专利名称：检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种检测设备，具体地说，是涉及一种检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备及其实现方法。
背景技术：
随着家具板材行业的不断发展，板材的产量越来越大，并且市场对于板材的质量要求也越来越高，因此，对板材的检测也成为了生产过程中的一个重要环节。就目前而言，家具板材的检测主要是集中在板材的孔径孔位以及槽宽槽位上，传统的检测方式为人工将板放在对应的模型上，能放进去则适合，不能放进去则不适合，其检测方式较为粗糙，效率偏低，检测精度很不理想，需要工作人员拥有丰富的经验，因此，现有技术的生产流程相当繁杂，并且所付出的人力成本也高。针对该种情况，为了节约企业人力成本，提高检测效率与精度，研发一套可实现对大幅面板材的孔距孔位以及槽宽槽位进行高速高精度自动检测功能的视觉自动化设备便成为本领域技术人员重点研究的内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，主要解决现有的技术手段对板材的孔径孔位和槽宽槽位的检测存在精度不高的问题，并在此硬件基础上提供该设备的实现方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下
检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，包括工控机和与该工控机连接实现通讯的检测执行系统；所述检测执行系统包括设有支架的基座，安装在该基座上并依次连接的上料传输台、传输装置和下料传输台，分别与支架连接的光纤传感器、用于采集板材表面图像的光学成像装置以及用于为光学成像装置提供光源的光源发射装置。由于板材上布满了大量的灰尘，因此，为防止灰尘对设备工作造成干扰，所述上料传输台上还设有除尘罩。具体地说，所述传输装置包括分别与上料传输台和下料传输台连接的滚轮输送台，以及与该滚轮输送台连接的伺服电机；所述光源发射装置与滚轮输送台连接。进一步地，所述光学成像装置包括上成像装置和下成像装置，其中，上成像装置包括安装在支架上且位于滚轮输送台上方的上平台，设置在该上平台上且连接有第一相机的第一混合伺服电机，以及安装在支架上且与第一相机镜头位置相对的上光学反射镜；所述下成像装置包括安装在支架上且位于滚轮输送台下方的下平台，设置在该下平台上且连接有第二相机的第二混合伺服电机，以及安装在支架上且与第二相机镜头位置相对的下光学反射镜。作为优选，所述第一相机和第二相机均为线阵CCD相机；并且为确保图像采集的效果，所述第一相机和第二相机均为四个。
再进一步地，所述光纤传感器为对射式光纤传感器，而所述光源发射装置则包括上光源发射装置和下光源发射装置，其中，所述上光源发射装置包括固定在支架上并位于滚轮输送台上方的上安装板，通过第一连接块与该上安装板连接的第一透明漫射板，以及安装在上安装板与第一透明漫射板之间、且数量为一个以上的第一 LED灯；所述下光源发射装置则包括固定在支架上并位于滚轮输送台下方的下安装板，通过第二连接块与该下安装板连接的第二透明漫射板，以及安装在下安装板与第二透明漫射板之间、且数量为一个以上的第二 LED灯。当检测到不合格板材时，为了使设备能给出明显的提醒信号，所述基座上还设有报警器。为了保证整机安装的稳定性和刚性，所述基座由花岗岩制成。在上述硬件的基础上，本发明还提供了该自动化设备的实现方法，包括以下步骤
(1)工控机根据被检测的板材的型号预先导入对应的标准文件；
(2)并将板材放置到上料传输台上，启动设备，上料传输台将板材输送到滚轮输送台
上；
(3)滚轮输送台对板材继续进行输送，直到该板材位于光学成像装置的工作区域内，光源发射装置启动，同时光学成像装置在光源发射装置提供光源的情况下对板材的上下表面进行图像采集；
(4)图像采集完毕后，光学成像装置将采集的数据传输到工控机，由该工控机对数据进行分析、处理，得到检测结果；
(5)滚轮输送台将板材输送到下料传输台上，由下料传输台将板材运出检测执行系统。其中，所述步骤(3)包括以下步骤
(3a)伺服电机控制滚轮输送台运动使其对板材继续进行输送，当对射式光纤传感器感应到该板材已进入光学成像装置的工作区域时将感应信号反馈给光源发射装置；
(3b)第一 LED灯根据对射式光纤传感器的反馈对板材的上表面发光,且该光线透过第一透明漫射板并射到板材的上表面上；同时第二 LED灯根据对射式光纤传感器的反馈对板材的下表面发光，该光线透过第二漫反射板并射到板材的下表面上；
(3c)第一混合伺服电机根据工控机预设的数据控制第一相机在上平台上运动到最佳成像位置，第一相机开启，上光学反射镜将照射在板材上表面的光线反射到第一相机中，第一相机对板材的上表面进行图像采集，同时第二混合伺服电机根据工控机预设的数据控制第二相机在上平台上运动到最佳成像位置，第二相机开启，下光学反射镜将照射在板材下表面的光线反射到第二相机中，第二相机则对板材的下表面进行图像采集。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
(I)本发明结构设计合理，工作效率高，且使用方便。(2)本发明实现了板材孔位和槽位的流水化检测，其利用工控机控制检测执行系统工作、机械运输、对射式光纤传感器感应并反馈信号、高精度光学系统拍摄以及光源发射装置均匀补光的方式，真实反应出了板材的表面加工情况，从而方便工作人员根据理论结果对板材进行监测，达到了对板材的高分辨率、低畸变、高质量成像的目的，本发明不仅大大提闻了板材成品的合格率，而且具有自动化程度闻，检测精度闻的特点，因此，其与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。(3)本发明的光源发射装置中设有透明漫射板，LED灯的光线穿过透明漫射板后，光线根据漫反射原理，可以均匀照射在板材表面，从而方便了光学成像装置中第一相机和第二相机对板材上下表面的拍摄，使其拍出来的图像具有光线均匀、没有反光的优点，更是方便了后期对图像数据的分析和处理，从而大大简化整个数据处理流程，因此，透明漫射板的设置很好地解决了由于LED灯光线过长容易造成光源的亮度均匀性不好的问题。(4)本发明采用滚轮输送台对板材进行运输检测，其通过伺服电机的控制，可以确保板材在平台上均匀运输，从而方便光源对板材进行均匀补光，进而也方便了相机对板材进行拍摄。(5)本发明的第一相机和第二相机均为线阵C⑶相机，并且数量均设为四个，因为家具行业对板材要求的最高检测精度为O. 2mm,而最长的板材通常为2358mm,因此,根据公式物面分辨率(即一个像素所代表的尺寸)=物体尺寸/像素个数，所以像素个数为2358/0. 2=11790，因为本发明的主要目的为检测板材表面的情况，通常使用两到三个像素代表物面分辨率的尺寸，所以横向像素的个数为11790X2 —11790X3 (23580—35370)，而一个线阵CXD相机的线像素通常为7400，所以四个相机线阵排列像素个数就为7400X4=29600个，完全了符合规定的要求，因此，第一相机和第二相机均设为四个不仅可以很好地完成板材表面的检测，而且也节约了企业成本，本发明真正达到了实现检测和成本之间最佳平衡效果的目的。(6)本发明采用花岗岩制作基座，可以保证整机安装的稳定性和刚性。(7)本发明设置了报警器，当检测到不合格板材时，设备能给出明显的提醒信号，从而也方便了工作人员对板材的上料位置进行更正，使得整个工作流程更加符合现场的工作环境。(8)本发明工作流程简洁、检测精度高，并且制造方便，其不仅大大降低了人力成本，而且更重要的是提高了成品的合格率，从而维护了厂家的声誉，因此，本发明在市场上具有很广泛的应用前景和巨大的市场发展潜力，其非常适于在本领域内推广使用。
图1为本发明中检测执行系统的结构示意图。图2为本发明取出保护罩后的结构示意图。图3为滚轮输送台的内部结构示意图。图4为本发明中部分零部件的结构示意图。图5为光源发射装置的结构示意图。图6为本发明的系统框图。图7为本发明中检测执行系统的流程示意图。其中，上述附图标记对应的零部件名称为1-基座，2-支架,3-上料传输台，4-除尘罩,5-滚轮输送台,6-伺服电机,7-下料传输台，8-上平台，9-第一混合伺服电机，10-第一相机，11-上光学反射镜，12-下平台，13-第二混合伺服电机，14-第二相机,15-下光学反射镜，16-上安装板,17-第一 LED灯，18-第一连接块，19-第一透明漫射板，20-下安装板，21-第二 LED灯，22-第二连接块，23-第二透明漫射板，24-报警器，25-保护罩，26-光纤传感器，27-光线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例如图1 5所示，本发明包括工控机和与该工控机连接实现通讯的检测执行系统，工控机中内置有处理检测执行系统检测的数据的处理模块，以及用于实现图像采集数据通讯的图像采集卡和实现运动控制数据通讯的运动控制卡，并且该工控机为现有技术，与现有的具有数据处理功能的工控机相同，其通讯方式与现有的设备与控制机之间的通讯方式相同，均是通过数据线将二者相连通，故在此不再详细介绍，附图中也未画出工控机的具体结构。所述检测执行系统包括基座1、上料传输台3、传输装置、下料传输台7、光纤传感器26、光学成像装置以及光源发射装置，其中，上料传输台3、传输装置、下料传输台7均安装在基座I上，并且依次连接，基座I上还设有支架2，而光纤传感器26、光学成像装置和光源反射装置则均通过支架2与基座I连接，并且考虑到现场环境会对设备的光源造成污染，所以光学成像装置的外部还套有保护罩25，如图1所示。同时，为了保证整机安装的稳定性和刚性，所述基座I由花岗岩制成，并且基座I上还设有报警器24，该报警器24可以在检测执行系统检测到不合格的板材时由工控机控制发出提醒信号，以便工作人员对板材的上料位置进行更正。上料传输台3用于上料，由于板材上布满了大量的灰尘，因此，为防止灰尘对设备工作造成干扰，该上料传输台3上还设有除尘罩4。下料传输台7用于下料，而传输装置则用于均匀传输板材，使板材能够方便地被检测，具体来说，该传输装置包括分别与上料传输台3和下料传输台7连接的滚轮输送台5，以及与该滚轮输送台5连接的伺服电机6。滚轮输送台5底部设有多列并排的滚轮，其内部的主要结构如图3所示。工作时，伺服电机6控制所有滚轮朝着相同方向滚动，从而使滚轮输送台5运动，其可以确保板材能够在滚轮输送台5勻速运动。光纤传感器26、光源发射装置和光学成像装置通过相互之间的配合，可以实现对板材表面进行图像采集，从而得出板材的板孔和槽位的设置位置，其中，光纤传感器26为对射式光纤传感器，其主要由发射器和接收器组成，并且数量为一个，如图4所示，当板材即将进入光学成像装置的扫描区域时，发射器发出的红光被板材遮挡导致接收器得到的信号发生改变，从而反馈给光源发射装置，使该光源发射装置对板材发射光源，然后光学成像装置根据光源发射装置提供的光源对板材进行图像扫描。具体地说，光源发射装置包括上光源发射装置和下光源发射装置，其中，上光源发射装置包括固定在支架2上并位于滚轮输送台5上方的上安装板16，通过第一连接块18与该上安装板16连接的第一透明漫射板19，以及安装在上安装板16与第一透明漫射板19之间、且数量为一个以上的第一 LED灯17 ;所述下光源发射装置则包括固定在支架2上并位于滚轮输送台5下方的下安装板20，通过第二连接块22与该下安装板20连接的第二透明漫射板23，以及安装在下安装板20与第二透明漫射板23之间、且数量为一个以上的第二 LED灯21，为使板材的亮度的效果达到最佳，该光源发射装置中的上光源发射装置和下光源发射装置均设为两个，如图5所示。而光学成像装置则包括上成像装置和下成像装置，其中，上成像装置包括安装在支架2上且位于滚轮输送台5上方的上平台8，设置在该上平台8上且连接有第一相机10的第一混合伺服电机9，以及安装在支架2上且与第一相机10镜头位置相对的上光学反射镜11 ;所述下成像装置包括安装在支架2上且位于滚轮输送台5下方的下平台12，设置在该下平台12上且连接有第二相机14的第二混合伺服电机13，以及安装在支架2上且与第二相机14镜头位置相对的下光学反射镜15。这里的第一相机10和第二相机14均为线阵CXD相机，并且为确保图像采集的效果，所述第一相机10和第二相机14均为四个。如图2所示，上光源发射装置和下光源发射装置发射光线27后，该光线27经板材反射到上光学反射镜11和下光学反射镜15后进入第一相机10和第二相机14,为第一相机10和第二相机14提供拍摄光源。如图6所示，使用时，工控机首先开始设定标准文件的工作，工控机中的处理模块的工作过程为一、建标将需要检测的标准板材进行图像，然后提取出整个板材的轮廓(主要是多边形的顶点及孔的圆心)，然后将提取的信息进行保存；二、当需要检测某一种板材时，调用之前保存的对应标准板材的标准信息；三、检测执行系统检测得出数据并将该数据传至工控机后，工控机便将检测数据与标准文件中的顶点和孔的圆心进行一一匹配对应，匹配完成后，便可将实际检测的板材的孔径孔位和槽宽槽位与标准板材进行对比，然后根据设置好的公差进行合格与不合格判断，如果数据合格，则可以在相同的上料位置放置板材并对其进行检测，如果数据不合格，则检测执行系统中的报警器发出报警信号，提示工作人员改变板材的上料位置。工控机设定好标准文件后，便控制检测执行系统开始进行检测工作，如图7所示，本发明中检测执行系统具体的实现流程如下
(1)将板材放置到上料传输台上，启动设备，上料传输台将板材输送到滚轮输送台上；
(2)滚轮输送台对板材继续进行输送，直到该板材位于光学成像装置的工作区域内，光源发射装置启动，同时光学成像装置在光源发射装置提供光源的情况下对板材的上下表面进行图像采集；
该步骤的具体实施过程为
(2a)伺服电机控制滚轮输送台运动使其对板材继续进行输送，当对射式光纤传感器感应到该板材已进入光学成像装置的工作区域时将感应信号(即对射式光纤传感器中的发射器发出的红光被板材遮挡从而导致接收器得到的信号发生改变，从而产生反馈信号)反馈给光源发射装置；
(2b)第一 LED灯根据对射式光纤传感器的反馈对板材的上表面发光,且该光线透过第一透明漫射板并射到板材的上表面上；同时第二 LED灯根据对射式光纤传感器的反馈对板材的下表面发光，该光线透过第二漫反射板并射到板材的下表面上；
(2c)第一混合伺服电机根据工控机预设的数据控制第一相机在上平台上运动到最佳成像位置，第一相机开启，上光学反射镜将照射在板材上表面的光线反射到第一相机中，第一相机对板材的上表面进行图像采集，同时第二混合伺服电机根据工控机预设的数据控制第二相机在上平台上运动到最佳成像位置，第二相机开启，下光学反射镜将照射在板材下表面的光线反射到第二相机中，第二相机则对板材的下表面进行图像采集；
(3)图像采集完毕后，光学成像装置将采集的数据传输到工控机，由该工控机对数据进行分析、处理，得到检测结果；
(4)滚轮输送台将板材输送到下料传输台上，由下料传输台将板材运出检测执行系统。本发明的设计原理简单，流程简洁明了，其相比现有技术来说，自动化程度更高、人力成本更低、检测精度更高、工作效率更高、使用更佳，因此，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
权利要求
1.检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，包括工控机和与该工控机连接实现通讯的检测执行系统；所述检测执行系统包括设有支架(2)的基座(1)，安装在该基座(I)上并依次连接的上料传输台(3)、传输装置和下料传输台(7)，分别与支架(2)连接的光纤传感器(26)、用于采集板材表面图像的光学成像装置以及用于为光学成像装置提供光源的光源发射装置。
2.根据权利要求1所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，所述上料传输台(3)上还设有除尘罩(4)。
3.根据权利要求1或2所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，所述传输装置包括分别与上料传输台(3)和下料传输台(7)连接的滚轮输送台(5)，以及与该滚轮输送台(5)连接的伺服电机(6);所述光源发射装置与滚轮输送台(5)连接。
4.根据权利要求3所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，所述光学成像装置包括上成像装置和下成像装置，其中，上成像装置包括安装在支架(2 )上且位于滚轮输送台(5)上方的上平台(8)，设置在该上平台(8)上且连接有第一相机(10)的第一混合伺服电机(9)，以及安装在支架(2)上且与第一相机(10)镜头位置相对的上光学反射镜(11);所述下成像装置包括安装在支架(2 )上且位于滚轮输送台(5 )下方的下平台(12)，设置在该下平台(12)上且连接有第二相机(14)的第二混合伺服电机(13)，以及安装在支架(2)上且与第二相机(14)镜头位置相对的下光学反射镜(15)。
5.根据权利要求4所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，所述第一相机(10)和第二相机(14)均为线阵C⑶相机，并且该第一相机(10)和第二相机(14)均为四个。
6.根据权利要求4或5所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，所述光纤传感器(26)为对射式光纤传感器，而所述光源发射装置则包括上光源发射装置和下光源发射装置，其中，所述上光源发射装置包括固定在支架(2)上并位于滚轮输送台(5)上方的上安装板(16)，通过第一连接块(18)与该上安装板(16)连接的第一透明漫射板(19)，以及安装在上安装板(16)与第一透明漫射板(19)之间、且数量为一个以上的第一LED灯(17);所述下光源发射装置则包括固定在支架(2)上并位于滚轮输送台(5)下方的下安装板(20)，通过第二连接块(22)与该下安装板(20)连接的第二透明漫射板(23)，以及安装在下安装板(20)与第二透明漫射板(23)之间、且数量为一个以上的第二 LED灯(21)。
7.根据权利要求6所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，所述基座(I)上还设有报警器(24 )。
8.根据权利要求7所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备，其特征在于，所述基座(I)由花岗岩制成。
9.权利要求1 8任意一项所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备的实现方法，其特征在于，包括以下步骤: (O工控机根据被检测的板材的型号预先导入对应的标准文件； (2)将板材放置到上料传输台上，启动设备，上料传输台将板材输送到滚轮输送台上； (3)滚轮输送台对板材继续进行输送， 直到该板材位于光学成像装置的工作区域内，光源发射装置启动，同时光学成像装置在光源发射装置提供光源的情况下对板材的上下表面进行图像采集；(4)图像采集完毕后，光学成像装置将采集的数据传输到工控机，由该工控机对数据进行分析、处理，得到检测结果； (5)滚轮输送台将板材输送到下料传输台上，由下料传输台将板材运出检测执行系统。
10.根据权利要求9所述的检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备的实现方法，其特征在于，所述步骤(3 )包括以下步骤: (3a)伺服电机控制滚轮输送台运动使其对板材继续进行输送，当对射式光纤传感器感应到该板材已进入光学成像装置的工作区域时将感应信号反馈给光源发射装置； (3b)第一 LED灯根据对射式光纤传感器的反馈对板材的上表面发光,且该光线透过第一透明漫射板并射到板材的上表面上；同时第二 LED灯根据对射式光纤传感器的反馈对板材的下表面发光，该光线透过第二漫反射板并射到板材的下表面上； (3c)第一混合伺服电机根据工控机预设的数据控制第一相机在上平台上运动到最佳成像位置，第一相机开启，上光学反射镜将照射在板材上表面的光线反射到第一相机中，第一相机对板材的上表面进行图像采集，同时第二混合伺服电机根据工控机预设的数据控制第二相机在上平台上运动到最佳成像位置，第二相机开启，下光学反射镜将照射在板材下表面的光线反射到第二相 机中，第二相机则对板材的下表面进行图像采集。
全文摘要
本发明公开了一种检测家具板材的板孔和槽位的自动化设备及其实现方法，解决现有的技术手段对板材的孔径孔位和槽宽槽位的检测存在精度不高的问题。本发明包括工控机和检测执行系统；检测执行系统包括设有支架的基座，安装在该基座上并依次连接的上料传输台、传输装置和下料传输台，分别与支架连接的光纤传感器、用于采集板材表面图像的光学成像装置和用于为光学成像装置提供光源的光源发射装置。本发明结构设计合理，流程简洁，工作效率高，其能够对家具板材的板孔和槽位进行精确检测，不仅大大降低了人力成本，而且也大幅度提高了板材的成品率，因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值，相比现有技术来说，具有突出的实质性特点和显著的进步。
文档编号G01B11/12GK103075962SQ201310004218
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月7日 优先权日2013年1月7日
发明者刘霖, 陈镇龙, 罗颖, 谭良, 宋昀岑, 杨先明, 刘娟秀, 温国洪, 伍小川, 王超, 代君, 谭志鸿, 简称波 申请人:电子科技大学