3D線激光傳感器在智能制造中的檢測(cè)應(yīng)用
文:深圳市正控科技有限公司滕國(guó)興2019年第三期
3D是three-dimensional的縮寫,所謂3D檢測(cè),就是三維(x、y、z)檢測(cè),通過傳感器等設(shè)備采集被測(cè)物的全部坐標(biāo)數(shù)據(jù)(長(zhǎng)、寬、高),然后通過一系列的算法、程序等對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,輸出檢測(cè)結(jié)果。
智能制造領(lǐng)域的3D檢測(cè)對(duì)象主要是工業(yè)制造品為主,行業(yè)分類例如手機(jī)、汽車、新能源等行業(yè),具體檢測(cè)對(duì)象例如手機(jī)殼、發(fā)動(dòng)機(jī)、鋰電池……
主要特點(diǎn):
1、精度要求高,精度要求在0.003~0.1mm之間。
2、在線全檢,穩(wěn)定性要求高,適宜于在線實(shí)時(shí)檢測(cè),取代離線抽檢。
例如:手機(jī)殼3D掃描,3D線激光傳感器與檢測(cè)品相對(duì)運(yùn)動(dòng),輸出點(diǎn)云數(shù)據(jù)或?qū)?yīng)圖。
工業(yè)檢測(cè)的歷史比較久遠(yuǎn),檢測(cè)的方法也比較多,比如游標(biāo)卡尺、高度計(jì)、面型相機(jī)、投影儀、2D輪廓測(cè)量?jī)x……
為什么需要3D在線檢測(cè)?
1、市場(chǎng)層面:客戶要求越來越高,高度是非常重要的檢測(cè)變量和判斷依據(jù),原有的1D或2D檢測(cè)向3D檢測(cè)轉(zhuǎn)換;3D的檢測(cè)需求量逐漸上升,特別要求在線對(duì)每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)以及人員成本的不斷提高。
2、技術(shù)層面:3D檢測(cè)可以代替1D和2D檢測(cè),并且完成之前做不到的檢測(cè),3D檢測(cè)是大勢(shì)所趨。
一、3D線激光傳感器基本原理圖
3D線激光傳感器是采用三角法原理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,線激光照在檢測(cè)品上,由CMOS芯片接收并處理,輸出千兆以太網(wǎng)信號(hào)。
二、如何正確選擇3D線激光傳感器
1、3D線激光傳感器基本物理參數(shù)
首先根據(jù)應(yīng)用檢測(cè)品的尺寸,選擇傳感器的激光線長(zhǎng)度FOV(對(duì)應(yīng)檢測(cè)品的最大寬度)和檢測(cè)范圍MR(對(duì)應(yīng)檢測(cè)品的最大高度),并根據(jù)應(yīng)用留有足夠的余量。
2、3D線激光傳感器基本性能參數(shù)
其次,根據(jù)應(yīng)用需求和客戶要求實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),選擇X(寬度方向)和Z(高度方向)的分辨率以及檢測(cè)頻率或掃描速度,重點(diǎn)注意以下事項(xiàng):
X(寬度方向):激光線輪廓點(diǎn)數(shù)與傳感器內(nèi)部的CMOS芯片像素有根本關(guān)系,例如30萬(wàn)像素CMOS芯片標(biāo)準(zhǔn)是640*480,寬度方向是640點(diǎn),假設(shè)激光線長(zhǎng)度FOV是30mm,X(寬度方向)分辨率是0.047(30/640)mm,如果進(jìn)行軟件插補(bǔ)到1920點(diǎn),X(寬度方向)分辨率是0.016(30/1920)mm,從數(shù)值上提高很多,但在實(shí)際測(cè)量過程中是虛假數(shù)據(jù),嚴(yán)重影響測(cè)量精度,硬件是數(shù)據(jù)可靠的基礎(chǔ)。
Z(高度方向):Z的分辨率廠家標(biāo)注都很高,如何在實(shí)際過程中有意義?Z的分辨率可以分為理論分辨率和實(shí)際分辨率,理論分辨率對(duì)實(shí)際應(yīng)用沒有任何意義,只是宣傳的噱頭,實(shí)際分辨率才有應(yīng)用意義。檢測(cè)方法也很簡(jiǎn)單,采用一個(gè)硬質(zhì)平板,激光線照在靜止的平板上,在軟件界面上看每點(diǎn)跳動(dòng)量,跳動(dòng)量的平均值就是實(shí)際Z分辨率。
3、實(shí)際樣品測(cè)試以及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證
無(wú)論采取什么措施,實(shí)際樣品驗(yàn)證是最關(guān)鍵,特別對(duì)掃描速度的影響。最高掃描速度都是在特定實(shí)驗(yàn)條件下取得的,實(shí)際情況下是不可能滿足該條件,對(duì)于項(xiàng)目實(shí)施一定要以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn),而且建議采用標(biāo)準(zhǔn)樣塊進(jìn)行精度驗(yàn)證。
三、手機(jī)行業(yè)檢測(cè)應(yīng)用
手機(jī)在生產(chǎn)過程中,需要部件的檢測(cè)、裝配以及每個(gè)工序質(zhì)量的檢驗(yàn),才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量產(chǎn)品,其中電池異物的檢測(cè);手機(jī)蓋內(nèi)螺絲有無(wú)、高度以及平面度檢測(cè);點(diǎn)膠前的軌跡引導(dǎo)以及點(diǎn)膠后膠體質(zhì)量的檢測(cè);攝像模組的檢測(cè)等等都需要對(duì)每個(gè)部件在線測(cè)量和分析,指導(dǎo)生產(chǎn),否則不合適裝配尺寸都會(huì)影響手機(jī)外觀和性能質(zhì)量。
涂膠檢測(cè):在手機(jī)四周邊緣上進(jìn)行涂膠可以分為二大應(yīng)用。
點(diǎn)膠引導(dǎo):由于殼體四周邊緣位置寬度很小,點(diǎn)膠寬度小于0.5mm,高度小于0.5mm,因此在點(diǎn)膠前必須保證殼體位置準(zhǔn)確,而且放置高度均勻一致,才能避免點(diǎn)膠機(jī)點(diǎn)膠超出殼體邊緣。點(diǎn)膠引導(dǎo)由于機(jī)械的不同,主要有二種方式:
點(diǎn)膠機(jī)攜帶3D激光傳感器沿著殼體四種運(yùn)動(dòng),輸出引導(dǎo)軌跡。優(yōu)點(diǎn)是軟件相對(duì)簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)復(fù)雜。
點(diǎn)膠機(jī)平行移動(dòng),軟件進(jìn)行拼接,輸出引導(dǎo)軌跡。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械相對(duì)簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是拼接軟件復(fù)雜。
2)點(diǎn)膠后膠的質(zhì)量檢測(cè):
通過測(cè)量膠寬、膠高和膠面積,推算膠量,判斷斷膠、溢膠、少膠和膠偏等缺陷。在早期,采用2D檢測(cè),沒有高度數(shù)據(jù),只有寬度數(shù)據(jù),很難準(zhǔn)確衡量點(diǎn)膠質(zhì)量,采用3D傳感器可有效解決這些問題,并快速用于生產(chǎn)。
但在實(shí)際過程中,膠有各種型號(hào)和顏色,例如白色、黑色等,也有透明和非透明之分。這需要根據(jù)客戶要求進(jìn)行選擇,如果只是定性判斷點(diǎn)膠質(zhì)量以及缺陷,相對(duì)簡(jiǎn)單;如果定量判斷,需要根據(jù)精度、膠的特性以及透明程度進(jìn)行總體衡量,總之以客戶需求為準(zhǔn)則,選擇合適3D產(chǎn)品。
電池倉(cāng)異物檢測(cè):
電池倉(cāng)異物包括金屬物體、生產(chǎn)過程塑料件以及較大的灰塵顆粒等等,這些嚴(yán)重影響裝配質(zhì)量,特別是金屬物體會(huì)造成電池短路,影響廠家聲譽(yù)。我們以技術(shù)要求:最小顆粒尺寸0.5*0.5*0.3mm為例,說明如何正確選擇3D線激光傳感器。X(寬度方向)最小尺寸0.5mm,以2倍為原則,X分辨率是0.25mm;Z(高度方向)最小尺寸0.5mm,以5-10倍為原則,Z分辨率是0.1-0.05mm;殼體最大寬度80-100mm,對(duì)照正控產(chǎn)品選擇型號(hào)LV100,其他參數(shù)均滿足LV100參數(shù),經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和驗(yàn)證,確定采用LV100線激光傳感器。
總體來說,3D線激光傳感器為了滿足現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)時(shí)采集要求,正朝著高速、滿足復(fù)雜物體表面特性發(fā)展,設(shè)備商集成各種傳感器,萬(wàn)物互聯(lián)是大勢(shì)所趨。
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