摘 要

智能手机内的接插件形状各异，需求量大，大部分由冲压批量加工而成，但其质量要求高，价值低，人工检测成本太高。本设计所研究的手机接插件，是一个法兰式不锈钢深拉伸件，其加工工艺复杂，加工过程中底部端面是由冲裁工艺成型的，冲裁间隙的过大、过小或不均匀，均会导致端面小孔和外圆轮廓产生瑕疵，而且单日产量高，瑕疵件分拣强度大。同时，由该手机接插件的结构和成型特点可知，其特殊的底部端面的大法兰结构，导致该零件的重心偏离了几何中心，无法放置在水平的输送带上，而底部端面又是最容易产生瑕疵的部分，这种结构特点就决定了很难套用常规的自动化分拣输送和图像采集方式，因此，本设计结合企业实际工程需要，对日平均产量10000个以上的手机接插件分拣工序进行分析，设计一种基于机器视觉的手机接插件瑕疵识别与自动分拣系统，通过工业摄像头获取手机接插件零件底部端面图像，应用图像处理技术对手机接插件底部端面边缘毛刺或缺陷进行识别，分拣一批零件中的良品与不良品。

本设计的主要内容有：

（1）完成了针对该手机接插件的自动分拣系统总体方案设计，从零件结构特点和工艺分析入手，设计自动分拣流程，在工件输送、端面检测、流程控制和检测后处理等方面开展工作，主要包括自动分拣系统的整体结构设计、系统控制流程设计、控制系统硬件选型和控制系统软件设计。

（2）完成了针对该手机接插件底部端面瑕疵识别的算法设计。首先，通过CCD相机采集零件底部端面图像，进行预处理；然后，对得到的二值化图像提取端面轮廓特征，进行轮廓拟合；基于设定的判断阈值，对拟合圆与轮廓的半径偏差进行比较分析，确定零件瑕疵程度，为分拣零件提供依据。

本设计针对手机接插件底部端面瑕疵识别和分拣的难点问题，综合运用多学科知识，设计了基于机器视觉的自动分拣系统，相对于人工分拣，利用机器视觉识别手机接插件的瑕疵，规避了人工分拣效率低、错误率高的弊端，能够大幅度提高产品分拣效率和良品识别准确率。

关键词：计算机视觉；图像处理；瑕疵识别；单片机；自动分拣

Abstract

The connectors in smart phones have different shapes and require large quantities. Most of them are produced by stamping and batch processing. They have high quality requirements, low value, and the cost of manual inspection is too high. Their processing technology is complex. The bottom end face is formed by the blanking process during the processing. The uneven blanking clearance can cause glitches on the face hole and outer contour. The single day output is high, and the sorting strength of the flaws is large. This design incorporates the actual engineering needs of the company and analyzes the mobile phone connector sorting process with a daily average output of 10,000 or more. The image of the bottom face of the part is used to identify the burr or defect at the bottom edge of the mobile phone connector by using image processing technology, and the good and bad products in a batch of parts are sorted out.

The main contents of this design are:

(1) Completed the overall design of the automatic sorting system for the mobile phone connectors. Starting from the part process analysis, the automatic sorting process was designed. It mainly includes the overall structure design of automatic sorting system, system control process design, hardware selection of control system and software design of control system.

(2) Completed the algorithm design for the face recognition of the mobile phone connector. Collect the image of the bottom face of mobile phone connector part. Then process the image and analyze the burr on the end of the workpiece.

Compared with manual sorting, machine vision is used to identify the defects of the mobile phone connector and to avoid the disadvantages of low manual sorting efficiency and high error rate. The system can greatly improve product sorting efficiency and good product identification accuracy.

Key Words：Computer vision；Defects detecting；Image preprocessing； Automatic sorting

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外分拣系统的研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 课题研究的基本内容 3

1.4 手机接插件的结构特点与工艺分析 3

1.4.1 手机接插件的成型分析 3

1.4.2 手机接插件的瑕疵分析 4

第2章 手机接插件自动分拣系统设计 5

2.1 手机接插件分拣系统总体方案设计 5

2.2 手机接插件分拣系统总体结构设计 6

2.3 分拣系统进料装置设计 7

2.4 分拣系统输送装置设计 8

2.4.1 电机和同步带的选择及连接固定 9

2.4.2 工件的定位 11

2.5 分拣系统检测装置设计 11

2.5.1 光电开关的选择与安装 11

2.5.2 CCD相机和背景板的选择固定 12

2.5.3 环形光源的选择 15

2.6 分拣系统剔除装置设计 15

第3章 手机接插件端面图像采集和处理 17

3.1 手机接插件端面图像的采集 17

3.1.1 图像采集原理 17

3.1.2 图像采集过程 17

3.2 手机接插件端面图像处理的概述 17

3.3 手机接插件端面图像处理的方案 18

3.4 手机接插件端面图像的预处理 19

3.4.1 图像的灰度化 19

3.4.2 图像的平滑去噪 19

3.4.3 图像的二值化 19

3.5 手机接插件端面图像的轮廓提取与拟合 22

3.5.1 提取ROI区域轮廓 22

3.5.2 拟合轮廓 23

3.6 手机接插件端面瑕疵分析 23

3.6.1 计算偏差 23

3.6.2 匹配偏差 24

3.6.3 判断结果 24

第4章 手机接插件自动分拣控制系统设计 26

4.1 手机接插件分拣过程控制 26

4.1.1 工件检测的具体过程 26

4.1.2 工件检测的具体步骤 26

4.2 控制系统硬件设计 28

4.2.1 步进电机驱动器的选择与设置 28

4.2.2 单片机的最小系统和功能电路设计 30

4.3 控制系统软件设计 32

4.3.1 系统主界面设计 32

4.3.2 硬件检测功能模块 32

4.3.3 相机标定功能模块 33

4.3.4 参数设置功能模块 33

4.3.5 系统运行功能模块 34

4.3.6 结果显示功能模块 35

第5章 总结 36

参考文献 37

致 谢 39

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

本课题来源于深圳长盈精密技术股份有限公司，该公司是一家专业开发、设计、制造、销售智能终端手机零组件、LED精密支架和精密模具的国家级高科技企业。随着科学进步和生活水平的提高，智能手机的接插件的需求量越来越大，大部分接插件由冲压批量加工，特别是一些长径比较大的大法兰深拉伸零件，其底部法兰在深拉伸加工过程中易产生瑕疵。这些有瑕疵的零件，如果还是采用传统分拣方式，人员投入大，成本高，效率低而且识别率不高；同时，目前深圳长盈精密的部分分厂选用的零件自动分拣系统，都是外包给其他公司，成本高，技术独立性差，无自主知识产权。因此，本设计所研究手机接插件的瑕疵识别与自动分拣系统在提高产品分拣效率，减少人力成本的投入，提高企业核心竞争力方面有着非常重要的意义。随着计算机和无损检测技术的迅速发展，本设计基于机器视觉技术，利用光学器件对零件进行探测，然后结合图像处理技术识别有瑕疵的接插件，再将图像处理得到的信息传递给分拣控制系统，最后实现自动分拣^[1]。其高效的自动控制和数据记录的功能具有前所未有的发展前景。

1.2 国内外分拣系统的研究现状

通过查阅分析自动分拣系统相关资料，结果表明，在国外，物料的自动分拣系统发展时间长，使用越来越广泛，物料自动分拣系统向着自动化程度越来越高的方向发展^[2]，以美国、日本及欧洲为代表的一些发达国家的对分拣系统研究重心都是在提高分拣系统的自动化程度上，实际使用的分拣系统也是自动化程度较高的分拣系统。相比较而言，我国对于自动分拣系统的研究，起步晚，发展速度慢，分拣过程中人工介入程度高，其自动化水平和国外相比有一定差距。但是在近些年，随着国家生产水平的提高，自动分拣系统在工业生产中的应用越来越广泛，特别物流相关企业，对自动化分拣的需求增长迅速。一个国家实现工业的自动化离不开物料自动分拣系统。随着计算机的广泛应用和电子技术的迅速发展，多学科的交叉应用，自动分拣系统的研究也在不断创新进步。

1.2.1 国内研究现状

目前，我国的自动分拣系统主要应用在物流行业、烟草行业和邮政系统等中，如王雅萍、马成科对邮件系统中的交叉带式包裹分拣机的研究^[3]，王凌琳对烟草分拣系统自动堆垛机的结构设计及优化^[4]。在经济全球化的趋势下，我国为了在国际竞争中取得优势，缩短与发达国家的经济差距，国内的各企业部门对自动分拣系统的研究做了不少努力，但与国外发达国家相比，仍有不少差距。当下，自动分拣在物流行业、烟草行业以外的应用比较少，但是国内的各企业、高校的相关研究部门正在为此做出不懈努力，相信随着技术的更新进步，物料的自动分拣的应用将越来越广泛。以下三点是提高分拣系统自动化程度的主要关注内容：第一点，是分拣设备和控制技术的研究，第二点，是对分拣路径优化的研究 ^[5]，第三点，是分拣系统中的分析决策问题。对于自动分拣系统的研究，不仅仅只在企业中进行，我国的上海交通大学、华中科技大学等高等院校，在分拣系统的研究上也有许多成果，例如，山东大学的学者对自动卷烟分拣机的改进优化^[6]，提高了卷烟系统的控制决策能力。丝毫不落后与国内企业部门的研究成果，例如，侯石柱，刘凤祥，李文艳等用小型PLC-FP1实现物料自动分拣系统控制^[7]，周晓光、秦臻、王建勇基于机器视觉对邮件分拣系统的研究^[8]等。随着国内科学水平的进步，自动分拣系统已经涉及到生活中的各个方面了，例如，马好意、陈丹、肖桂珍对瓜果类农产品自动分拣系统的设计^[9]。

1.2.2 国外研究现状

在国外，自动分拣系统的智能化程度更高并且应用更加广泛，信息技术和计算机技术在自动分拣设备中处着核心地位。目前，国外的自动分拣系统在工件检测上大量使用图像检测技术^[10]。图像检测技术，它主要利用光学技术对被测物体成像，然后把图像作为识别残次品与良品的载体，再通过一定的图像处理，实现物体外部特征的检测，并输出信号，执行机构接收信号，最后进行分拣操作^[11-13]。图像检测技术是一门先进学科，最早出现在美国、日本等发达国家，随着技术的发展，它被广泛地应用在自动分拣设备中，在使用图像处理技术分拣蔬果类等比较难以分拣的自动设备研究上，国外发达国家要比国内先进几十年^[14]。在自动分拣系统的研究与设计中，分拣系统随着国别的不同，存在着不同的特色，比如，美国更倾向于在自动分拣系统中采用半自动化的设备和能够节约地价的立体化仓库，日本更倾向与在自动分拣系统中使用无线通讯设备。不论各自有何特色，但是他们所研究使用的设备，都能很大程度上提高系统的效率，提高产能比。在分拣系统的路径优化的研究上，Ratliff以及其他一些学者提出把动态规划法 ^[15]用于该问题上，经过试验，取得了比较好的结果。在分拣系统的分拣策略的研究上，对于仓储系统是多横向通道的情况下，Koster针对货物品项、通道宽度、通道数目的差异研究各种分拣策略 ^[16]，得到最优分拣方式。 Loon C.Tang等论述了分批与存储分配策略对分拣的影响^[17]。经过文献调查，在国外，自动分拣系统的研究比较先进，在国内，这门技术的发展虽然也很快，但在实际应用中仍然比较少，和国外相比仍有一定差距。

1.3 课题研究的基本内容

经过调查和可行性研究，结合国内外现状对比分析，针对该手机接插件的瑕疵识别和自动分拣系统搭建和关键技术研究^[18]。主要的研究内容有：

（1）了解该手机接插件的加工工艺，分析零件的瑕疵可能出现形式与位置，查阅相关资料文献，对所选题目零件的加工工艺和瑕疵作相关的分析。

（2）初步对该手机接插件的自动分拣的总体方案进行制定，确定该手机接插件的自动分拣系统的流程。

（3）对该手机接插件的自动分拣系统的结构设计，根据总体方案设计合适的分拣平台结构。

（4）着重设计该手机接插件端面瑕疵的识别算法，采用图像处理的方法来处理采集的图像，以获取工件端面的瑕疵情况。

（5） 对该手机接插件自动分拣控制系统设计，确定控制系统的硬件和软件的设计内容。

1.4 手机接插件的结构特点与工艺分析

1.4.1 手机接插件的成型分析

本设计所研究的手机接插件如图1.1所示，为法兰式不锈钢深拉伸件，材料：SUS316L，工件名称：STEM，材料厚度为t=0.6mm。

工件为法兰式不锈钢深拉伸件，为有凸缘圆筒形拉深件，底面是球底面切去一个切口，凸缘部分还有5个孔，显然是冲压工艺成形，工序有拉深成形和冲孔。工件的材料是不锈钢316L，它的材料冲压特性、金属延展性较好，适用于冲孔、冲裁落料成形，拉深成形性也较好。

工件大体形状是冲压成形工艺，切口为弯曲的半圆槽，材料厚度较薄，在此应为机加工来保证工件的圆度和表面光滑度，根据加工需求，选择CNC机床加工。首先对原材料进行拉深处理，再由CNC机床加工半圆槽，端面的5个小孔是冲孔成型的，最后冲裁端面外轮廓，整个工件成型。

由该手机接插件的结构和成型特点可知，其特殊的底部端面的大法兰结构，将该零件的重心偏离了几何中心，无法放置在水平的输送带上，而底部端面又是最容易产生瑕疵的部分，这种结构特点就决定了很难套用常规的自动化分拣输送和图像采集方式，必须设计具有一定结构适应性的输送装置来放置工件和进行图像采集。

图1.1 零件图

1.4.2 手机接插件的瑕疵分析

该手机接插件的形状是金属冲压形成的，通过拉深、冲孔、落料整形制成，在加工过程中，底部端面容易产生瑕疵，其一般的表现形式是冲裁形成的毛刺。工件材料在冲裁过程经历弹塑性变形，由于冲裁间隙的过大、过小或不均匀，在进入断裂分离阶段，上下裂纹不重合，容易产生冲压毛刺。因此，在识别手机接插件瑕疵的时候，主要分析工件端面冲裁成型的六个圆，外轮廓的一个最大的圆和内边的五个小孔。

由手机接插件的瑕疵分析，可以确定图像采集部分需要采集手机接插件的端面，再通过图像处理的方法识别工件端面有无瑕疵。

第2章 手机接插件自动分拣系统设计

针对该手机接插件的瑕疵识别与自动分拣系统的设计，主要包括自动分拣系统的整体结构设计、瑕疵识别的算法设计、控制过程的设计和系统软件的界面设计。

2.1 手机接插件分拣系统总体方案设计

手机接插件自动分拣系统的总体方案一共包含四个部分，第一个部分是控制工件上料及传输的输送模块，第二个部分是检测工件端面瑕疵的检测系统模块，第三个部分是控制系统运行的控制模块，第四个部分是分离瑕疵品与合格品的检测后处理模块。分拣系统总体方案如图2.1所示。

图2.1 分拣系统总体方案

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：