为解决人工插装连接器撑簧圈时劳动强度大、效率低、一致性差的问题，例以 LabVIEW为开发平台，结合 IMAQ Vision 机器视觉库，搭配精密硬件搭建智能插装系统。系统可适配 9 芯、13 芯、25 芯、66 芯、128 芯 5 种规格工件，经 100 只产品测试，插装合格率达 100%，定位精度 0.005mm，主键角度计算误差 0.1°，图像处理耗时约 480ms，高效解决多品种、多芯数连接器的柔性插装难题。
应用场景
系统聚焦电连接器生产环节，针对连接器中 "撑簧圈插装" 这一关键工序设计。电连接器通过阴阳接触件实现电源、信号、光电路通断，撑簧圈作为接触件可靠固定的核心部件，其插装质量直接影响装备系统可靠性。传统人工或示教机器人插装，存在 "工件规格变化适配难、人工定位偏差大（易擦伤工件）、多芯数插孔定位效率低" 等问题，本系统适用于中小批量多规格连接器生产场景，尤其满足 128 芯等多芯数工件的高精度插装需求。
硬件选型
硬件选型以 "高精度、高稳定、适配 LabVIEW 集成" 为核心，具体选型及理由如下：
| 硬件模块 | 选型 | 选型理由 |
|---|---|---|
| 伺服系统 | 西门子 S7-1200 系列 | 支持高精度位置控制（定位误差≤0.001mm），与 LabVIEW 通过 PROFINET 通讯兼容，满足 Z 轴视觉系统上下调节及插装机构精准驱动需求 |
| 十字滑台 | THK 线性滑台 | 采用滚珠丝杠结构，重复定位精度 0.003mm，适配 X/Y 轴工件移动，负载能力匹配多规格工件重量，运行平稳无卡顿 |
| 视觉系统 | Basler acA2500-14uc | 2500 万像素分辨率 + 14fps 帧率，可清晰捕捉插孔细节；支持 USB3.0 与 LabVIEW IMAQ Vision 直连，图像传输延迟≤10ms，满足实时采集需求 |
| PLC 控制器 | 三菱 FX5U 系列 | 运算速度快（基本指令 0.065μs），支持以太网与 LabVIEW 双向通讯，可快速接收孔位坐标并控制滑台 / 机器人动作，稳定性适配工业连续生产 |
| 工业机器人 | ABB IRB 1200 | 4 自由度设计，重复定位精度 0.01mm，支持 LabVIEW 通过 EtherNet/IP 协议控制，可实现工件抓取、角度旋转（主键对齐 X 轴），适配多规格工件夹持 |
| 夹爪 | SMC MHZ2 系列 | 气动驱动，夹持力可调（5-30N），V 型结构适配不同尺寸工件固定，避免夹持损伤，与 PLC 联动实现自动夹紧 / 松开 |
软件架构
软件以 LabVIEW为核心，基于 IMAQ Vision 库实现 "图像采集 - 预处理 - 特征提取 - 定位控制" 全流程，具体功能实现如下：
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图像采集：通过 IMAQ Vision 的IMAQ Create与IMAQ Acquire函数，控制 Basler 相机采集工件图像，经以太网实时传输至上位机，支持单触发 / 连续采集模式，适配插装流程中的 3 次拍照需求（主键角度计算、角度复测、孔位坐标计算）；
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图像预处理：
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用IMAQ Set ROI函数划定 ROI 区域，屏蔽夹爪刮擦、掉漆等背景噪声，凸显工件区域；
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基于IMAQ Threshold函数实现二值化（阈值设为 50），通过公式分离黑色插孔与背景（灰度＜50 设为 1，≥50 设为 0）；
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调用IMAQ Remove Small Objects与IMAQ Remove Border Objects函数，去除二值化后的小斑点与边界干扰；
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用IMAQ Morphology函数执行闭操作，填充插孔细小沟壑（灰尘 / 细丝导致），确保插孔轮廓完整；
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- 特征提取：
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基于IMAQ Geometric Matching函数，以预处理后的清晰图像为模板，计算工件主键与 X 轴夹角（如测试中 128 芯工件角度为 - 104.743°），返回匹配分数（≥960 判定有效）；
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调用IMAQ Particle Analysis函数，分析插孔粒子特征，计算所有插孔中心坐标，通过IMAQ Calibrate函数（Eye-in-Hand 手眼标定）转换为机器人坐标系坐标；
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- 控制通讯：通过 LabVIEW 的NI-VISA与TCP/IP通讯函数，将孔位坐标上报至三菱 PLC，同时接收 PLC 的动作反馈（如滑台到位、插装完成），实现 "上位机 - PLC - 机器人" 联动，控制十字滑台移动至插装位、插装机构沿 Z 轴推装撑簧圈。
开发问题
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图像噪声干扰：夹爪磨损导致背景噪声多，二值化后插孔边缘存在小斑点，影响角度计算精度；
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主键角度误差：初始几何匹配模板精度不足，部分工件角度计算误差＞0.5°，导致插装方向偏差；
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坐标转换偏差：手眼标定参数未优化，图像坐标转换为机器人坐标后，定位偏差＞0.01mm；
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通讯延迟：LabVIEW 与 PLC 初始采用 RS485 通讯，数据传输慢（＞200ms），导致滑台动作滞后。
问题解决
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噪声处理：优化 ROI 区域（缩小至工件边缘 10mm 内），增加IMAQ Median Filter中值滤波（窗口大小 3×3），结合闭操作（结构元素 5×5），彻底消除小斑点与沟壑，插孔轮廓清晰度提升 90%；
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角度误差优化：采用 "多模板匹配" 策略，采集 10 种规格工件的标准图像建立模板库，匹配时自动选择最相似模板，同时增加角度复测步骤（第 2 次拍照验证），误差控制在 0.1° 内；
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坐标标定优化：使用 LabVIEW 的IMAQ Vision Calibration Toolkit，采集 9 个标定点（均匀分布工件区域），建立高精度标定矩阵，结合多次标定取平均值，坐标转换偏差降至 0.005mm；
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通讯升级：将通讯方式改为以太网（TCP/IP 协议），优化 LabVIEW 的TCP Write与TCP Read函数参数（缓冲区大小 1024 字节，超时时间 50ms），通讯延迟缩短至＜50ms，满足实时控制需求。
通过 LabVIEW+IMAQ Vision 构建的智能插装系统，彻底解决传统插装的效率与精度问题，实现多规格连接器撑簧圈 100% 合格插装。LabVIEW 的图形化编程、IMAQ Vision 的成熟视觉算法、多设备集成能力，是系统高效开发与稳定运行的核心保障，为工业自动化中的 "视觉引导装配" 提供可复用方案。