模型训练：当自学习库中新增样本达到 500 个时，启动联邦学习框架，在本地服务器上利用新增样本对缺陷分类模型进行微调，采用小批量梯度下降算法优化模型参数，训练轮次根据样本新增量确定，一般为 10-20 轮。

模型更新：训练完成后，通过测试集验证模型精度，若精度达到 99.9% 以上，自动更新在线检测模型；若未达标，返回样本库检查环节，重新筛选样本进行训练。

4.6芯块综合检测单元电气控制方案

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）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）具备计数、测量、比较、数据处理等功能块，可实现对各类交流及直流电机的精准控制；

d）模块化结构，采用标准化接口直接插拔安装，接线简单，不同型号模块可直接替换；

e）采用西门子标准指令与 STL 语言编程，可满足不同应用场合的要求；

f）提供开放式接口，可与西门子以外的各类 I/O、扩展及运动控制模块兼容，系统集成能力强；

g）配套 STEP7 编程软件与 WinCC 人机界面，编程调试方便。

（2）触摸屏选型

a）选用西门子TP1500 comfort系列触摸屏。

b）15.6 英寸宽屏（1920×1080 Full HD），IPS 面板、亮度 1000 cd/m²，支持 10 点触控及物理按键（急停），适配苛刻工业环境；支持 PROFINET/以太网、USB、RS232/485 等接口，无缝集成西门子 TIA Portal，兼容 SIMATIC S7、WinAC 等控制器。

（3）旋转编码器选型

a）选用欧姆龙E6B2系列编码器，电源为DC24V，线性输出2000P/R

5.1.5.2控制系统

a）本设备以PLC作为设备的控制核心，控制包括气缸动作、相机拍照触发、OK/NG分拣等。

b）PLC通过标准以太网连接到MES系统，和MES交换数据。
c）PLC与工控机通讯，获取工控机的拍照结果数据，

第五章 组别标志识别与工件定位装置

该装置安装于双工位端塞焊机上，对转运至组别识别工位的元件进行组别识别，并与信息化组别进行比对；比对正确后，在识别工位完成初定位，再转运至定位工位进行精定位，同时向信息化系统输出检测信息。

5.1组别标志识别与工件定位装置组成结构

1）功能模块介绍

设备功能模块主要由：上料工位、表面缺陷检测组件、坡口缺陷检测组件、坡口尺寸检测组件、下料组件等组成，具体分布见设备整体示意图。

组别识别装置整体示意图

1）动作流程介绍

 产品上料至检测工位

 相机识别产品状态，并对产品状态进行粗定位

 将产品移动至检测工位

 相机识别产品角度是否满足要求，并通过旋转台将产品转至指定角度

 相机识别产品满足组别状态后，检测完成，产品下料

3）模块介绍

A.旋转平台组件：

旋转平台组件结构示意

接触产品部分使用聚氨酯包胶轮，驱动部分使用电机连接同步轮同步带驱动，结构高度一致，皮带通过光面张紧轮张紧。

B.检测相机部分：

检测相机组件结构示意

相机组件通过X、Y、Z、R四轴微调平台实现人工手动微调，整体安装于产线内，前端镜头通过柔性零件辅助支撑。

5.2组别标志识别与工件定位装置功能

实现功能说明：

1）在原产线工位上，通过视觉相机检测，对产品进行组别识别和分类；

2）首先进行组别识别后粗定位；

3）最后由旋转平台对产品进行精定位，将产品根据不同组别分别旋转至对应角度；

5.3组别标志识别与工件定位装置技术性能

装置主要技术参数：

1）机械标准件品牌选型

a.同步轮同步带：怡和达；

b.微调平台：米思米；

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）装置外形尺寸：因现场产线改造，所以均为散件物料，在产线上拼装；

4）输入电压：220/380V AC，50/60Hz；

5）运行温度：+5℃~ +50℃；

6）相对湿度：≤95%；

7）抗电磁干扰模式：屏蔽、滤波、接地；

8）设备无故障稳定运行周期：≥6个月（人为因素除外）；

9）单根元件周向回转定位精度：整根元件直线度小于0.4mm时，保证精度≤±0.5°；整根元件直线度大于0.4mm，小于0.7mm时，精度≤±1°；

10）单根元件识别与定位时间：＜6s；

11）定位角度偏差在±1°范围内；

12）检测精度≤0.06mm；

13）元件组别识别成功率100%。

5.4光学成像方案

该装置安装于双工位端塞焊机上，对转运至组别识别工位的元件进行组别识别，并与信息化组别进行比对；比对正确后，在识别工位完成初定位，再转运至定位工位进行精定位，同时向信息化系统输出检测信息。

光学成像硬件选型参考

①工业相机：组别识别工位选用高分辨率面阵相机，对坡口组别号细节清晰成像，拟采用海康威视MV-CS050-10UM型500万分辨率工业相机，具体参数见下表：

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检测区域。拟采用海康威视MVL-MF2518M-5MPE型工业镜头，视野范围40mm×33mm，放大倍率为0.259，具体参数见下表：

镜头参数

③光源：针对组别识别检测需求，采用环形光源提供均匀照明，光源亮度可调节，以避免反光或阴影影响缺陷识别；同时结合同轴光源抑制表面反光。

5.5视觉检测算法

组别识别的图像处理检测算法依托特定视觉结构，以尺寸分类实现组别识别，其过程可详细拆解如下：

（1）图像预处理阶段，第一步是采用 3x3 的中值滤波，通过对每个像素周围 3x3 范围内的像素取中值，有效去除图像中的椒盐噪声；之后进行自适应阈值分割，根据图像不同区域的灰度特征动态确定分割阈值，让物体和背景能在不同光照条件下都清晰分离，这里选用高斯加权的自适应阈值方法，以提升分割的稳定性；最后进行形态学闭运算，使用 5x5 的矩形结构元素，对分割后的二值图像进行处理，填充物体轮廓内部的孔洞，使物体轮廓更完整。

（2）特征提取与定位过程。首先对预处理后的二值图像进行轮廓检测，采用寻找外部轮廓的方式，避免内部细节干扰，同时使用简化轮廓的近似方法，减少轮廓点数量。然后对检测到的轮廓进行筛选，设定最小面积阈值（如 100 像素），将面积小于该阈值的轮廓判定为噪声并剔除，保留有效的物体轮廓。之后，针对每个有效轮廓计算最小外接矩形，通过这个矩形获取物体的中心点坐标和旋转角度，以此实现对物体的精确定位，同时根据旋转角度对图像进行姿态校正，确保后续尺寸测量的准确性。

（3）尺寸测量算法。首先进行像素到物理尺寸的转换，通过 1mm 网格标定板来计算像素当量（PPM）。具体操作是测量标定板上已知实际尺寸（1mm）的线段在图像中的像素长度，两者的比值就是 PPM。然后计算物体的关键尺寸，对于每个有效轮廓，先通过最小外接矩形得到宽度和高度的像素值，再分别除以 PPM，得到以毫米为单位的物理宽度和高度；对于面积，先计算轮廓在图像中的像素面积，再除以 PPM 的平方，得到物理面积。在计算过程中，要确保轮廓的准确性，对于复杂轮廓，可采用多边形逼近的方式简化轮廓，减少计算误差。

（4）分类决策过程依据尺寸测量结果进行。首先根据实际需求设定不同组别的尺寸范围。将测量得到的物体宽度和高度与这些范围进行比对，若符合某一组别的范围，则判定该物体属于该组别；若不在任何一组的范围内，则判定为未知组别。

为保证算法精度，在过程中还有一系列保障措施。相机标定采用张正友标定法，通过拍摄不同角度的棋盘格标定板图像，计算出相机的内参和外参，进而消除镜头的径向和切向畸变。

5.6电气控制方案

（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，用户可自行编写PLC程序，实现对1214C及各类外设的控制逻辑，满足不同应用场合的要求。

f）开放式接口：S7-1200与1214C均提供开放式接口，可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配备STEP7编程软件与WinCC人机界面软件，软件功能强大，编程与调试简单方便。

（2）触摸屏选型

c）选用西门子TP1500 comfort系列触摸屏。

d）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。

e）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。

f）丰富的通信与集成能力：支持PROFINET/以太网（实时通信）、USB、RS232/485串口，可无缝集成西门子TIA Portal（全集成自动化平台），兼容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。

c）自适应优化能力：实时参数优化功能自动适配负载惯量，兼顾高动态与平稳运行；自动识别并抑制机械谐振频率，避免设备振动导致的精度损失。

d）过载能力：电机支持3倍过载（持续数秒），应对突加负载或启停冲击，保障连续生产稳定性。

e）环境适应性：电机防护等级IP65（防尘防水），轴端标配油封，驱动器PCB涂层抗腐蚀，适应油污、粉尘等恶劣环境；-30°C至+60°C宽温范围，确保极端工况稳定运行；支持200V–240V（-15%/+10%）和380V–480V（-15%/+10%）电压波动。

f）集成安全功能：紧急情况下立即切断电机扭矩，符合SIL2安全等级，保护人员与设备。

g）易用性与集成便捷：Sinamics V-Assistant工具，免费调试软件，通过USB连接实现参数设置、试运行、故障诊断及实时监控；SD卡参数复制，批量设备调试时快速克隆参数，缩短工程时间；模块化接口，支持旋转式电缆接头，安装角度灵活；双通道脉冲接口简化与PLC/运动控制器的连接。

h）多协议兼容：集成PROFINET、PTI、Modbus RTU、USS等通信协议，无缝对接西门子PLC（如S7-1200/1500）及第三方系统。

5.7控制系统

a）本设备以PLC作为控制核心，控制气缸伺服动作、相机拍照触发、OK/NG分拣等。

b）PLC通过标准以太网连接到MES系统，与MES系统交换数据。
c）PLC与工控机通信，获取工控机的拍照结果数据。

控制拓扑举例：

第六章 双工位端塞焊机配套真空吸氦后坡口尺寸外观检测装置

增加一套坡口检测装置用于检测双工位端塞焊机第一端完成、真空吸氦后的基准端坡口质量

6.1双工位端塞焊机配套真空吸氦后坡口尺寸外观检测装置组成结构

1）功能模块介绍

设备功能模块主要由：相机、镜头、底板、相机安装板等组成，具体分布见设备整体示意图。

产线整体布局结构示意

检测组件结构示意

2）动作流程介绍

 产品在原工位上，通过气缸托起并向下一工位移动

 在产品托起并移动的过程中，视觉检测相机进行产品检测

6.2双工位端塞焊机配套真空吸氦后坡口尺寸外观检测装置技术性能

装置主要技术参数：

1）视觉检测相机及光源通过机械机构实现X、Y、Z方向手动可调；

2）装置外形尺寸：因现场产线改造，所以均为散件物料，在产线上拼装；

3）抗电磁干扰模式：屏蔽、滤波、接地；

4）设备无故障稳定运行周期：≥6个月（人为因素除外）；

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

6）对亮带尺寸、内外坡口尺寸以及缺陷大小的检测，检测精度0.01mm。