生产过程中的检测方法有两种：①检测人员依靠传统的检测仪器和设备按照检测规范进行检测 ；②检 测人员采用专用的 CCD(电荷耦合器件 ) 检测仪器进行检 测。所有的检测都在线下进行， 劳动强度大 ， 人为影响检 测数据的概率大大增加。由于不能进行在线检测， 如果零 件冲刺时出现问题 ， 将会导致大量的次品和废品出现 ， 所 以在批量生产该条带过程中采用一种自动检测的方式将 大大减轻检测人员的工作量、提高检测的效率和提高检 测的精度。

1检测工作流程框架
条带传统的检测主要借用检测仪器进行手工检测 ， 检 测的结果与检测人员的素质、熟练程度、 检测方法和仪器 的精度有关， 在单个零件的特征很多的情况下 ， 生产效率 很低，出错率很高。基于条带的结构及加工特点， 在高速冲 刺的过程中新 的检测主要采用 CCB快速成像技术来实 现， 考虑到该条带的冲刺为高速冲刺 ， 整体检测设计思路 采用在线由初略检测到详细检测的二． 步式进行，即初略检 测阶段通过二维成像技术检测所有条带的主要外形特征 和零件的裂纹及毛刺， 详细检测阶段按照抽样比例(比如 1条／ 分钟 ) 选取检测的条带， 通过形成局部 的三维重建模 型，与标准模板进行比对， 通过三维尺寸、形位公差等多方 面的检测， 快速发现缺陷产品。整个检测在线上进行， 两个 阶段协同工作 ，在任何一个阶段出现尺寸超差的产品， 将 进行报警处理。如图 2为该方案实施流程图。

图3为本方案在线检测工作台组件示意图。主要包括基体、摄像头、玻璃板、夹持器1、夹持器2和定位销等。基体中间镂空，基体工作面由一个斜面组成，斜面的角度保证条带在正常情况下可自由的下滑，斜面上有滑道，滑道宽度比条带稍宽，滑道的两侧是光滑平直的平面，一侧用作条带的定位面，滑道的中间部分镶嵌有一块透明玻璃，玻璃的下端装有可上下移动的定位销，滑道上玻璃的侧面装有夹持器1和夹持器2，工作时分别靠紧一个条带，玻璃的上方和下方各摆放一个扭像机，摄像机通过传送装置（没画出）在玻璃上方移动昭相

2.1接检、机械找正阶段

由于高速冲刺属于连续作业，频率高、速度快，检测时条带基准的确定显得非常重要。本机械找正过程主要通过夹持器1、夹持器2和定位销相互配合来完成该动作。

2，2扫描、分析和判定阶段如图4

为检测流程图。具体步骤如下

采用激光器向条带投射激光栅格（或十字线），以便摄像机在近距离摄影时对焦。

双目摄像机在电机驱动下按照预定的轨迹扫描，实时获取不同位置和视角的视频图像。

分析处理。本阶段主要包括两个内容，粗略检测即二维成像检测和详纟田检测即局部三维成像检测摄。初略检测是对所有条带进行分析。首先对摄像机获取的视频图像进行预处理，提取边缘特征（零件的长、宽等),并与标准边缘模板进行匹配，根据相似度（如图2种的细长槽特征、长槽特征、凸起特征等）快速发现由于模板误用或某个加工环节遗漏所导致的产品缺陷；然后改变成像分辨率，对条带正反两面进行高分辨率拍摄，分析其表面特征，快速发现具有明显裂痕、划痕的缺陷产品。

详细检测是按照所选定比例（比如1条/分钟）抽取条带，对条带三维尺寸、形位公差进行检测。根据双目摄像机的安装结构和成像模型，建立双路视频图像帧的粗略对应关系，在此基础上利用基于局部特征的配准方法，实现视频图像帧亚像素级别精确对应，然后建立扫描目标的深度图，形成局部部位的三维重建模型（如图2中长槽特征的 A、B、c、D尺寸及厚度尺寸）。

@根据分析的结果，与标准模板进行比对，符合公差范围即判定条带合格，如果粗略检测和详细检测中任意一项内容超出公差范围，即判定条带不合格，报警。

3技术难点

本仪器的工作任务包含对多种指标的混合检测，检测指标众多且精度要求高，为算法的实现和优化带来了难度。其解决思路是在检测算法的设计过程中，侧重结合目前处理器的多核化发展趋势，有效利用新一代处理器指令集中引入的异或（NOR）运算等加速指令，提高算法的执行效率；同时优化点云数据结构，最大限度减少三维数据在检索、存储过程中的时间开销。

送检条带由锆合金材料制成，材料反光度较高、纹理信息不丰富；另一方面，为了实现高精确检测，双目摄像机、三目摄像机在视频图像获取过程中与内条带的间距不足200mm，视场极小。在这种情况下，摄像机镜头很难精准对焦，形成清晰视频图像解决思路是在视频获取之前，通过激光器投射激光栅格（十字线），辅助镜头对焦和深度距离的计算。

专送装置、双目测量和三维重建，每一个工作环节不可避免带有一定程度的误差。当多方面的误差叠加时，很难有效抑制。解决思路是在初略检测和详纟田检测过程中，图像处理时通过对目标进行虚拟姿态校正，从而降低检测精度与机械装置运动精度的相关性，最大限度减少误差。

@CCD系统对工作环境的要求很高，在生产中对 CCD运行有影响的灰尘、振动等一定要采取措施。系统应尽量放置在通风、干燥和干净的场地，必要时可在设备上加装玻璃防护罩，防止振动方面主要有两个：避开共振区，根据实际情况改变系统的固有频率，使系统不在共振区工作；采取隔振措施，使冲压设备与地基隔离，或者让系统与地基隔离，减少冲压设备对周围设备的影响。

参考文献：

（1）王庆有，CCD应用技术[M]．天津；天津大学出版，2000

（2）李国宁，刘妍妍，金龙旭．用于动态目标跟踪的面阵CCD 成像系统湃光学精密工程，2m8，16
（3） 王新华．复合模连续模制作工艺技术[Ml.机械工业出版社，2012．