基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)abs齒圈缺陷檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)。本發(fā)明地面上兩張工作臺以直角形式垂直放置，機(jī)械手及其底座位于中心，齒圈的檢測由機(jī)械手與機(jī)械手夾具抓取帶動(dòng)，并配合上位機(jī)的缺陷檢測軟件，檢測出ABS齒圈的缺陷類型，并將齒圈按類型分別放置于不同的下料框中。本發(fā)明為自動(dòng)化模式，可大量減少人力財(cái)力在檢測步驟的投入，提高檢測的效率和檢測的成功率。
【專利說明】
基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種全自動(dòng)檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]ABS齒圈是汽車ABS剎車系統(tǒng)的重要組成部分，它的質(zhì)量對汽車的安全性能非常重要。因此，ABS齒圈在加工生產(chǎn)后必須進(jìn)行質(zhì)量檢測，才能應(yīng)用于汽車生產(chǎn)。然而，傳統(tǒng)的齒圈質(zhì)量檢測是人工檢測，由工人肉眼觀察齒圈表面是否存在缺陷，來判定該齒圈質(zhì)量是否合格。這種方法耗時(shí)耗力，一旦檢測時(shí)間過長，對工人的身體也會造成極大的傷害，不僅如此，工人長時(shí)間的勞動(dòng)會導(dǎo)致肉眼的疲勞，從而導(dǎo)致檢測效率和檢測成功率的下降。
[0003]為了迎合工業(yè)智能生產(chǎn)，智能車間，機(jī)器換人的大趨勢，設(shè)計(jì)一種能自動(dòng)檢測齒圈缺陷，且檢測速度更快，檢測成功率更高，經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)的檢測系統(tǒng)尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對應(yīng)用領(lǐng)域的需求和【背景技術(shù)】的不足，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種利用機(jī)器視覺原理自動(dòng)檢測齒圈合格性的檢測系統(tǒng)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明主要包括PC機(jī)、工作臺、儲料框、ABS齒圈檢測臺、機(jī)械手夾具、機(jī)械手、機(jī)械手底座、儲料框固定架。
[0006]所述的工作臺以直角方向垂直放置，第一個(gè)工作臺上放置上料儲料框，儲料框固定架及齒圈檢測臺，第二個(gè)工作臺上放置下料儲料框及儲料框固定架。
[0007]所述的儲料框分為上料框和下料框，分別用于安放待檢測齒圈和已檢測齒圈，下料框分為四類，分別安放對應(yīng)于情況:合格、缺齒、積液及其他。每個(gè)儲料框?yàn)榭莎B加式，齒圈為垂直臺面安放。
[0008]所述的機(jī)械手夾具為氣動(dòng)夾具，分為上料夾具和下料夾具。
[0009]所述的機(jī)械手為六自由度關(guān)節(jié)臂機(jī)械手，由PLC控制，機(jī)械手底座與機(jī)械手的大小相匹配。
[0010]所述ABS齒圈檢測臺是以機(jī)器視覺技術(shù)為基礎(chǔ)建立起來的ABS齒圈檢測裝置。檢測臺背面裝有用于通訊的各類接口，檢測工位裸露在外部，其本身的檢測、通訊與控制由MSP430系列單片機(jī)電路來完成。
[0011]當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)至上料位夾起第一個(gè)齒圈后，運(yùn)動(dòng)到檢測位轉(zhuǎn)向，將第一個(gè)齒圈水平放入檢測位，再回到上料位，此時(shí)上位機(jī)開始檢測第一個(gè)齒圈，機(jī)械手夾起下一號齒圈，回到檢測位，轉(zhuǎn)到水平方向后將第一個(gè)齒圈夾走，再退位轉(zhuǎn)向，將待測的下一號齒圈放入，然后運(yùn)動(dòng)至下料位，轉(zhuǎn)成豎直方向并根據(jù)檢測結(jié)果將第一個(gè)齒圈放入對應(yīng)下料框，最后回到上料位，清空第一個(gè)齒圈的檢測結(jié)果，夾取下一號齒圈，同時(shí)在檢測位的齒圈開始檢測，如此循環(huán)，直至齒圈全部檢測完畢。
[0012]進(jìn)一步說，四類下料框中的任一一類下料框可安放63個(gè)已檢測齒圈，采用3列21行形式排布。
[0013]進(jìn)一步說，所述機(jī)械手的臂長為1.5米。
[0014]進(jìn)一步說，所述的檢測臺內(nèi)部旋轉(zhuǎn)電機(jī)處滑軌及推桿的設(shè)計(jì)，可以在更換直徑不同的齒圈型號時(shí)，更方便的使光源聚焦處回到齒圈前端中心處，并無需調(diào)節(jié)相機(jī)位置，提高效率，減小檢測誤差。
[0015]進(jìn)一步說，所述的PC機(jī)上的在線軟件能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并識別ABS齒圈缺陷進(jìn)行分類，并根據(jù)分類結(jié)果控制機(jī)械手選擇對應(yīng)的下料框進(jìn)行下料。而PC機(jī)可置于任意方便的位置供工人進(jìn)行操作。
[0016]與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明的增益效果為:
1.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 ABS齒圈缺陷的識別分類，也實(shí)現(xiàn)了齒圈下料時(shí)的自動(dòng)分揀，同時(shí)整個(gè)檢測過程為自動(dòng)化模式，節(jié)省了大量人力財(cái)力，提高了效率和檢測成功率。
[0017]2.本發(fā)明將以機(jī)器視覺技術(shù)為基礎(chǔ)的ABS齒圈缺陷檢測技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)檢測，制成檢測臺，使得齒圈檢測更加方便與直接。
[0018]3.本發(fā)明的儲料框設(shè)計(jì)成可疊加式以節(jié)省空間，其齒圈垂直安放的方式充分利用了儲料框的空間，加長了儲料框更換所需的時(shí)間，提高了效率。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明三維示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明檢測臺三維示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明檢測臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明儲料框三維示意圖。
[0023]圖5是本發(fā)明機(jī)械手夾具模塊示意圖。
[0024]圖6是本發(fā)明自動(dòng)化檢測總流程圖。
[0025]圖7是本發(fā)明機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)序圖。
[0026]圖8是本發(fā)明軟件流程圖。
[0027]圖9是本發(fā)明電路模塊圖。
[0028]圖10是本發(fā)明上位機(jī)檢測結(jié)果例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]如圖1所示，地面上兩張工作臺I以直角形式垂直放置，機(jī)械手底座7位于中心，底座上7上放置機(jī)械手6，在機(jī)械手6頂端連接有機(jī)械手氣動(dòng)夾具5，夾具5用于夾取ABS齒圈3。工作臺1-1上放置上料框2及檢測臺4，工作臺1-2上放置下料框2，共4個(gè)，分別用于放置合格，缺齒，積液及其他共4類。每個(gè)儲料框2周圍都固定著4個(gè)儲料框固定架8來進(jìn)行限位。PC機(jī)可根據(jù)工廠實(shí)際情況擺放在合適的位置，圖中先不畫出。
[0030]如圖2所示為檢測臺三維示意圖，4-1為檢測臺外殼，頂層設(shè)置可旋轉(zhuǎn)頂蓋，掀起頂蓋可調(diào)節(jié)和查看內(nèi)部儀器，4-2為4個(gè)結(jié)果指示燈，分別對應(yīng)合格、缺齒、積液及其他共4類檢測結(jié)果，檢測完畢后，結(jié)果指示燈會對應(yīng)亮起。4-3為檢測位調(diào)節(jié)推桿，可根據(jù)待測ABS齒圈型號大小調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)電機(jī)位置以達(dá)到最佳檢測位置，正因如此，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)處設(shè)計(jì)有空槽方便電機(jī)位置的調(diào)節(jié)。4-4為電源指示燈，4-5為電源開關(guān)。
[0031]如圖3所示為檢測臺三維內(nèi)部示意圖，4-6為線掃描CCD相機(jī)，前端連接相機(jī)鏡頭4-7，相機(jī)4-6底部固定有相機(jī)固定件4-17，固定件4-17與滑軌4-16的滑塊相連，滑塊可前后移動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)初始安裝位置，鏡頭4-7左右兩側(cè)斜向各放置一個(gè)線陣光源4-13，光源4-13光的聚焦點(diǎn)對準(zhǔn)ABS齒圈3前端中心，每個(gè)光源一側(cè)有一個(gè)光源固定件4-14進(jìn)行固定，光源底下放置有小型風(fēng)扇4-12用于散熱。鏡頭正前方為旋轉(zhuǎn)電機(jī)模塊，旋轉(zhuǎn)電機(jī)4-10固定在滑軌滑塊4-11上，旋轉(zhuǎn)電機(jī)4-10上方固定齒圈托臺4-9，托臺4-9用于放置待檢測的ABS齒圈3，旋轉(zhuǎn)電機(jī)前后位置可通過推桿4-3推動(dòng)調(diào)節(jié)。4-15為底板，底板4-15將檢測臺分為上下兩層，上層如圖所示，下層用于放置各類電子器件，如單片機(jī)電路板，光源控制器，開關(guān)電源等等。整個(gè)檢測臺4是由線陣CCD相機(jī)4-6掃描ABS齒圈3表面，根據(jù)掃描后所呈圖像，再由檢測算法判斷齒圈合格與否的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)更換齒圈型號時(shí)，會出現(xiàn)齒圈直徑不一樣的情況，此時(shí)光源的聚焦點(diǎn)會偏離齒圈前端中心處，此種設(shè)計(jì)可以簡單的推動(dòng)電機(jī)處的滑軌來使得聚焦處重新回到中心處，并且此時(shí)相機(jī)到待測點(diǎn)的距離也不會改變，如此就無需調(diào)節(jié)光源和相機(jī)位置，變得更加簡便，也不容易出錯(cuò)。另外可在電機(jī)旁邊做個(gè)標(biāo)記，這樣換齒圈型號的時(shí)候只要讓電機(jī)移動(dòng)到固定位置即可。
[0032]如圖4所示為儲料框結(jié)構(gòu)示意圖，每個(gè)儲料框2每排21個(gè)槽位，一共3排，共63個(gè)槽位，每個(gè)槽位可豎直放置ABS齒圈3，儲料框2低端開3排空槽，空槽的大小對應(yīng)齒圈3的突出部分，可讓儲料框2往上疊加放置。
[0033]如圖5所示為機(jī)械手夾具模塊示意圖，5為機(jī)械手氣動(dòng)夾具，夾取時(shí)外向夾取齒圈3，夾具5與關(guān)節(jié)臂機(jī)械手6的頂端連接。
[0034]如圖6所示為自動(dòng)化檢測總流程圖，開始工作前，根據(jù)待測齒圈型號調(diào)節(jié)相應(yīng)的儀器及一系列前期準(zhǔn)備工作，開始工作后，機(jī)械手夾取第一個(gè)齒圈進(jìn)檢測位，然后開始檢測，與此同時(shí)，機(jī)械手回上料位夾取第二個(gè)齒圈，將檢測完的上一個(gè)齒圈取走，將待測齒圈放入，然后根據(jù)檢測結(jié)果將檢測完的齒圈放入對應(yīng)下料框，最后返回上料位夾取下一個(gè)齒圈，同時(shí)清空上一個(gè)檢測結(jié)果。在上料位夾取下一個(gè)齒圈之前，判斷上料框或下料框是否夾完或放滿并報(bào)警通知工人更換，更換完畢后，夾取下一個(gè)齒圈并同時(shí)開始進(jìn)行檢測位上齒圈的檢測。反復(fù)循環(huán)，直至全部齒圈檢測完畢。
[0035]如圖7所示為機(jī)械手運(yùn)動(dòng)時(shí)序圖，機(jī)械手根據(jù)上料位、檢測位以及下料位，配合工位坐標(biāo)，齒圈縱向擺放的狀態(tài)以及利用一個(gè)機(jī)械手裝配上料夾具和下料夾具的設(shè)計(jì)，制定出一套完整的動(dòng)作流程。首先，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)至上料位夾起第一個(gè)齒圈，運(yùn)動(dòng)到檢測位轉(zhuǎn)向，水平放入檢測位，再回到上料位，此時(shí)上位機(jī)開始檢測一號齒圈，機(jī)械手夾起下一號齒圈，回到檢測位，轉(zhuǎn)到水平方向后將被測齒圈夾走，再退位轉(zhuǎn)向，將待測齒圈放入，然后運(yùn)動(dòng)至下料位，轉(zhuǎn)成豎直方向并根據(jù)檢測結(jié)果將被測齒圈放入對應(yīng)下料框，最后回到上料位，清空上一個(gè)齒圈的檢測結(jié)果，夾取下一號齒圈，同時(shí)在檢測位的齒圈開始檢測，如此循環(huán)，直至齒圈全部檢測完畢。
[0036]如圖8所示為軟件流程圖，首先根據(jù)待測齒圈型號設(shè)定參數(shù)，工作后，當(dāng)齒圈安放完畢信號輸入以后，上位機(jī)控制采集卡開始采集數(shù)據(jù)齒圈表面數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳給檢測算法進(jìn)行檢測，如果檢測算法出錯(cuò)，報(bào)警并讓工人檢查檢測位齒圈是否安放到位，檢測完畢后顯示結(jié)果，并保存掃描的圖像，然后清空此次結(jié)果，待機(jī)械手復(fù)位準(zhǔn)備夾取下一個(gè)齒圈時(shí)，判斷上下料框是否夾完或放滿，并報(bào)警通知工人更換，最后在夾取下一個(gè)齒圈的同時(shí)進(jìn)行檢測位上齒圈的檢測。
[0037]如圖9所示為電路模塊圖，上位機(jī)與MSP430電路板間利用RS232轉(zhuǎn)USB進(jìn)行通信，電路板利用RS485與PLC進(jìn)行通信進(jìn)而控制機(jī)械手，再利用其他端口控制氣動(dòng)夾具控制器，進(jìn)而控制夾具的運(yùn)動(dòng)。
[0038]如圖1O所不為兩個(gè)ABS齒圈型號檢測結(jié)果不思圖，缺陷部位已由不問顏色圓圈圈出，每一種顏色代表一類缺陷。由此可以清晰看出齒圈是否合格，并判斷存在何種缺陷，若一個(gè)齒圈擁有不同種缺陷類型，下料時(shí)根據(jù)缺齒大于積液大于其他的優(yōu)先順序放入對應(yīng)下料框中。上位機(jī)保存的圖形及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也可供廠家參考和復(fù)看。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)，包括PC機(jī)工作臺、儲料框、ABS齒圈檢測臺、機(jī)械手夾具、機(jī)械手、機(jī)械手底座、儲料框固定架;其特征在于: 所述的工作臺以直角方向垂直放置，第一個(gè)工作臺上放置上料儲料框，儲料框固定架及齒圈檢測臺，第二個(gè)工作臺上放置下料儲料框及儲料框固定架； 所述的儲料框分為上料框和下料框，分別用于安放待檢測齒圈和已檢測齒圈，下料框分為四類，分別安放對應(yīng)于情況:合格、缺齒、積液及其他;每個(gè)儲料框?yàn)榭莎B加式，齒圈為垂直臺面安放； 所述的機(jī)械手夾具為氣動(dòng)夾具，分為上料夾具和下料夾具； 所述的機(jī)械手為六自由度關(guān)節(jié)臂機(jī)械手，由PLC控制，機(jī)械手底座與機(jī)械手的大小相匹配； 所述ABS齒圈檢測臺是以機(jī)器視覺技術(shù)為基礎(chǔ)建立起來的ABS齒圈檢測裝置;檢測臺背面裝有用于通訊的各類接口，檢測工位裸露在外部，其本身的檢測、通訊與控制由MSP430系列單片機(jī)電路來完成； 當(dāng)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)至上料位夾起第一個(gè)齒圈后，運(yùn)動(dòng)到檢測位轉(zhuǎn)向，將第一個(gè)齒圈水平放入檢測位，再回到上料位，此時(shí)上位機(jī)開始檢測第一個(gè)齒圈，機(jī)械手夾起下一號齒圈，回到檢測位，轉(zhuǎn)到水平方向后將第一個(gè)齒圈夾走，再退位轉(zhuǎn)向，將待測的下一號齒圈放入，然后運(yùn)動(dòng)至下料位，轉(zhuǎn)成豎直方向并根據(jù)檢測結(jié)果將第一個(gè)齒圈放入對應(yīng)下料框，最后回到上料位，清空第一個(gè)齒圈的檢測結(jié)果，夾取下一號齒圈，同時(shí)在檢測位的齒圈開始檢測，如此循環(huán)，直至齒圈全部檢測完畢。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于:四類下料框中的任一一類下料框可安放63個(gè)已檢測齒圈，采用3列21行形式排布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述機(jī)械手的臂長為1.5米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的檢測臺內(nèi)部旋轉(zhuǎn)電機(jī)處滑軌及推桿的設(shè)計(jì)，可以在更換直徑不同的齒圈型號時(shí)，更方便的使光源聚焦點(diǎn)回到齒圈前端中心處，并無需調(diào)節(jié)相機(jī)及光源位置，提高效率，減小檢測誤差。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的全自動(dòng)ABS齒圈缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的PC機(jī)上的在線軟件能夠識別ABS齒圈缺陷并進(jìn)行分類，并根據(jù)分類結(jié)果控制機(jī)械手選擇對應(yīng)的下料框進(jìn)行下料。
【文檔編號】B07C5/34GK105834120SQ201610164014
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月19日
【發(fā)明人】陸楓, 胡佳成, 陳愛軍, 常旭, 查新龍
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院