产品检测支撑组件

需检测的工位，产品支撑采用图示结构，产品接触部分采用聚氨酯旋转轮，通过同步带连接，步进电机驱动旋转，从而让产品自转。

技术性能：

1）两端产品支撑使用聚氨酯材料包胶轮（不含卤族元素）；

2）电机驱动使用磁性齿轮传动，非接触式结构，节省空间的同时避免产生粉尘；

3）结构跨距与原产线一致；

1. 检测部分：

检测组件

检测组件共两套，一套为产品表面检测，一套为产品两侧端面检测。表面检测采用直线模组，伺服电机驱动，带动相机对产品表面进行整条拍照检测；端面检测使用微调平台，对相机镜头均可实现X、Y、Z多向可调。

技术性能：

1）直线模组行程使用550mm，满足对产品的全检测，模组重复定位精度±0.01mm；

2）表面检测组件在产品正上方放置，模组支架固定在平台上；

3）端面检测使用多个微调平台，满足相机镜头的多方向可调；

4）端面检测放置于产品两端，分别对产品两端端面进行检测；

5）选型资料：

微调平台初步选择品牌米思米，多组搭配组合使用。

3.2裁切定长视觉检测单元功能

实现功能说明：

1）识别坡口端面，并对缺陷准确判断，同时能够对坡口尺寸（坡口亮带、灰带宽度及坡口对称性）进行检测；

2）包壳管表面缺陷视觉检测装置，实现对包壳管表面损伤、凹坑、划痕、沾污、油污等缺陷进行检测；

3）检测坡口高度、角度尺寸以及次组件切削后的长度；

4）设备对接现场原产线，不影响现有产线功能。

3.3裁切定长视觉检测单元技术性能

装置主要技术参数：

1）机械标准件品牌选型

a.模组：品牌TOYO，重复定位精度±0.05mm；

b.伺服电机：品牌汇川；

c.步进电机：雷赛；

d.同步轮同步带：怡和达。

2）视觉检测相机及光源通过机械机构实现X、Y、Z、R方向手动可调；

3）输入电压：220/380V AC，50/60Hz；

4）输入气源：0.6-0.8Mpa；

5）工作噪音：＜60dB；

6）运行温度：+5℃~ +50℃；

7）相对湿度：≤95%；

8）抗电磁干扰模式：屏蔽、滤波、接地；

9）设备无故障稳定运行周期：≥6个月（人为因素除外）；

10）可检测出坡口内外倒角表面存在的划痕、凹坑、沾污、切口等尺寸大于0.05mm的缺陷，且检测结果将缺陷位置分类标记；

11）实现对坡口高度、角度、切定长后次组件总长的测量，角度检测误差范围在±0.2°，坡口高度误差范围在±0.02mm, 次组件长度测量值与长度标准值的差值应在±0.01mm内；

12）检测出包壳管表面≥2mm²油印或异物油污缺陷，测量精度≤0.03mm；

13）在线检测系统测量尺寸重复精度≤0.002mm；

3.4光学成像方案

本工位光学成像方案针对裁切定长视觉检测单元而制定，满足该装置对切定长后次组件的坡口检测、尺寸检测及表面缺陷检测等需求。利用现有光学硬件，升级检测算法，同时新增相应检测装置，确保各检测环节精准高效，实现产品技术要求。

表面缺陷检测工位

包壳管通过传输机构匀速运动，线阵相机在运动过程中对包壳管表面进行连续拍摄，将一系列线阵图像拼接成完整的包壳管表面展开图。同时，配合包壳管旋转机构，实现对包壳管圆周方向的全面成像，确保可进行无死角缺陷检测。

光学成像硬件选型参考

①工业相机：包壳管表面缺陷视觉检测装置选用高分辨率线阵相机，配合高速运动控制模块，实现对包壳管表面的连续扫描成像。拟采用Basler racer2线阵相机 raL8192-12gm 8k分辨率，具体参数型号如下表：

相机参数

②工业镜头：搭配与所选相机相匹配的工业镜头，镜头需具备合适的焦距和视场角，以保证能够完整覆盖包壳管的检测区域。拟采用Moritex ML-LS9040-67V70-02线扫镜头，具体参数型号如下表：

镜头参数

③光源：采用径向光源用于照亮包壳管的圆周表面，便于检测圆周方向的缺陷。光源采用高亮度LED灯，亮度可调节。拟采用锐视光电P-BLG-600-22-W型号的高亮条形光源。

切定长尺寸检测工位

选用高精度工业相机，其单个像素尺寸满足测量精度要求，搭配长焦镜头，确保能够清晰拍摄到坡口高度、角度及次组件长度等细节。镜头具备良好的稳定性和抗干扰能力，保证在检测过程中成像质量稳定。

光学成像硬件选型参考

①工业相机：切定长次组件尺寸检测工位选用高分辨率的面阵相机，对组件的坡口高度、角度及次组件长度等细节清晰成像，拟采用海康威视MV-CH250-90GM的2500w分辨率工业相机，具体参数型号如下表：

相机参数

②工业镜头：搭配与所选相机相匹配的工业镜头，镜头需具备合适的焦距和视场角，以保证能够完整覆盖切定长次组件的检测区域。拟采用海康威视的MVL-KF5040-25MP型号工业镜头，视野范围24mm×24mm，放大倍率为0.53具体参数型号如下表：

镜头参数

③光源：平行面光源作为背光源能提供均匀且平行的光线，凸显物体轮廓，助力清晰成像以检测尺寸。拟采用锐视光电P-PHFL-27-27-W型号的平行面光源。

切定长坡口缺陷检测工位

该工位针对切定长坡口缺陷进行检测。

光学成像硬件选型参考

①工业相机：切定长坡口缺陷检测工位采用高分辨率工业相机配合，确保能够对坡口端面实现一次完整成像。相机安装位置经过精确测算，保证成像的对称性和准确性，以便清晰呈现坡口的整体形态，为缺陷判断和尺寸检测提供完整图像。拟采用海康威视MV-CS200-10GM的2000w分辨率工业相机，具体参数型号如下表：

相机参数

②工业镜头：搭配与所选相机相匹配的工业镜头，镜头需具备合适的焦距和视场角，以保证能够完整覆盖切定长次组件的检测区域。拟采用海康威视的MVL-KF5024M-25MP型号工业镜头，视野范围24mm×16mm，放大倍率为0.55具体参数型号如下表：

镜头参数

③光源：针对切定长坡口缺陷检测需求，采用环形光源提供均匀照明。光源亮度可调节，以适应不同坡口表面状态，避免反光或阴影影响缺陷识别。结合同轴光源抑制坡口表面的反光，突出坡口内外倒角表面的划痕、凹坑、沾污、切口等缺陷，确保技术标准尺寸范围内的缺陷能够清晰成像。拟采用锐视光电P-RL-100-90-W型号的环形光源配合P-COL-80-W同轴光源组合打光。

3.5视觉检测算法

表面缺陷检测

该工位新增的包壳管表面缺陷视觉检测装置，利用 2D 线扫相机的连续扫描特性和条形光源的定向照明，实现对包壳管表面的全面检测。

（1）对于包壳管表面损伤、凹坑、划痕等深度＞0.038mm 的缺陷检测，采用基于深度学习的 U-Net 分割模型，该模型能精准分割出缺陷区域，结合缺陷区域的灰度值变化和几何特征，计算缺陷深度，测量精度≤0.005mm。

（2）对于包壳管、支承垫和隔离块表面存在的划痕、凹坑等深度＞0.25mm 的缺陷，算法在上述模型基础上，增加了缺陷深度的阈值判断，确保只识别出符合深度要求的缺陷，且测量精度同样≤0.005mm。

（3）针对包壳管表面≥2mm² 油印或异物油污缺陷的检测，算法通过颜色空间转换将 RGB 图像转换至 HSV 空间，利用阈值分割算法分离出油印或异物油污区域，再计算该区域的面积。通过与标准面积的对比，判断是否存在超标缺陷，测量精度≤0.03mm。

切定长坡口缺陷检测

针对该工位的硬件配置，构建高效的检测流程。

（1）图像预处理环节，采用自适应高斯滤波算法去除图像噪声，同时运用基于区域的对比度增强技术，突出坡口内外倒角表面的缺陷特征。

（2）对于坡口内外倒角表面存在的划痕、凹坑、沾污、切口等尺寸大于 0.05mm 的缺陷检测，采用YOLO系列深度学习模型，该模型经过大量缺陷样本训练，能精准识别各类缺陷。在模型输出后，结合形态学运算对缺陷区域进行精细化分割，准确提取缺陷轮廓。为实现缺陷位置的分类标记，算法建立以坡口中心为原点的极坐标系，根据缺陷在极坐标系中的角度和半径信息，自动将其归类到内倒角或外倒角区域，并标记具体位置坐标。

（3）对于坡口尺寸（坡口亮带、灰带宽度及坡口对称性）的检测，通过亚像素边缘检测算法提取亮带和灰带的边界，结合像素与实际尺寸的转换关系计算宽度；采用霍夫变换检测坡口的对称轴，通过对比两侧对称位置的特征参数，实现对称性的精准评估。

切定长尺寸检测

此工位依托 2500w 面阵相机的超高分辨率和背光源形成的高对比度图像，重点提升尺寸测量的精度和稳定性。在坡口高度和角度尺寸检测方面，首先通过背光源照射获取次组件坡口的清晰轮廓图像，采用 Canny 边缘检测算法提取坡口的边缘曲线，再利用最小二乘法对边缘曲线进行拟合，得到坡口的几何模型。根据几何模型中的特征点坐标，结合空间几何关系计算坡口高度和角度。为确保角度检测误差范围在 ±0.2°，坡口高度误差范围在 ±0.02mm，算法引入相机标定参数进行坐标转换，同时通过温度补偿算法消除环境温度变化对测量结果的影响。

对于次组件切削后长度的检测，算法利用 2500w 面阵相机的大视场优势，一次性拍摄次组件的完整图像。通过图像分割算法提取次组件的轮廓，确定两端面的边缘位置。基于需方提供的校准棒，建立自校准模型，该模型会定期根据校准棒的图像数据修正长度测量的转换系数，确保长度测量误差≤0.005mm，且次组件长度测量值与长度标准值的差值在 ±0.01mm内。

在线检测系统测量尺寸重复精度的保障方面，算法采用多次测量取平均值的方法，同时通过控制相机拍摄的稳定性和传输机构的定位精度，使重复精度≤0.002mm。

3.6电气控制方案

关键元器件选型

（1）PLC控制器选型

a）PLC选用西门子SIMATIC S7-1200系列中的CPU 1214C，

b）高性能:S7-1200系列PLC处理速度快,单周期扫描时间短于3ms,适用于对高速控制性能要求较高的场合。

c）丰富的功能:S7-1200系列PLC具有丰富的计数、测量、比较、数据处理等功能块,配合1214C使用可实现对各种交流及直流电机的精准控制。

d）模块化结构:1214C属于S7-1200的功能模块,采用标准化机械接口直接插拔在S7-1200 CPU模块上使用,不需要外接电源,安装和接线简单方便。不同型号的1214C模块可以直接替换使用,灵活可靠。

e）可编程:S7-1200系列PLC采用西门子标准指令与STL语言进行编程,用户可以自行编写PLC程序实现对1214C及各类外设的控制逻辑,可满足不同应用场合的要求。

f）open 接口:S7-1200与1214C均提供开放式接口,可以与西门子以外的各类I/O模块、扩展模块、运动控制模块等相容使用,系统集成能力强。

g）.强大的软件支持:S7-1200有配套的STEP7 编程软件与 wincc 人机界面软件使用,软件功能强大,编程debug简单方便。

（2）触摸屏选型

a）选用西门子TP1500 comfort系列触摸屏。

b）高性能硬件配置：15.6英寸宽屏（1920×1080 Full HD），提供清晰的视觉效果，适合复杂操作界面；搭载高性能ARM Cortex-A9多核处理器，运行流畅，可快速响应操作指令；内置4GB RAM和16GB闪存，支持大量项目数据和日志存储。

c）卓越的显示与操作体验：IPS面板，亮度高达1000 cd/m²，在强光环境下仍清晰可见，视角可达178°；支持10点触控（手势操作），同时配备物理按键（如急停按钮），适合工业环境；支持戴手套或湿手操作，适应苛刻工况。

d）丰富的通信与集成能力：ROFINET/以太网（支持实时通信）USB、RS232/485串口，无缝集成西门子TIA Portal（全集成自动化平台），支持SIMATIC S7、WinAC等控制器。

（3）伺服选型

a）选用西门子V90系列伺服

b）高性能与精准控制:毫秒级响应：动态响应时间低至2ms，支持高频启停场景（如分拣系统、贴标机），提升设备节拍30%;超高精度定位，集成21位绝对值编码器；通过PROFINET总线实现多轴实时同步控制，适用于追剪、凸轮同步等复杂运动