CN115326932A - 手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及手机中框的检测领域，为了解决市面上缺少一种可以针对手机中框复合材料内层缺陷的无损检测装置及其方法的问题，提供一种装置包括龙门移动模组、超声波探头、超声波检测池、治具和视觉引导单元，所述龙门移动模组包括至少两条同步运行的X轴，超声波探头安装在R轴上，超声波探头伸入下方的超声波检测池中，超声波检测池中设置有治具，Z轴与产品垂直，驱动超声波探头沿产品外轮廓运动，运动过程中超声波探头与产品外轮廓间的间距固定，超声波探头与产品之间保持垂直状态；视觉引导单元包括至少一台相机，相机获取产品四角所在位置图像，本发明具有设计合理、结构简单、检测效果好和适用范围广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及手机中框的检测领域，尤其是一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置及其方法。
背景技术
目前3C行业内，没有针对手机中框一类产品复合材料内层检测缺陷的成套自动化解决方案，特别是带弧的材料；出现这样的问题，主要是在于：
1、之前3C行业内，对于外壳一类的材料很少使用复合材料，对于内层缺陷的检测不是很迫切；随着产品更新升级，越来越多的复合材料被使用在3C行业内外壳上，对于这类检测会越来越多；
2、在曲面复合材料的无损检测中，使用机械人带动探头围绕材料测量效果很差，否定了带着探头围绕材料运动检测的方式，还有机器人本身轴定位误差大，在走弧线运动时，很难保证探头与材料间的距离与角度。
超声波探头芯片排布做成和弧段一样的样子，也就是仿形的传感器探头，也能保证弧段的复合材料相对于探头的距离始终保持一致，角度始终保持垂直，这样也可以解决有弧的复合材料内层缺陷检测，但是这样的方法，探头使用的芯片多，制作成本高，并且不利于对不同产品的兼容，3C行业产品升级换代非常快，定制的仿形探头只能专用，对于后续产品升级换代的兼容性差，为了新的需求必须再次开放新的探头，旧的探头没法继续使用，对于整个3C行业该类似的检测来说是一个巨大的浪费。
简单的说市面上缺少一种可以针对手机中框复合材料内层缺陷的无损检测装置及其方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决市面上缺少一种可以针对手机中框复合材料内层缺陷的无损检测装置及其方法的问题，提供一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置及其方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括龙门移动模组、超声波探头、超声波检测池、治具和视觉引导单元，所述龙门移动模组包括至少两条同步运行的X轴，X轴上安装Y轴，Y轴上安装Z轴，Z轴上安装R轴，超声波探头安装在R轴上，超声波探头伸入下方的超声波检测池中，超声波检测池中设置有治具，产品放置于治具上；所述Z轴与产品垂直，X轴、Y轴、Z轴和R轴配合，驱动超声波探头沿产品外轮廓运动，运动过程中超声波探头与产品外轮廓间的间距固定，超声波探头与产品之间保持垂直状态；所述视觉引导单元包括至少一台相机，相机获取产品四角所在位置图像，再与模拟轨迹路径比对调整龙门移动模组的移动路径。
为了减小震动对检测效果带来的影响，所述X轴为两条，平行安装在大理石底座上，超声波检测池设置在两条X轴的中间位置。
为了进一步的减小震动对检测效果带来的影响，所述治具通过支架悬空设置在超声波检测池中，治具安装在支架的上表面，支架两侧弯折并与大理石底座连接，支架的弯折处与超声波检测池的内壁两侧和外部边框之间存在距离，支架的底部与超声波检测池的内底面之间存在距离，支架的前后两端与超声波检测池内壁的前后端之间存在距离。
为了便于取放手机中框，所述支架两侧分别安装在气缸的活动端上，气缸的固定端垂直安装在大理石底座上，气缸活动端升降驱动治具的升降。
进一步的，所述视觉引导单元为一台CCD相机，相机安装在Z轴上。
一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测方法，包括如下步骤：
S1：导入产品外轮廓数据，软件自动区分产品的直线段和弧线段；软件将每个弧线段按角度等分成若干段，得到每段端点的XYR值；结合直线段端点的XYR值，最后生成完整的模拟轨迹路径；
S2：产品置于治具上，视觉引导单元获取产品四角的位置图像与S1中生成的模拟轨迹路径作比较，修正龙门移动模组的移动轨迹；
S3：产品固定，超声波探头在龙门移动模组X轴、Y轴、Z轴和R轴的驱动下沿着产品外轮廓移动，超声波探头在移动的过程中与产品外轮廓之间保持固定的相隔距离，同时超声波探头与产品始终保持垂直状态；
S4：S3中回波正常的产品被取走送入下一工序，S3中回波异常的产品经图像处理后找到缺陷的位置和大小；
S5：重复S2到S4。
进一步的，所述S1中软件等分弧线段点位的同时，使用旋转中心点来辅助计算弧线段上的点值。
进一步的，所述S1中共有四个弧线段，每个弧线段的弧线角度为90°，弧线段按0.1的角度等分成900个轨迹点。
进一步的，所述S3中超声波探头在经过弧线段时，超声波探头和弧线段圆弧处的法线平行。
进一步的，S4中所述图像处理通过ROI工具实现。
本发明的有益效果是，本发明的一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置，在结构上解决超声波对于震动非常敏感的问题：
1、采用龙门架的结构，来提高设备运行时的稳定性。
2、采用双X轴的设计，使得超声波探头在运行过程中更加的平稳，移动时产生的震动更小。
3、X轴安装在大理石的底座上，来减少运动过程中的震动对超声波检测的影响。
4、治具与超声波检测池之间没有物理连接，借助支架安装，支架也是安装在大理石的底座上，进一步的减少运动过程中的震动对超声波检测的影响。
从结构上龙门架的结构保证了设备整体运行时的稳定性，双X轴和以大理石为底座的设计来减少运动过程中的震动对超声波检测的影响。
一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测方法，为了解决曲线运动控制难的问题，采用Dxf 文件图纸导入功能，将产品的外轮廓（需要运动的采集轨迹）导入到PC软件中，软件自动生成运动轨迹点位坐标。针对曲线段的处理如下：采用等角度（0.1）切分整个曲线，得到每段端点的XYR值，这里也可以把角度切分的更细；在规划点位时，还使用了四个旋转中心来辅助计算弧上的点。有了精确的轨迹点坐标后，运动控制卡控制XYR轴模组进行多点连续插补运动，从而实现高精度的曲线轨迹运动。
在实际检测时，首先由CCD视觉系统采集产品四角位置，所得图像与PC模拟生成的轨迹路径做比对，调整实际的轨迹路径，超声波探头在检测过程中始终和产品的外轮廓保持固定的间距，且始终与产品保持垂直。
运用上述的装置和方法能保证检测结果的准确性，可以做到零误差，同时由软件生成模拟轨迹路径，理论上可以适用于现有的大多数3C产品，综上所述本发明具有设计合理、结构简单、检测效果好和适用范围广的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的局部结构示意图。
图3是本发明的模拟轨迹路径图。
图4是超声波探头与曲面段的配合关系图。
图5是视觉引导纠偏的示意图。
图中：1.超声波探头，2.超声波检测池，3.治具，4.视觉引导单元，5.X轴，6.Y轴，7.Z轴，8.R轴，9.产品，10.支架，11.气缸，12.大理石底座。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1到图5所示的一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置及其方法；
一、首先在大理石底座12上搭建龙门架结构
1、两条同步运行的X轴5平行安装在大理石底座12上，Y轴6安装在两条X轴5上，Z轴7安装在Y轴6上，R轴8安装在Z轴7上。
XYZ就是常规的能实现前后左右上下移动的三轴结构，区别在于采用两条X轴5来增加Y轴6在前后移动时的稳定性，同时减小Y轴6在前后移动时产生的震动；R轴8是可以360°转动的转动轴，X、X、Y、Z、R所以是个五轴结构。
2、在R轴8上安装市购的超声波探头1，Z轴7上安装CCD相机。
CCD相机的数量可以是一台、两台或四台，一台CCD相机时可以安装在Z轴7上，随着五轴结构的运动来完成对产品9四角的取像；
两台CCD相机时可以安装在治具3的正上方，镜头分别对准产品9的对角位置，采用对角拍摄的方式获取图像；
四台CCD相机时可以安装在治具3的正上方，镜头分别对准产品9的四个角，由四台相机直接获取图像；
采集到的图像会传输给PC由软件处理，具体处理过程在后详细说明；采用一台CCD相机的优点在于造价低，采用四台CCD相机的优点在于采集精度最高。
3、在两条X轴5的中间位置安装超声波检测池2，超声波检测池2中通过支架10、安装治具3。
支架10和超声波检测池2之间没有直接接触，治具3安装在支架10上，所以治具3和超声波检测池2之间也没有直接接触，支架10的两侧根据安装位置调整折弯角度，最后安装到气缸11上，治具3安装在支架10的中间位置，气缸11也安装在大理石底座12上，气缸11伸出抬起支架10推动治具3上升，反之推动治具3下降。
二、基于超声相控阵检测技术（PAUT）的中框检测
S1：将产品9的外轮廓图纸导入到PC软件中，软件自动识别直线段和曲线段，软件针对曲线段将每个曲线段做等角度切分，得到每段端点的XYR值，四个圆角曲线段采用相同的处理方式处理，最终自动生成模拟的轨迹路径图。
手机中框每个圆角曲线段的角度为90°，将90°的曲线段等角度切分，如等角度的数值选定为0.1°那么90÷0.1=900，所有的等分过程都是由软件完成，所有在切分结束后能自动得出每段轨迹点的XYR值，四个圆角采用相同的处理方式处理；在规划点位时，使用了四个旋转中心来辅助计算弧上的点，图3中内圈为产品9的外轮廓外圈为超声波探头的运动轨迹。以图4为例从A处到C处切分成900个轨迹点，把900个轨迹点规划出来，生成轨迹点1到轨迹点2的轨迹坐标，轨迹点2到轨迹点3的轨迹坐标，以此类推直到轨迹点900。
S2：现场超声波检测池2中注满水，由机械手抓取产品9（手机中框）放置于治具3上，气缸11降下产品9没入水中；
龙门移动模组运动，带动视觉引导单元4获取产品9四角图像，图像传输给PC，由软件与模拟的轨迹路径图进行比对，修正龙门移动模组的移动轨迹，具体的是修正超声波扫描时龙门移动模组的移动轨迹。
结合附图5所示，模拟的轨迹路径图中的起始点A采集图像中的起始点B，起始点A和起始点B之间的偏差角度为α，偏差角度也可以理解为是旋转角度，即产品9在摆放中整体转动了与模拟的轨迹路径图之间产生了偏差，这种偏差是极小的但又是客观存在的，所以在超声波探头1检测前进行修正能提高检测精度，保证检测结果的准确性。
S3：龙门移动模组再次运动，超声波探头在龙门移动模组X轴、Y轴、Z轴和R轴的驱动下沿着产品9外轮廓移动，超声波探头1工作，根据回波情况识别产品9的好坏；产品9在检测过程中保持不动的状态，超声波探头1在运动过程中始终与产品9保持如下状态：与产品9保持垂直状态，与产品9外轮廓间的间距保持不变的状态，图4所示，A、B、C三处为超声波探头1处于不同位置的展示，超声波探头1在经过弧线段时，超声波探头1和弧线段圆弧处的法线平行。
S4：回波识别为正常，气缸11伸出，机械手抓取治具3上检测完成的产品9送入下一工序，再放上新的待检测产品9。
回波识别为异常，在产品9外轮廓图纸导入软件中，抠出需要检测的区域；使用图像处理技术，找到缺陷的位置和大小，这次的相控阵超声波检测上，使用的是C扫数据，在缺陷的位置，返回回波的能量高，在能量灰度图上显示成白色，其他正常地方显示灰色；
寻找缺陷的逻辑是：在能量灰度图上需要白色的地方。这里的能量灰度由于复合材料内层和外层会被加工成不同的形状，相控阵超声波在这种复合材料检测上采集返回的回波能量会有差异，在能量灰度图上就会有黑的白的，这样就会影响到我们寻找缺陷的位置，在这里使用了把交界面的CAD图纸导入图像处理软件中，生产ROI工具，把可疑的地方提取出来，排除掉因复合材料结构引起的白色区域，进而在这部分中寻找白色的位置和大小。
S5：重复S2～S4实现连续检测，在更换产品9时重复S1就行，后续流程是一样的。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
Claims (10)
1.一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置，其特征在于：包括龙门移动模组、超声波探头、超声波检测池、治具和视觉引导单元，所述龙门移动模组包括至少两条同步运行的X轴，X轴上安装Y轴，Y轴上安装Z轴，Z轴上安装R轴，超声波探头安装在R轴上，超声波探头伸入下方的超声波检测池中，超声波检测池中设置有治具，产品放置于治具上；所述Z轴与产品垂直，X轴、Y轴、Z轴和R轴配合，驱动超声波探头沿产品外轮廓运动，运动过程中超声波探头与产品外轮廓间的间距固定，超声波探头与产品之间保持垂直状态；所述视觉引导单元包括至少一台相机，相机获取产品四角所在位置图像，再与模拟轨迹路径比对调整龙门移动模组的移动路径。
2.如权利要求1所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置，其特征在于：所述X轴为两条平行安装在大理石底座上，超声波检测池设置在两条X轴的中间位置。
3.如权利要求1所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置，其特征在于：所述治具通过支架悬空设置在超声波检测池中，治具安装在支架的上表面，支架两侧弯折并与大理石底座连接，支架的弯折处与超声波检测池的内壁两侧和外部边框之间存在距离，支架的底部与超声波检测池的内底面之间存在距离，支架的前后两端与超声波检测池内壁的前后端之间存在距离。
4.如权利要求3所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置，其特征在于：所述支架两侧分别安装在气缸的活动端上，气缸的固定端垂直安装在大理石底座上，气缸活动端升降驱动治具的升降。
5.如权利要求1所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测装置，其特征在于：所述视觉引导单元为一台CCD相机，相机安装在Z轴上。
6.一种手机中框复合材料内层缺陷无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：导入产品外轮廓数据，软件自动区分产品的直线段和弧线段；软件将每个弧线段按角度等分成若干段，得到每段端点的XYR值；结合直线段端点的XYR值，最后生成完整的模拟轨迹路径；
S2：产品置于治具上，视觉引导单元获取产品四角的位置图像与S1中生成的模拟轨迹路径作比较，修正龙门移动模组的移动轨迹；
S3：产品固定，超声波探头在龙门移动模组X轴、Y轴、Z轴和R轴的驱动下沿着产品外轮廓移动，超声波探头在移动的过程中与产品外轮廓之间保持固定的相隔距离，同时超声波探头与产品始终保持垂直状态；
S4：S3中回波正常的产品被取走送入下一工序，S3中回波异常的产品经图像处理后找到缺陷的位置和大小；
S5：重复S2到S4。
7.如权利要求6所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测方法，其特征在于：所述S1中软件等分弧线段点位的同时，使用旋转中心点来辅助计算弧线段上的点值。
8.如权利要求6所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测方法，其特征在于：所述S1中共有四个弧线段，每个弧线段的弧线角度为90°，弧线段按0.1的角度等分成900个轨迹点。
9.如权利要求6所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测方法，其特征在于：所述S3中超声波探头在经过弧线段时，超声波探头和弧线段圆弧处的法线平行。
10.如权利要求6所述的手机中框复合材料内层缺陷无损检测方法，其特征在于： S4中所述图像处理通过ROI工具实现。
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