CN105834120B - 基于机器视觉的全自动abs齿圈缺陷检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的全自动ABS齿圈缺陷检测系统。本发明地面上两张工作台以直角形式垂直放置，机械手及其底座位于中心，齿圈的检测由机械手与机械手夹具抓取带动，并配合上位机的缺陷检测软件，检测出ABS齿圈的缺陷类型，并将齿圈按类型分别放置于不同的下料框中。本发明为自动化模式，可大量减少人力财力在检测步骤的投入，提高检测的效率和检测的成功率。

Description

基于机器视觉的全自动ABS齿圈缺陷检测系统

技术领域

本发明涉及一种全自动检测系统，尤其涉及一种基于机器视觉的全自动ABS齿圈缺陷检测系统。

背景技术

ABS齿圈是汽车ABS刹车系统的重要组成部分，它的质量对汽车的安全性能非常重要。因此，ABS齿圈在加工生产后必须进行质量检测，才能应用于汽车生产。然而，传统的齿圈质量检测是人工检测，由工人肉眼观察齿圈表面是否存在缺陷，来判定该齿圈质量是否合格。这种方法耗时耗力，一旦检测时间过长，对工人的身体也会造成极大的伤害，不仅如此，工人长时间的劳动会导致肉眼的疲劳，从而导致检测效率和检测成功率的下降。

为了迎合工业智能生产，智能车间，机器换人的大趋势，设计一种能自动检测齿圈缺陷，且检测速度更快，检测成功率更高，经济性更强的检测系统尤为重要。

发明内容

针对应用领域的需求和背景技术的不足，本发明的目的在于设计一种利用机器视觉原理自动检测齿圈合格性的检测系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明主要包括PC机、工作台、储料框、ABS齿圈检测台、机械手夹具、机械手、机械手底座、储料框固定架。

所述的工作台以直角方向垂直放置，第一个工作台上放置上料储料框，储料框固定架及齿圈检测台，第二个工作台上放置下料储料框及储料框固定架。

所述的储料框分为上料框和下料框，分别用于安放待检测齿圈和已检测齿圈，下料框分为四类，分别安放对应于情况：合格、缺齿、积液及其他。每个储料框为可叠加式，齿圈为垂直台面安放。

所述的机械手夹具为气动夹具，分为上料夹具和下料夹具。

所述的机械手为六自由度关节臂机械手，由PLC控制，机械手底座与机械手的大小相匹配。

所述ABS齿圈检测台是以机器视觉技术为基础建立起来的ABS齿圈检测装置。检测台背面装有用于通讯的各类接口，检测工位裸露在外部，其本身的检测、通讯与控制由MSP430系列单片机电路来完成。

当机械手运动至上料位夹起第一个齿圈后，运动到检测位转向，将第一个齿圈水平放入检测位，再回到上料位，此时上位机开始检测第一个齿圈，机械手夹起下一号齿圈，回到检测位，转到水平方向后将第一个齿圈夹走，再退位转向，将待测的下一号齿圈放入，然后运动至下料位，转成竖直方向并根据检测结果将第一个齿圈放入对应下料框，最后回到上料位，清空第一个齿圈的检测结果，夹取下一号齿圈，同时在检测位的齿圈开始检测，如此循环，直至齿圈全部检测完毕。

进一步说，四类下料框中的任一一类下料框可安放63个已检测齿圈，采用3列21行形式排布。

进一步说，所述机械手的臂长为1.5米。

进一步说，所述的检测台内部旋转电机处滑轨及推杆的设计，可以在更换直径不同的齿圈型号时，更方便的使光源聚焦处回到齿圈前端中心处，并无需调节相机位置，提高效率，减小检测误差。

进一步说，所述的PC机上的在线软件能够自动采集数据并识别ABS齿圈缺陷进行分类，并根据分类结果控制机械手选择对应的下料框进行下料。而PC机可置于任意方便的位置供工人进行操作。

与背景技术相比，本发明的增益效果为：

1.本发明实现了ABS齿圈缺陷的识别分类，也实现了齿圈下料时的自动分拣，同时整个检测过程为自动化模式，节省了大量人力财力，提高了效率和检测成功率。

2.本发明将以机器视觉技术为基础的ABS齿圈缺陷检测技术应用于工业检测，制成检测台，使得齿圈检测更加方便与直接。

3.本发明的储料框设计成可叠加式以节省空间，其齿圈垂直安放的方式充分利用了储料框的空间，加长了储料框更换所需的时间，提高了效率。

附图说明

图1是本发明三维示意图。

图2是本发明检测台三维示意图。

图3是本发明检测台内部结构示意图。

图4是本发明储料框三维示意图。

图5是本发明机械手夹具模块示意图。

图6是本发明自动化检测总流程图。

图7是本发明机械手运动时序图。

图8是本发明软件流程图。

图9是本发明电路模块图。

图10是本发明上位机检测结果例图。

具体实施方式

如图1所示，地面上两张工作台1以直角形式垂直放置，机械手底座7位于中心，底座上7上放置机械手6，在机械手6顶端连接有机械手气动夹具5，夹具5用于夹取ABS齿圈3。工作台1-1上放置上料框2及检测台4，工作台1-2上放置下料框2，共4个，分别用于放置合格，缺齿，积液及其他共4类。每个储料框2周围都固定着4个储料框固定架8来进行限位。PC机可根据工厂实际情况摆放在合适的位置，图中先不画出。

如图2所示为检测台三维示意图，4-1为检测台外壳，顶层设置可旋转顶盖，掀起顶盖可调节和查看内部仪器，4-2为4个结果指示灯，分别对应合格、缺齿、积液及其他共4类检测结果，检测完毕后，结果指示灯会对应亮起。4-3为检测位调节推杆，可根据待测ABS齿圈型号大小调节旋转电机位置以达到最佳检测位置，正因如此，在旋转电机处设计有空槽方便电机位置的调节。4-4为电源指示灯，4-5为电源开关。

如图3所示为检测台三维内部示意图，4-6为线扫描CCD相机，前端连接相机镜头4-7，相机4-6底部固定有相机固定件4-17，固定件4-17与滑轨4-16的滑块相连，滑块可前后移动调节相机初始安装位置，镜头4-7左右两侧斜向各放置一个线阵光源4-13，光源4-13光的聚焦点对准ABS齿圈3前端中心，每个光源一侧有一个光源固定件4-14进行固定，光源底下放置有小型风扇4-12用于散热。镜头正前方为旋转电机模块，旋转电机4-10固定在滑轨滑块4-11上，旋转电机4-10上方固定齿圈托台4-9，托台4-9用于放置待检测的ABS齿圈3，旋转电机前后位置可通过推杆4-3推动调节。4-15为底板，底板4-15将检测台分为上下两层，上层如图所示，下层用于放置各类电子器件，如单片机电路板，光源控制器，开关电源等等。整个检测台4是由线阵CCD相机4-6扫描ABS齿圈3表面，根据扫描后所呈图像，再由检测算法判断齿圈合格与否的原理进行设计。当更换齿圈型号时，会出现齿圈直径不一样的情况，此时光源的聚焦点会偏离齿圈前端中心处，此种设计可以简单的推动电机处的滑轨来使得聚焦处重新回到中心处，并且此时相机到待测点的距离也不会改变，如此就无需调节光源和相机位置，变得更加简便，也不容易出错。另外可在电机旁边做个标记，这样换齿圈型号的时候只要让电机移动到固定位置即可。

如图4所示为储料框结构示意图，每个储料框2每排21个槽位，一共3排，共63个槽位，每个槽位可竖直放置ABS齿圈3，储料框2低端开3排空槽，空槽的大小对应齿圈3的突出部分，可让储料框2往上叠加放置。

如图5所示为机械手夹具模块示意图，5为机械手气动夹具，夹取时外向夹取齿圈3，夹具5与关节臂机械手6的顶端连接。

如图6所示为自动化检测总流程图，开始工作前，根据待测齿圈型号调节相应的仪器及一系列前期准备工作，开始工作后，机械手夹取第一个齿圈进检测位，然后开始检测，与此同时，机械手回上料位夹取第二个齿圈，将检测完的上一个齿圈取走，将待测齿圈放入，然后根据检测结果将检测完的齿圈放入对应下料框，最后返回上料位夹取下一个齿圈，同时清空上一个检测结果。在上料位夹取下一个齿圈之前，判断上料框或下料框是否夹完或放满并报警通知工人更换，更换完毕后，夹取下一个齿圈并同时开始进行检测位上齿圈的检测。反复循环，直至全部齿圈检测完毕。

如图7所示为机械手运动时序图，机械手根据上料位、检测位以及下料位，配合工位坐标，齿圈纵向摆放的状态以及利用一个机械手装配上料夹具和下料夹具的设计，制定出一套完整的动作流程。首先，机械手运动至上料位夹起第一个齿圈，运动到检测位转向，水平放入检测位，再回到上料位，此时上位机开始检测一号齿圈，机械手夹起下一号齿圈，回到检测位，转到水平方向后将被测齿圈夹走，再退位转向，将待测齿圈放入，然后运动至下料位，转成竖直方向并根据检测结果将被测齿圈放入对应下料框，最后回到上料位，清空上一个齿圈的检测结果，夹取下一号齿圈，同时在检测位的齿圈开始检测，如此循环，直至齿圈全部检测完毕。

如图8所示为软件流程图，首先根据待测齿圈型号设定参数，工作后，当齿圈安放完毕信号输入以后，上位机控制采集卡开始采集数据齿圈表面数据，数据传给检测算法进行检测，如果检测算法出错，报警并让工人检查检测位齿圈是否安放到位，检测完毕后显示结果，并保存扫描的图像，然后清空此次结果，待机械手复位准备夹取下一个齿圈时，判断上下料框是否夹完或放满，并报警通知工人更换，最后在夹取下一个齿圈的同时进行检测位上齿圈的检测。

如图9所示为电路模块图，上位机与MSP430电路板间利用RS232转USB进行通信，电路板利用RS485与PLC进行通信进而控制机械手，再利用其他端口控制气动夹具控制器，进而控制夹具的运动。

如图10所示为两个ABS齿圈型号检测结果示意图，缺陷部位已由不同颜色圆圈圈出，每一种颜色代表一类缺陷。由此可以清晰看出齿圈是否合格，并判断存在何种缺陷，若一个齿圈拥有不同种缺陷类型，下料时根据缺齿大于积液大于其他的优先顺序放入对应下料框中。上位机保存的图形及统计数据也可供厂家参考和复看。

Claims (4)

1.基于机器视觉的全自动ABS齿圈缺陷检测系统，包括PC机工作台、储料框、ABS齿圈检测台、机械手夹具、机械手、机械手底座、储料框固定架；其特征在于：

所述的工作台以直角方向垂直放置，第一个工作台上放置上料储料框，储料框固定架及齿圈检测台，第二个工作台上放置下料储料框及储料框固定架；

所述的储料框分为上料框和下料框，分别用于安放待检测齿圈和已检测齿圈，下料框分为四类，分别安放对应于情况：合格、缺齿、积液及其他；每个储料框为可叠加式，齿圈为垂直台面安放；

所述的机械手夹具为气动夹具，分为上料夹具和下料夹具；

所述的机械手为六自由度关节臂机械手，由PLC控制，机械手底座与机械手的大小相匹配；

所述ABS齿圈检测台是以机器视觉技术为基础建立起来的ABS齿圈检测装置；检测台背面装有用于通讯的各类接口，检测工位裸露在外部，其本身的检测、通讯与控制由MSP430系列单片机电路来完成；所述的检测台内部旋转电机处滑轨及推杆的设计，可以在更换直径不同的齿圈型号时，更方便的使光源聚焦点回到齿圈前端中心处，并无需调节相机及光源位置，提高效率，减小检测误差；

当机械手运动至上料位夹起第一个齿圈后，运动到检测位转向，将第一个齿圈水平放入检测位，再回到上料位，此时上位机开始检测第一个齿圈，机械手夹起下一号齿圈，回到检测位，转到水平方向后将第一个齿圈夹走，再退位转向，将待测的下一号齿圈放入，然后运动至下料位，转成竖直方向并根据检测结果将第一个齿圈放入对应下料框，最后回到上料位，清空第一个齿圈的检测结果，夹取下一号齿圈，同时在检测位的齿圈开始检测，如此循环，直至齿圈全部检测完毕。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全自动ABS齿圈缺陷检测系统，其特征在于：四类下料框中的任一一类下料框安放63个已检测齿圈，采用3列21行形式排布。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全自动ABS齿圈缺陷检测系统，其特征在于：所述机械手的臂长为1.5米。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全自动ABS齿圈缺陷检测系统，其特征在于：所述的PC机上的在线软件能够识别ABS齿圈缺陷并进行分类，并根据分类结果控制机械手选择对应的下料框进行下料。