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CN115236086A - 一种多面体工件视觉检测设备 - Google Patents

一种多面体工件视觉检测设备 Download PDF

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CN115236086A
CN115236086A CN202210894403.XA CN202210894403A CN115236086A CN 115236086 A CN115236086 A CN 115236086A CN 202210894403 A CN202210894403 A CN 202210894403A CN 115236086 A CN115236086 A CN 115236086A
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王红军
徐秀进
郑文和
何育恒
陈敬贤
郑昭科
成海艳
林怡延
吴梓豪
李楚瑜
张科
王欢
靳仰文
洪江鑫
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South China Agricultural University
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Abstract

本发明涉及一种多面体工件视觉检测设备，包括直型传送带、环形传送带、检测平台、机械臂、分拣机构、液晶控制显示屏、顶部相机、侧面相机、底部相机；直型传送带的末端与环形传送带的首端相接，环形传送带的末端位于直型传送带的首段的正上方；检测平台、机械臂、液晶控制显示屏位于直型传送带的一侧，分拣机构位于检测平台的一侧；检测平台包括底部透明的承托工件的转动平台；机械臂包括将工件从直型传送带吸附至转动平台的吸盘；顶部相机位于直型传送带上方，侧面相机位于转动平台一侧，底部相机位于转动平台下方。本发明结构简单、检测速度快、检测精度高，属于工件视觉检测设备技术领域。

Description

一种多面体工件视觉检测设备
技术领域
本发明涉及工件视觉检测设备，具体涉及一种多面体工件视觉检测设备。
背景技术
机器视觉分析检测是用机器代替肉眼来进行检测缺陷，机器视觉系统是通过将工件特征提取后转换成图像信号，输入至图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号。图像识别系统软件等通过分析这些数字化信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而检测工件是否存在缺陷。检测系统采用工业相机将工件的表面转换成图像信号，根据像素分布、亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、寸尺等。检测平台根据训练模型进行检测后输出结果。然而基于机器视觉分析的工件精度检验设备使用时是存在一定的弊端，在对于一些表面比较光滑的工件检验时，光滑的工件表面可能会反光影响照相机拍摄的清晰度，从而影响检测精度。
CN113109345A公开了一种多面体产品多工位同时外观自动检测设备，先进行顶部拍摄，再进行底面拍摄，最后进行侧面拍摄，其底面检测和侧面检测是在不同工位处实现。为了实现底面检测，需要用机械手将工件夹持于底面相机上方停留。为了实现侧面检测，机械手需移开而不对工件侧面进行遮挡。拍摄完成后，再通过另一组机械手将工件从侧面拍摄工位转移至下料口进行下料。这种检测设备存在如下缺点：1.底面拍摄和侧面拍摄无法同步进行，工件检测耗时长；2.需要两组机械手，机械手动作复杂；3.通过夹持的方式移动工件，夹具一经设计，不易调整，设备不具有很好的通用性，使用范围窄。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构简单且检测效率高的多面体工件视觉检测设备。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多面体工件视觉检测设备，包括直型传送带、环形传送带、检测平台、机械臂、分拣机构、液晶控制显示屏、顶部相机、侧面相机、底部相机；直型传送带的末端与环形传送带的首端相接，环形传送带的末端位于直型传送带的首段的正上方；检测平台、机械臂、液晶控制显示屏位于直型传送带的一侧，分拣机构位于检测平台的一侧；检测平台包括底部透明的承托工件的转动平台；机械臂包括将工件从直型传送带吸附至转动平台的吸盘；顶部相机位于直型传送带上方，侧面相机位于转动平台一侧，底部相机位于转动平台下方。
作为一种优选，环形传送带与直型传送带首尾相连，从直型传送带的末端往下掉落的未被吸取的工件落到环形传送带上，工件从环形传送带的末端掉落回直型传送带，重新进行检测。
作为一种优选，环形传送带与直型传送带的上方均安装有龙门架，龙门架上安装顶部相机，顶部相机镜头朝下，直型传送带上方的顶部相机用于采集工件顶面图像，环形传送带上方的顶部相机用于统计工件数量。
作为一种优选，检测平台包括电机、转盘、连杆、槽轮、透明底板；槽轮包括中心部、圆周均布在中心部四周的四个开槽部、位于四个开槽部之间的四个连接部，开槽部上设有沿着径向方向向外开设的槽，连接部的外侧为内凹的圆弧形；转盘为圆盘型，一侧设有弧形缺口，转盘的半径与连接部外侧圆弧形半径相等；连杆与转盘固定连接，连杆沿着径向方向设置，连杆位于弧形缺口的中部，连杆的外侧设有销轴；转盘和槽轮均转动式安装在透明底板上，电机驱动转盘和连杆同步转动，销轴通过与槽配合带动槽轮间歇式转动。
作为一种优选，中心部的下方设有圆环槽，滚珠安装在圆环槽中实现槽轮相对于透明底板转动；放置工件的中心部透明，底部相机位于透明底板下方，镜头向上朝向中心部，用于采集工件底面图像。
作为一种优选，机械臂包括机械臂底座、基座、大臂主杆、小臂主杆、末端主体；吸盘安装在末端主体上，末端主体、小臂主杆、大臂主杆、基座依次转动式相接，基座与机械臂底座水平转动式连接。
作为一种优选，机械臂上还设有与液晶控制显示屏相接的USB接口。
作为一种优选，检测平台包括将工件从槽轮推下分拣机构的拨杆；分拣机构包括分拣轨道、分拣拨杆、舵机；分拣轨道向下倾斜设置，前段为喇叭形段，后段为矩形段，矩形段的中部设有隔板从而将矩形段分成合格品收集轨道和不良品收集轨道，隔板的前端在前后方向上位于矩形段的中部，分拣拨杆的后端与隔板的前端转动式连接，舵机驱动分拣拨杆转动从而分拣拨杆将合格品收集轨道或不良品收集轨道闭合，并在不良品收集轨道或合格品收集轨道的前方形成喇叭形的导入口。
作为一种优选，分拣轨道的上端面设有减少工件摩擦损伤的光滑的塑料膜。
作为一种优选，通过铝型材搭建机架，直型传送带、环形传送带、检测平台、机械臂、分拣机构、液晶控制显示屏均固定在机架上；顶部相机、侧面相机、底部相机均通过铝型材固定在机架上。
本发明具有如下优点：
1.对传送带、检测平台、机械臂、分拣机构进行重新设计和布局，形成一种新的布局的、结构更精简的、检测效率更高的多面体工件视觉检测设备。
2.直型传送带与环形传送带形成一个闭合回路，未被机械臂吸附的工件将被环形传送带上方的顶部相机计数并且循环至下一次，能够完成工件第一个面的检测。
3.检测平台中的槽轮设计有4个槽，使得转盘转动一周等于槽轮转动1/4周，能够实现工件4个面的检测，提高检测效率。同时，槽轮间歇式停止，保证侧面相机采集到清晰的图案，保证检测精度。
4.槽轮采用类似玻璃等透明度高的材质，在底部相机的配合下完成工件底面的检测，侧面与底面拍摄同步进行，提高检测效率。
5.分拣机构上的分拣拨杆能够在检测完成后，工件合格时分拣拨杆将闭合不良品收集轨道，反之原理相同。能够完成合格品与不良品的分类。
6.检测平台旁设置有液晶控制显示屏，能够实时监控检测平台的工作情况。
附图说明
图1是一种多面体工件视觉检测设备的检测流程图。
图2是一种多面体工件视觉检测设备的立体图。
图3是一种多面体工件视觉检测设备的机械臂左视方向的结构示意图。
图4是一种多面体工件视觉检测设备的机械臂右视方向的结构示意图。
图5是一种多面体工件视觉检测设备的局部示意图。
图6是图5的俯视图。
图7是检测平台的俯视图。
其中，1为环形传送带，2为直型传送带，3为机械臂，4为检测平台，5为分拣机构，6为液晶控制显示屏。
301为机械臂底座，302为基座，303为大臂主杆，304为小臂主杆，305为末端主体。
401为拨杆，402为透明底板，403为底面相机，404为侧面相机，405为槽轮，406为转盘，407为滚珠。
501为分拣轨道，502为分拣拨杆，503为隔板。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
一种多面体工件视觉检测设备，包括直型传送带、环形传送带、检测平台、机械臂、分拣机构、液晶控制显示屏、顶部相机、侧面相机、底部相机；直型传送带的末端与环形传送带的首端相接，环形传送带的末端位于直型传送带的首段的正上方；检测平台、机械臂、液晶控制显示屏位于直型传送带的一侧，分拣机构位于检测平台的一侧；检测平台包括底部透明的承托工件的转动平台；机械臂包括将工件从直型传送带吸附至转动平台的吸盘；顶部相机位于直型传送带上方，侧面相机位于转动平台一侧，底部相机位于转动平台下方。采用该设备能达到检测工件多个面的目的。
直型传送带上方的顶部相机采用双目工业相机，环形传送带上方的顶部相机采用单目工业相机，侧面相机采用工业相机，底部相机采用工业相机。
环形传送带与直型传送带首尾相连，从直型传送带的末端往下掉落的未被吸取的工件落到环形传送带上，工件从环形传送带的末端掉落回直型传送带，重新进行检测。直型传送带、环形传送带形成一个闭环回路，其中直型传送带采用的是带传动，并且运用马达驱动，工件经过加工首先流向直型传送带，经直型传送带上方安装的双目工业相机检测，经过检测后进入下一个步骤；未进入下一步骤的工件由直型传送带流向环形传送带，经过环形传送带上的单目相机计数统计后落回到直型传送带的起点。传送带形成闭环回路能够让操作者实时检测其运行情况，且完成工件的第一面检测。
环形传送带与直型传送带的上方均安装有龙门架，龙门架上安装顶部相机，顶部相机镜头朝下，直型传送带上方的顶部相机用于采集工件顶面图像，环形传送带上方的顶部相机用于统计工件数量。
检测平台包括电机、转盘、连杆、槽轮、透明底板；槽轮包括中心部、圆周均布在中心部四周的四个开槽部、位于四个开槽部之间的四个连接部，开槽部上设有沿着径向方向向外开设的槽，连接部的外侧为内凹的圆弧形；转盘为圆盘型，一侧设有弧形缺口，转盘的半径与连接部外侧圆弧形半径相等；连杆与转盘固定连接，连杆沿着径向方向设置，连杆位于弧形缺口的中部，连杆的外侧设有销轴；转盘和槽轮均转动式安装在透明底板上，电机驱动转盘和连杆同步转动，销轴通过与槽配合带动槽轮间歇式转动。槽轮设计有4个槽，使得转盘转动一周等于槽轮转动1/4周，即经过电机驱动转盘旋转一周带动槽轮旋转1/4周完成一个面的检测，此工序共完成工件4个面的检测。销轴沿着槽轮的径向切入和切出槽，销轴与槽接触时，槽轮转动，弧形缺口提供槽轮通过的空间，销轴离开槽时，转盘与槽轮相切，从而转盘转动，槽轮停止。
中心部的下方设有圆环槽，滚珠安装在圆环槽中实现槽轮相对于透明底板转动；放置工件的中心部透明，底部相机位于透明底板下方，镜头向上朝向中心部，用于采集工件底面图像。本实施例中，圆环槽的宽度是2毫米。
机械臂包括机械臂底座、基座、大臂主杆、小臂主杆、末端主体；吸盘安装在末端主体上，末端主体、小臂主杆、大臂主杆、基座依次转动式相接，基座与机械臂底座水平转动式连接。机械臂为现有设备，选型为三轴机械臂，且可水平360度转动。机械臂左右侧各装有一个马达，且采用了三轴运动的方式，且运用了平行四边形结构，其末端吸盘永远垂直于地平面。其中吸盘通过抽出内部空气形成压强差达到吸附工件的目的，即机械臂将工件转移至检测平台上的槽轮上。
机械臂上还设有与液晶控制显示屏相接的USB接口。
检测平台包括将工件从槽轮推下分拣机构的拨杆；分拣机构包括分拣轨道、分拣拨杆、舵机；分拣轨道向下倾斜设置，前段为喇叭形段，后段为矩形段，矩形段的中部设有隔板从而将矩形段分成合格品收集轨道和不良品收集轨道，隔板的前端在前后方向上位于矩形段的中部，分拣拨杆的后端与隔板的前端转动式连接，舵机驱动分拣拨杆转动从而分拣拨杆将合格品收集轨道或不良品收集轨道闭合，并在不良品收集轨道或合格品收集轨道的前方形成喇叭形的导入口。拨杆在完成检测后将工件送至分拣机构，为了防止拨杆将工件送至分拣机构时对工件产生损伤，槽轮表面铺有光滑透明的塑胶膜。工件被检测合格后送至分拣机构时，分拣拨杆闭合不良品收集轨道，工件依靠重力流向合格品收集装置；工件被检测为不良后送至分拣机构时，分拣拨杆闭合合格品收集轨道，工件依靠重力流向不良品收集装置；舵机会根据液晶控制显示屏的实时数据来驱动分拣拨杆闭合相应的轨道。分拣轨道输出口装有合格品收集装置和不良品收集装置。
分拣轨道的上端面设有减少工件摩擦损伤的光滑的塑料膜，使得工件被拨杆送至分拣轨道时能依靠重力平滑向下滑行且不损伤工件表面。
液晶控制显示屏安装在检测平台的一侧，能够实时监控每一步的运行情况，并联合各部位的驱动装置等对各部位进行控制，并且实时显示检测结果。
通过铝型材搭建机架，直型传送带、环形传送带、检测平台、机械臂、分拣机构、液晶控制显示屏均固定在机架上；顶部相机、侧面相机、底部相机均通过铝型材固定在机架上。
运行过程如下：
第一步：操作者在工作面板上调控好直型传送带、环形传送带的运行速度。
第二步：经加工后的工件流送至直型传送带，上方的双目工业相机对其进行检测。
第三步：控制双目工业相机检测工件表面是否存在缺陷。
第四步：未被机械臂吸附的工件进入环形传送带，经过工业相机计数后回到直型传送带起点等待二次检测。
第五步：液晶控制显示屏控制机械臂将工件吸附至检测平台上，若工件存在缺陷，控制电机驱动拨杆将工件送至分拣轨道；若工件不存在缺陷，液晶控制显示屏控制检测平台开始工作。
第六步：液晶控制显示屏控制电机驱动转盘带动槽轮旋转，并联合控制一侧和底部的工业相机进行检测工件表面是否存在缺陷。
第七步：液晶控制显示屏控制电机驱动拨杆将工件送至分拣轨道。
第八步：根据检测结果，控制电机驱动分拣拨杆。工件被检测合格后，分拣拨杆闭合不良品收集轨道；工件被检测为不良后，分拣拨杆闭合合格品收集轨道。
第九步：工件依靠重力滑落至相应的收集装置，等待操作者取出。
重复第二步进行下次工件检测。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：包括直型传送带、环形传送带、检测平台、机械臂、分拣机构、液晶控制显示屏、顶部相机、侧面相机、底部相机；直型传送带的末端与环形传送带的首端相接，环形传送带的末端位于直型传送带的首段的正上方；检测平台、机械臂、液晶控制显示屏位于直型传送带的一侧，分拣机构位于检测平台的一侧；检测平台包括底部透明的承托工件的转动平台；机械臂包括将工件从直型传送带吸附至转动平台的吸盘；顶部相机位于直型传送带上方，侧面相机位于转动平台一侧，底部相机位于转动平台下方。
2.按照权利要求1所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：环形传送带与直型传送带首尾相连，从直型传送带的末端往下掉落的未被吸取的工件落到环形传送带上，工件从环形传送带的末端掉落回直型传送带，重新进行检测。
3.按照权利要求2所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：环形传送带与直型传送带的上方均安装有龙门架，龙门架上安装顶部相机，顶部相机镜头朝下，直型传送带上方的顶部相机用于采集工件顶面图像，环形传送带上方的顶部相机用于统计工件数量。
4.按照权利要求1所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：检测平台包括电机、转盘、连杆、槽轮、透明底板；
槽轮包括中心部、圆周均布在中心部四周的四个开槽部、位于四个开槽部之间的四个连接部，开槽部上设有沿着径向方向向外开设的槽，连接部的外侧为内凹的圆弧形；
转盘为圆盘型，一侧设有弧形缺口，转盘的半径与连接部外侧圆弧形半径相等；连杆与转盘固定连接，连杆沿着径向方向设置，连杆位于弧形缺口的中部，连杆的外侧设有销轴；
转盘和槽轮均转动式安装在透明底板上，电机驱动转盘和连杆同步转动，销轴通过与槽配合带动槽轮间歇式转动。
5.按照权利要求4所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：中心部的下方设有圆环槽，滚珠安装在圆环槽中实现槽轮相对于透明底板转动；放置工件的中心部透明，底部相机位于透明底板下方，镜头向上朝向中心部，用于采集工件底面图像。
6.按照权利要求1所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：机械臂包括机械臂底座、基座、大臂主杆、小臂主杆、末端主体；吸盘安装在末端主体上，末端主体、小臂主杆、大臂主杆、基座依次转动式相接，基座与机械臂底座水平转动式连接。
7.按照权利要求6所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：机械臂上还设有与液晶控制显示屏相接的USB接口。
8.按照权利要求4所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：检测平台包括将工件从槽轮推下分拣机构的拨杆；分拣机构包括分拣轨道、分拣拨杆、舵机；分拣轨道向下倾斜设置，前段为喇叭形段，后段为矩形段，矩形段的中部设有隔板从而将矩形段分成合格品收集轨道和不良品收集轨道，隔板的前端在前后方向上位于矩形段的中部，分拣拨杆的后端与隔板的前端转动式连接，舵机驱动分拣拨杆转动从而分拣拨杆将合格品收集轨道或不良品收集轨道闭合，并在不良品收集轨道或合格品收集轨道的前方形成喇叭形的导入口。
9.按照权利要求8所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：分拣轨道的上端面设有减少工件摩擦损伤的光滑的塑料膜。
10.按照权利要求1所述的一种多面体工件视觉检测设备，其特征在于：通过铝型材搭建机架，直型传送带、环形传送带、检测平台、机械臂、分拣机构、液晶控制显示屏均固定在机架上；顶部相机、侧面相机、底部相机均通过铝型材固定在机架上。
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