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摘 要：微动开关是具有速动机构及微小触点间隙的精密机械电气开关。微动开关在制造过程中因外壳注塑、引脚冲压等异常，会出现部分外观不合格产品。这些外观不良品除影响销售外，还会影响产品的正常使用和寿命，一旦流入市场，所造成的负面影响非常大。因此，微动开关的外观检测成为企业生产过程中的一个重要环节。本文就基于机器视觉的微动开关正反面外观检测与分拣系统的设计与实现展开探讨。
关键词：机器视觉;微动开关;外观检测
引言
微动开关是一种施压促动的快速转换开关，因为其开关的触点间距比较小，故名微动开关。微动开关在需频繁换接电路的设备中进行自动控制及安全保护等，广泛应用在电子设备、仪器仪表、矿山、电力系统、家用电器、电器设备，以及航天、航空、舰船、导弹、坦克等军事领域。
1微动开关结构设计和工作原理
（1）微动开关结构设计。基于Catia软件建立了微动开关的三维数模，微动开关的剖视图。该微动开关主要由弹片、预压件、按钮、常闭端触点、常开端触点、上壳体和下壳体等结构组成。在预压件上设计有两个V形槽结构，弹片弓形结构预紧安装在V形槽内，通过调整V形槽之间的间距，可以调整弹片的预压量。在上壳体上设计有导向孔，按钮装配在导向孔内，保证按钮只能上下运动，通过调整导向孔位置，可以调整按钮下压弹片的位置。弹片端部焊接有上下两个触点。（2）微动开关工作原理。弹片自由和安装状态时，通过预压件的V形槽预压弹簧，使弹片的上触点和常闭端触点之间保持一定的接触力。当在按钮上施加力时，按钮沿着导向孔向下运动下压弹片，当弹片变形到一定程度时，弹片上触点和常闭端触点断开，继续下压弹片，弹片下触点和常开端触点接触，微动开关另外一测功能接通。在下压按钮的过程中，施加在按钮上的操作力是随下压量变化而变化的，反馈给操作者一定的手感。当松开按钮时，弹片会自动回弹，恢复到初始安装状态，弹片上触点与常闭端触点接通。通过这一系列的动作，微动开关完成了一次上通→上断→下通→下断→上通的功能循环。可以看出，弹片预压量和操作按钮位置直接影响微动开关的静、动态力学特性。
2系统整体设计
检测系统主要由供料单元、2个输送单元、2个视觉检测单元、转移单元、翻转单元等构成。系统工作过程：微动开关从供料单元出来后，以正面朝上的姿态进入第1输送线，经第1视觉单元触发拍照并检测，不合格品立即被吹入第1不合格收集区，合格品继续被往前输送，由转移单元送入翻转单元，经翻转单元一边输送和一边翻转，微动开关以反面朝上的姿态进入第2输送线，经第2视觉单元触发拍照并检测，不合格品立即被吹入第2不合格收集区，合格品继续被往前输送，最终落入合格品收集区。按照上述设计思路，基于Solidworks三维建模工具，设计出检测系统整体三维结构。其中，采用振动盘作为供料单元，采用平带传动机构作为输送线，采用欧姆龙图像检测系统作为视觉单元，设计了转移单元和翻转单元。翻转单元采用直振送料器的推进力和3D打印的曲面翻转轨道的引导作用，实现了边输送边翻转微动开关的目的，翻转过程中无需夹持或吸附微动开关，因而避免了二次夹伤微动开关或对微动开关表面造成其他影响的风险。选用PLC作为整个系统的中央控制器，协调各个单元的动作。
3PLC控制系统设计
3.1PLC控制系统
微动开关自动筛选排序装置的控制系统采用PLC控制器。PLC工作可靠性高，抗干扰能力强，使用、维护方便，使它在目前的流水线自动分选系统中得到了广泛应用
3.2控制程序设计
由于输送线上微动开关进入相机视野的情况复杂多变，当触发传感器感应到微动开关到来时，可能图像传感器的控制器还处于上一个产品的检测忙碌状态，不能接收新的检测命令;或者前一个微动开关还处于吹气触发传感器的位置，未离开相机视野;另外，触发传感器有时候还会存在几毫秒的信号抖动等干扰。因此，不能简单地由触发传感器直接给图像传感器的控制器发送检测命令。考虑到上述复杂情况，将拍照触发传感器信号接入PLC，由PLC给图像传感器控制发送检测命令，并控制吹气喷头吹除不合格的微动开关。
3.3装配和操作过程参数设置
在装配过程准静态模拟计算时，设定较小的分析步，保证弹片上触点和常闭端触点之间的接触计算能够顺利收敛。在装配过程计算完成后，可以得到弹片上触点和常闭端触点之间的接触力。当模拟按钮下压过程时，在按钮上施加1mm向下的位移，施加在按钮上的操作力可以通过查看节点反力的方法推导，弹片下触点和常开端触点之间的接触力也可以以此方法推导。仿真计算中，通过調整V形槽的位置改变弹片预压量，弹片预压量，由Δ表示。以预压件的左侧V形槽为参考位置，以按钮与参考位置的垂直距离D定义按钮的位置。
3.4重量测试原理
微动开关体积小、重量轻，其重量测量精度要求比较高，采用测量精度为±0.01g的电子天平进行测量。为提高微动开关测试效率，在完成微动开关的行程、力、回跳时间、接触电阻测量后，控制系统驱动机械手抓取装置将夹具中的微动开关抓取至称重位置，以测量微动开关的重量。
3.5仿真及设计效果检验
为了验证此装置的设计效果，以各关键结构尺寸为准，制作样机，底座采用塑料模具拼接而成。偏心电机提供振动。利用样机进行排序效果检验，其排序效果符合预定的设计，且行驶平稳。自动定向排序策略的选择和装置参数的优化还有待于进一步研究。
结语
随着国家对制造型企业产品质量提升工程的不断推广，以及企业自身对生产自动化水平和“机器换人”要求的不断提升，机器视觉技术在产品外观质量检测上的应用将会越来越广泛。该文基于机器视觉、PLC电气控制和机械等多学科交叉的技术，设计并研制出了一套微动开关正反面外观检测系统。该系统能够实现自动翻转微动开关并检测其外观质量，剔除不合格品，全过程无需人为干预，自动化程度高。实际应用结果表明，设备运行流畅，不会卡料;检测效率高，达到每分钟70多个;视觉检测准确率高，不存在误判情况。该系统解决了原来人工检测作业的诸多不足，具有很好的推广应用价值。
参考文献
[1] 李志明.基于机器视觉的鲜枣群体大小检测算法[J].工业仪表与自动化装置，2018（05）：29-32.
[2] 李春，李琳，邹焱飚，等.基于机器视觉的钣金件缺陷在线检测算法[J].制造业自动化，2018，38（7）：56-59.
[3] 胡浩，李俊峰，沈军民.基于机器视觉的小磁瓦表面微缺陷检测方法研究[J].机电工程，2019，36（2）：117-123.
[4] 付贵，刘莉雯，郭湘川.基于机器视觉的轴承座分类识别系统研究[J].机电工程，2019，36（10）：1115-1118.
[5] 汪聪，胡国清.基于机器视觉的餐盘检测定位系统的研究[J].制造业自动化，2019，41（1）：40-41.
[6] 贺可太，张茜.基于机器视觉的熔融沉积成型几何质量在线检测方法[J].现代制造工程，2019（5）：18-23.
[7] 陈鹏，张爱梅，张强，等.基于机器视觉的扁弹簧分类方法研究[J].现代制造工程，2018（3）：126-129.
基金项目：重庆市教育委员会科学技术研究项目（KJQN201802401）;大学生创新创业训练计划项目（201713627009）。
关键词：机器视觉;微动开关;外观检测
引言
微动开关是一种施压促动的快速转换开关，因为其开关的触点间距比较小，故名微动开关。微动开关在需频繁换接电路的设备中进行自动控制及安全保护等，广泛应用在电子设备、仪器仪表、矿山、电力系统、家用电器、电器设备，以及航天、航空、舰船、导弹、坦克等军事领域。
1微动开关结构设计和工作原理
（1）微动开关结构设计。基于Catia软件建立了微动开关的三维数模，微动开关的剖视图。该微动开关主要由弹片、预压件、按钮、常闭端触点、常开端触点、上壳体和下壳体等结构组成。在预压件上设计有两个V形槽结构，弹片弓形结构预紧安装在V形槽内，通过调整V形槽之间的间距，可以调整弹片的预压量。在上壳体上设计有导向孔，按钮装配在导向孔内，保证按钮只能上下运动，通过调整导向孔位置，可以调整按钮下压弹片的位置。弹片端部焊接有上下两个触点。（2）微动开关工作原理。弹片自由和安装状态时，通过预压件的V形槽预压弹簧，使弹片的上触点和常闭端触点之间保持一定的接触力。当在按钮上施加力时，按钮沿着导向孔向下运动下压弹片，当弹片变形到一定程度时，弹片上触点和常闭端触点断开，继续下压弹片，弹片下触点和常开端触点接触，微动开关另外一测功能接通。在下压按钮的过程中，施加在按钮上的操作力是随下压量变化而变化的，反馈给操作者一定的手感。当松开按钮时，弹片会自动回弹，恢复到初始安装状态，弹片上触点与常闭端触点接通。通过这一系列的动作，微动开关完成了一次上通→上断→下通→下断→上通的功能循环。可以看出，弹片预压量和操作按钮位置直接影响微动开关的静、动态力学特性。
2系统整体设计
检测系统主要由供料单元、2个输送单元、2个视觉检测单元、转移单元、翻转单元等构成。系统工作过程：微动开关从供料单元出来后，以正面朝上的姿态进入第1输送线，经第1视觉单元触发拍照并检测，不合格品立即被吹入第1不合格收集区，合格品继续被往前输送，由转移单元送入翻转单元，经翻转单元一边输送和一边翻转，微动开关以反面朝上的姿态进入第2输送线，经第2视觉单元触发拍照并检测，不合格品立即被吹入第2不合格收集区，合格品继续被往前输送，最终落入合格品收集区。按照上述设计思路，基于Solidworks三维建模工具，设计出检测系统整体三维结构。其中，采用振动盘作为供料单元，采用平带传动机构作为输送线，采用欧姆龙图像检测系统作为视觉单元，设计了转移单元和翻转单元。翻转单元采用直振送料器的推进力和3D打印的曲面翻转轨道的引导作用，实现了边输送边翻转微动开关的目的，翻转过程中无需夹持或吸附微动开关，因而避免了二次夹伤微动开关或对微动开关表面造成其他影响的风险。选用PLC作为整个系统的中央控制器，协调各个单元的动作。
3PLC控制系统设计
3.1PLC控制系统
微动开关自动筛选排序装置的控制系统采用PLC控制器。PLC工作可靠性高，抗干扰能力强，使用、维护方便，使它在目前的流水线自动分选系统中得到了广泛应用
3.2控制程序设计
由于输送线上微动开关进入相机视野的情况复杂多变，当触发传感器感应到微动开关到来时，可能图像传感器的控制器还处于上一个产品的检测忙碌状态，不能接收新的检测命令;或者前一个微动开关还处于吹气触发传感器的位置，未离开相机视野;另外，触发传感器有时候还会存在几毫秒的信号抖动等干扰。因此，不能简单地由触发传感器直接给图像传感器的控制器发送检测命令。考虑到上述复杂情况，将拍照触发传感器信号接入PLC，由PLC给图像传感器控制发送检测命令，并控制吹气喷头吹除不合格的微动开关。
3.3装配和操作过程参数设置
在装配过程准静态模拟计算时，设定较小的分析步，保证弹片上触点和常闭端触点之间的接触计算能够顺利收敛。在装配过程计算完成后，可以得到弹片上触点和常闭端触点之间的接触力。当模拟按钮下压过程时，在按钮上施加1mm向下的位移，施加在按钮上的操作力可以通过查看节点反力的方法推导，弹片下触点和常开端触点之间的接触力也可以以此方法推导。仿真计算中，通过調整V形槽的位置改变弹片预压量，弹片预压量，由Δ表示。以预压件的左侧V形槽为参考位置，以按钮与参考位置的垂直距离D定义按钮的位置。
3.4重量测试原理
微动开关体积小、重量轻，其重量测量精度要求比较高，采用测量精度为±0.01g的电子天平进行测量。为提高微动开关测试效率，在完成微动开关的行程、力、回跳时间、接触电阻测量后，控制系统驱动机械手抓取装置将夹具中的微动开关抓取至称重位置，以测量微动开关的重量。
3.5仿真及设计效果检验
为了验证此装置的设计效果，以各关键结构尺寸为准，制作样机，底座采用塑料模具拼接而成。偏心电机提供振动。利用样机进行排序效果检验，其排序效果符合预定的设计，且行驶平稳。自动定向排序策略的选择和装置参数的优化还有待于进一步研究。
结语
随着国家对制造型企业产品质量提升工程的不断推广，以及企业自身对生产自动化水平和“机器换人”要求的不断提升，机器视觉技术在产品外观质量检测上的应用将会越来越广泛。该文基于机器视觉、PLC电气控制和机械等多学科交叉的技术，设计并研制出了一套微动开关正反面外观检测系统。该系统能够实现自动翻转微动开关并检测其外观质量，剔除不合格品，全过程无需人为干预，自动化程度高。实际应用结果表明，设备运行流畅，不会卡料;检测效率高，达到每分钟70多个;视觉检测准确率高，不存在误判情况。该系统解决了原来人工检测作业的诸多不足，具有很好的推广应用价值。
参考文献
[1] 李志明.基于机器视觉的鲜枣群体大小检测算法[J].工业仪表与自动化装置，2018（05）：29-32.
[2] 李春，李琳，邹焱飚，等.基于机器视觉的钣金件缺陷在线检测算法[J].制造业自动化，2018，38（7）：56-59.
[3] 胡浩，李俊峰，沈军民.基于机器视觉的小磁瓦表面微缺陷检测方法研究[J].机电工程，2019，36（2）：117-123.
[4] 付贵，刘莉雯，郭湘川.基于机器视觉的轴承座分类识别系统研究[J].机电工程，2019，36（10）：1115-1118.
[5] 汪聪，胡国清.基于机器视觉的餐盘检测定位系统的研究[J].制造业自动化，2019，41（1）：40-41.
[6] 贺可太，张茜.基于机器视觉的熔融沉积成型几何质量在线检测方法[J].现代制造工程，2019（5）：18-23.
[7] 陈鹏，张爱梅，张强，等.基于机器视觉的扁弹簧分类方法研究[J].现代制造工程，2018（3）：126-129.
基金项目：重庆市教育委员会科学技术研究项目（KJQN201802401）;大学生创新创业训练计划项目（201713627009）。