——保證沖壓件無缺陷

在電子連接器（Electronic Connector）制造工業中，連接器插針的沖壓速度極高。直到不久以前，機器視覺（Machine Vision) 技術都還很難匹敵沖壓質量檢測的高速要求，實現連接器（插針）沖壓質量的100% 在線檢測一直是制造商們夢寐以求而難以解決的問題。

機器視覺系統難以掌握運用是制約機器視覺技術在電子工業中應用的第二個原因。幸運的是：得益于攝像和圖像處理技術的發展，今天的機器視覺系統已能夠以每分鐘10000件的速度攝取圖像；同時，創新性的人機交互技術也使得機器視覺系統越來越容易掌握和使用。所有這些都極大地促成了機器視覺檢測技術在電子連接器制造工業中成功的應用。本文詳細闡述了使用PPT視覺系統對電子連接器插針沖壓質量進行100% 在線檢測的全過程，介紹了用以探測典型質量缺陷的視覺檢測工具和檢測方法，以及系統構建所采用的圖形化編程語言。

1． 簡介

機器視覺技術在工業實際應用中已經歷了近二十年的發展，但直到最近五年，該技術才真正開始能夠滿足電子連接器制造業對質量檢測的要求。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難以匹敵的。而新的機器視覺系統不斷采用了近年來高速發展的攝像和圖像處理技術，包括各種DSP（數字信號處理器）- 特別為各種數字信號的高速分析和計算而設計的芯片。這些硬軟件技術的應用使得今天的機器視覺系統能夠達到并超過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備的過程中出現。通過本文所闡述的技術，這類質量缺陷是很容易被檢測出來的。

然而對于多數機器視覺系統供應商而言，電鍍過程中所出現的許多質量缺陷還屬于檢測系統的"禁區"。電子連接器制造商希望檢測系統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；但由于大多數電子連接器不規則和含角度的表面設計，視覺檢測系統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來說是非常困難的任務，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量檢測的機器視覺系統相對簡單易行

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；另外一類常規性的檢測任務則與連接器配合面上間距的測量有關。

和沖壓階段一樣，連接器的組裝也對自動檢測系統提出了在檢測速度上的挑戰。盡管大多數組裝線節拍為每秒一到兩件，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性能指標。

組裝完成后，連接器的外形尺寸在數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。顯然，在一幅圖像上無法完成一個一英尺長連接器的檢測，視覺檢測系統只能每次在一較小視野內檢測有限數目的插針質量。為完成整個連接器的檢測有兩種方式：使用多個攝像頭（使系統耗費增加）；或當連接器在一個鏡頭前通過時連續觸發相機，視覺系統將連續攝取的單禎圖像"縫合" 起來，以判斷整個連接器質量是否合格。 后一種方式是PPT視覺檢測系統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的另一要求。這個"實際位置"是指每個插針頂端到一條規定的設計基準線之間的距離。視覺檢測系統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常是不可見的，或者有時出現在另外一個平面上而無法在同一鏡頭的同一時刻內看到。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。這里的確出現了一個與之相關的論題 - 可檢測性設計。

可檢測性設計（Inspectablity）

由于制造廠商對提高生產效率和產品質量并減少生產成本的不斷要求，新的機器視覺系統得到越來越廣泛的應用。當各種視覺系統日益普遍時，人們越來越熟悉這類檢測系統的特性，并學會了在設計新產品時考慮產品質量的可檢測性。例如，如果希望有一條基準線用以檢測"實際位置"，則應在連接器設計上考慮到這條基準線的可見性。

某位制造商希望對一種盒式插座內金屬觸點進行缺漏和定位是否正確的檢測。這種盒式插座與大多數辦公室或新居內的電話接線盒相似，有一個黑塑料殼體，金屬觸點就粘 貼在殼體當中。插座的原始設計給視覺檢測系統的照明帶來了相當的困難：前照光是唯一可行的照明方案，而這樣的照明條件無法讓檢測系統攝取到足夠清晰的圖像。這位制造商因此重新設計了插座，為使背光通過而在插座的塑料殼底面上加上了一個小開口。對于視覺檢測系統而言，僅是這一細微的修改便使得一個原本復雜的問題能夠獲得既簡單又更具可靠性的解決。對于插座產品而言，這一修改只是增強了產品的可檢測性而絲毫無損于產品的工作性能。