一种自动检测设备及自动检测系统的制作方法

本实用新型涉及检测技术领域，尤其涉及一种自动检测设备及自动检测系统。

背景技术：

随着先进制造向着数字化、网络化、智能化方向发展，许多产品在生产制造过程中的不同阶段都需要对各种技术指标进行在线检测，及时发现质量问题，并进行补救或剔除不良品，以免其流入下一道工序。

尽管目前的生产过程自动化水平不断提高，但仍然需要大量的人力来从事检测和处理工作，由人员对产品在各个生产工序中进行目检，不仅效率和可靠性低，而且在劳动力成本不断攀升的背景下，大大增加了企业的生产成本，降低了竞争力。因此，如何尽早发现生产过程中的产品质量问题，节省人工，降低生产成本，提高生产效率变得越来越迫切。

传统的检测方法大多数为人工检测，由人员根据需要的检测标准对该工序生产出的产品进行检测，这种方法最明显的缺陷就是效率极其低下，准确率不能保证，人员容易疲劳，无法长时间保持良好的工作效率和质量。现在市面上也有部分自动化或半自动化甚至加入视觉的检测设备，但现有的自动检测设备功能单一、效率较低、且操作复杂。以钣金件的检测为例，采用现有的视觉技术进行检测时，由于摄像头通常固定在某个具体的位置，主要针对小尺寸的平面钣金件进行检测，能够适应的产品种类有限，当需要检测不同尺寸的钣金件时通用性不强。个别能够对大尺寸的钣金件进行检测的设备，也只能通过示教的方法，对结构简单的零件进行检测。这对于未来追求产品个性的“多品种、小批量”的生产特点来说，操作的复杂度以及效率低都成为明显的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种自动检测设备及自动检测系统，旨在解决现有的检测设备不能在运动过程中对待测物体进行检测的问题。

本实用新型是这样实现的，一种自动检测设备，包括机械手、拍摄设备和控制器；

所述机械手沿着根据待测物体进行规划的预设轨迹运动，所述机械手具有固定端与检测端，所述固定端用于固定所述机械手，所述检测端用于固定所述拍摄设备；

所述控制器用于在所述机械手运动时发送拍摄指令给所述拍摄设备；

所述拍摄设备根据接收到的所述拍摄指令对待测物体进行拍摄。

进一步地，所述自动检测设备还包括光源，所述光源置于所述机械手上且靠近所述检测端。

进一步地，所述自动检测设备还包括一旋转支架，所述旋转支架可转动地固设于所述机械手的检测端，所述拍摄设备固设于所述旋转支架上。

进一步地，所述自动检测设备还包括用于进行坐标定位的分中棒，所述分中棒固设于所述机械手的检测端上。

本实用新型还提供一种自动检测系统，该自动检测系统包括如上任一所述的自动检测设备和用于放置待测物体的工位架子。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：所述的自动检测设备，机械手能够沿着预设轨迹运动，控制器在机械手运动的过程中发送拍摄指令控制拍摄设备对待测物体进行拍摄，实现了在线飞行检测，提高了检测的效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的自动检测设备的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的自动检测系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的基于机械手的实时在线检测方法的流程示意图；

图4是本实用新型实施例提供的又一基于机械手的实时在线检测方法的流程示意图；

图5是本实用新型实施例提供的自动检测设备的结构示意图；

图6是待测物体钣金件的CAD示意图；

图7是本实用新型根据待测物体的图纸对待测物体进行规划拍照位置的示意图；

图8A至图8E分别是本实用新型实施例中预设轨迹的规划示意图；

图9A和图9B分别是待测物体一个面上的预设轨迹示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提出一种基于机械手的实时在线检测方法，在检测时根据待测物体的具体形状将摄像头和光源安装在不同类型和不同轴数的机械手上，把多轴机械手运动的灵活性、抓取能力和摄像头的机器视觉检测能力相结合，再通过运动控制的软件和视觉处理算法，实现了产品实时在线的质量检查、测量和处理的一体化。

请参阅图1，为本实用新型一实施例提供的自动检测设备的结构示意图，该自动检测设备包括机械手11、拍摄设备12和控制器(未在图中标示出)，所述机械手11沿着根据待测物体进行规划的预设轨迹运动，所述机械手11具有固定端15与检测端16，检测端16也就是机械手11的末端，所述固定端15用于固定所述机械手11，所述检测端16用于固定所述拍摄设备12。所述控制器用于在所述机械手11运动时发送拍摄指令给所述拍摄设备12。所述拍摄设备12根据接收到的所述拍摄指令对待测物体进行拍摄。

本实施例中，机械手11可以是多轴机械手，采用多轴机械手可以使得运动更加灵活，且提高了抓取能力。在拍摄时，使拍摄设备12垂直待测物体的表面，并保持固定的距离，以确保拍摄到的图像足够清晰。固定的距离一般根据待测物体的结构及拍摄设备12的参数进行设置，比如，固定的距离可以设置为2cm、3cm、5cm、10cm等。

当对待测物体进行检测时，机械手11沿着预设轨迹运动，被固定在机械手11末端的拍摄设备12与待测物体表面保持预置距离，并在接收到拍摄指令时，对待测物体进行拍摄，同时，该自动检测设备能够实时对拍摄到的图像进行处理，即对拍摄到的图像进行检测，以判断待测物体的质量情况。对图像进行实时处理，能够实现对待测物体的实时监控，并及时发现缺陷，拍摄到的图像在处理完成后释放掉，以便留出足够的内存存储后继的图像以及处理过程中的中间数据。

在上述实施例的基础上，所述自动检测设备还包括光源13，所述光源13置于所述机械手11上且靠近所述检测端16。在拍摄设备12拍摄时，光源13会亮，光源13可以在整个检测过程中一直点亮，也可以根据需要设置成与拍摄设备12同步，即光源13与拍摄设备12在拍摄时同时触发，拍摄瞬间光源13点亮，不拍摄时，光源13不亮。光源13可以是闪光灯、LED灯等。

与上述各实施例相结合，所述自动检测设备还包括一旋转支架(未在图中标示出)，所述旋转支架可转动地固设于所述机械手11的检测端16，所述拍摄设备12固设于所述旋转支架上。

所述自动检测设备还可以包括用于进行坐标定位的分中棒14，所述分中棒14固设于所述机械手11的检测端16上。分中棒14是一个现有的标定工具，分中棒14的上端设置为固定部，该固定部用于将分中棒14固定在物体上，本实用新型实施例中，将分中棒14的固定部固定在机械手11上，分中棒14的中间装有LED灯，末端是一个球体，末端与本体之间不导通，即分中棒中间部位的LED灯在正常状态下不会点亮。当用导体将分中棒末端的球体和分中棒的本体导通之后，中间部位的LED灯会亮起。

本实用新型实施例中，请结合图1、图2，将分中棒14与标定球17结合起来使用，能够快速准确地标定待测物体的坐标系。标定球17的一端面上具有一个固定球体，将该标定球17安装在待测物体的工位台18上，且标定球17与工位台18之间是导通的。又由于在安装时机械手11和工位台18是导通的，当机械手11上的分中棒14末端与工位台18上的标定球17接触时，分中棒末端与分中棒本体导通，此时，分中棒中间的LED灯亮起。采用该方案，可清楚的判断分中棒末端是否与标定球17接触，然后再根据接触点计算坐标。

该自动检测设备在对待测物体进行拍摄时，不需要机械手11停止运动，机械手11在运动的过程中由控制器对拍摄设备12进行控制即可实时对待测物体19进行拍摄，提高了检测的效率和操作的简易性，并且为进一步分离和剔除不良品奠定了基础。

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种自动检测系统，图2为一实施例提供的自动检测系统的结构示意图。该自动检测系统包括如上任一所述的自动检测设备和用于放置待测物体19的工位台18。

工位台18上还可以设置标定球17，标定球17与分中棒14配合起来使用，以更加准确地标定出待测物体19的坐标系数据。机械手11的固定端15固定在桌子、工作台等固定的物体上，机械手11的一端固定，可以提高机械手检测的精度。

该自动检测设备及自动检测系统可以对钣金、压铸、机械、食品、医疗器械等加工制造过程中的各种工件进行在线实时检测，具有广泛的适用性，且检测效率高、检测精准度高。

在上述自动检测设备的基础上，本实用新型还提供了基于机械手的实时在线检测方法，图3为基于机械手的实时在线检测方法的流程示意图。该基于机械手的实时在线检测方法，包括以下步骤：

S101、沿预设轨迹运动，预设轨迹根据待测物体规划。

由于预设轨迹根据待测物体规划，不同的待测物体对应不同的预设轨迹。当知道待测物体的图纸时，比如，CAD图纸、PRE图纸，能够根据图纸自动生成运动轨迹。

S102、在连续运动过程中触发拍摄设备对待测物体进行拍摄。

拍摄时，拍摄设备12垂直于待测物体19的表面，且与待测物体19保持预置距离，从而可以使得拍摄到的图像足够清晰。拍摄过程中，拍摄设备12处于运动状态，可以提高检测的效率。

S103、将所述拍摄设备拍摄到的图像进行实时处理。

实时处理即根据拍摄到的图像检测待测物体的质量，该拍摄到的图像存放在内存中，当处理完成后将图像数据释放掉，不对图像进行存储可以节省存储空间。进行实时处理检测时，例如，可以采用机器自动判断，即：将拍摄到的图像与存储在机器中的良品的图像进行比对，根据比对结果判断当前检测的待测物体是否存在缺陷。又如，可以采用人工判断，即：安排操作人员对拍摄到的图像进行检测，操作人员根据拍摄到的图像判断当前检测的待测物体是否存在缺陷。又或者，可以采用机器自动判断与人工判断相结合的方式去实现，当机器对检测结果不确定时，会提示操作人员去复查。对拍摄到的图像进行实时处理采用常规的图像检测技术即可判断出待测物体是否存在缺陷，在此不再赘述。

该实时在线检测方法在对待测物体进行拍摄时，不需要机械手停止运动，机械手在运动的过程中即可实时对待测物体进行拍摄，提高了检测的效率和操作的简易性，并且为进一步分离和剔除不良品奠定了基础。

在上述实施例的基础上，步骤S101具体包括：

S1011、使所述拍摄设备与待测物体的表面垂直，且与所述待测物体表面预置一预置距离。

该预置距离根据待测物体的形状及拍摄设备的参数进行设置。

S1012、接收待测物体形状的图纸。

该图纸为待测物体加工时的图纸，例如，CAD图纸。使用该图纸并做一些简单的设置即可生成运动轨迹，解决了机械手运动路径自动生成的问题，实现无需示教自动生成预设轨迹，简化了操作，提高了实用性。

如图6所示，为一待测物体钣金件的CAD图纸，以图6所示的钣金件为例进行说明。如图6所示，线条a上圆圈为拍摄设备的位置，线条a表示预设轨迹，机械手带着相机沿着预设轨迹运动到工件的边缘，虚线b表示在CAD图中拍摄的图像中心在线条a上时图像所占的宽度，这样在工件内部，由虚线b沿预设轨迹所划过的区域，都是拍照的区域。需要进行简单设置的只是定义在一个面中哪些区域需要拍照，即指定待测区域。

S1013、根据所述图纸生成若干条预设轨迹，所述若干条预设轨迹覆盖所述待测物体的每一待测表面。

生成的预设轨迹的数量与待测物体的形状以及需要检测的区域相关，该预设轨迹能使机械手在运动最少路径的情况下将需要检测的区域都拍摄到。该预设轨迹即为机械手的运动轨迹，同时也是拍摄设备拍摄的轨迹。如图8A至图8E所示，分别为同一个待测物体中预设轨迹的规划示意图，其中起点表示机械手运动的开始点，即预设轨迹的起点，箭头方向表示机械手的运动方向，终点表示机械手运动的结束点，即一条预设轨迹的终点。如图8A所示，机械手先从待测物体的背面开始，围绕待测物体的四周运动。如图8B所示，是从侧面运动过度到上方运动的运动路径。如图8C所示，是在待测物体上方对底面进行拍摄时的运动路径。如图8D所示，是从对底面拍照过度到对顶面拍照的过度路径。如图8E所示，是对顶面拍照的运动路径。上述只是拍摄路径的大致示意图，实际情况根据设置的拍摄位置的不同而有所改变。

在进行路径规划时，存在着如下情况，在侧面设置预设轨迹时，一个面放置的运动轨迹数量多于一条，这时机械手在这个面上会有多段运动轨迹，以设置了两条预设轨迹为例进行说明。如图9B所示，当只有一条运动轨迹时，机械手的运动路径是从左到右，然后进入下一个面。如图9A所示，当设置了两条预设轨迹时，在两条预设轨迹之间将自动规划一条过度路径，连接前一条预设轨迹的终点与下一条预设轨迹的起点，机械手在对这个面拍完照后回到了左侧，这时候就需要自动规划出一条过度的轨迹，回到这个面的右侧，然后才转入下一个面。

S1014、依次沿每一条所述预设轨迹运动。

与上述各个实施例相结合，步骤S102具体包括：

S1021、在每一预设轨迹上，每间隔一固定距离触发所述拍摄设备对所述待测物体进行拍摄，所述固定距离设置为使间隔该固定距离前后拍摄到的两幅图像具有重叠部分，该重叠部分的面积以使得两幅图像能够对接上为宜。

本实用新型的拍摄方式为机械手带着相机在待测物体上从一点出发运动到另一点，在这个过程中在经过的区域拍下多幅连续的图像，这样可以避免在拍摄多个点时由于拐弯减速造成的时间损耗。

根据划定的拍摄线条能自动生成拍照的运动路径以及每一幅图像的拍摄位置，例如，可以将拍摄的图像设置为正方形。如图7所示，在待测物体的一面上产生了六个拍摄位置，长方形区域为待测物体的一个面，线条c为设置的预设轨迹，黑色区域为两幅图像间的重叠部分，正方形框为拍摄图像的边框。在待测物体的范围内，能自动根据参数“视野宽度”以及“最小重叠宽度”的值(图中标示的D和L分别为视野宽度和重叠宽度)，在预设轨迹上放置拍照的位置。拍照位置的放置要求首先满足两幅图像之间的重叠范围大于等于参数“最小重叠宽度”的值，即需要控制好两幅图像之间的时间间隔。计算需要放置多少幅图像，然后要求在横向方向上图像的边框与待测物体两端边框重合，将图像沿着预设轨迹方向平铺。

S1022、按照所述固定距离的时间顺序将所述图像进行排序。

在上述各实施例的基础上，本实用新型的基于机械手的实时在线检测方法的又一实施例，如图4所示，在该实施例中，需要先将待测物体固设于工作台上，并在工作台上设置标定球，且机械手的末端设置有与标定球相匹配的分中棒。该实时在线检测方法具体包括：

S201、使机械手上分中棒末端的球体分别与待测物体所处的工位台上的每个标定球相接触。

分中棒是一个现有的标定工具，上端有固定部，可固定在物体上，本实用新型实施例中，将分中棒的上端固定在机械手上，分中棒的中间装有LED灯，末端是一个球体，末端与本体之间不导通，即分中棒中间部位的LED灯在正常状态下不会点亮。当用导体将分中棒末端的球体和分中棒的本体导通之后，中间部位的LED灯会亮起。

标定球是与分中棒结合起来使用，以能够快速准确地标定待测物体的坐标系。标定球的一端面上具有一个固定球体，将该标定球安装在待测物体的工位台上，且标定球与工位台之间是导通的。又由于在安装时机械手和工位台是导通的，当机械手上的分中棒末端与工位台上的标定球接触时，分中棒末端与分中棒本体导通，此时，分中棒中间的LED灯亮起。采用该方案，可清楚的判断分中棒末端是否与标定球接触，然后再根据接触点计算坐标。较优的，在工位台上安装三个标定球，根据三点确定一平面的定理，计算出标定球的坐标位置后，即可得到待测物体坐标系的信息。在具体的应用中，标定球的设置依据为能根据标定球的坐标位置确定出待测物体的坐标系的信息即可。

S202、所述分中棒末端的球体与所述标定球接触时，记录每个标定球四个不同接触位置的坐标值。

S203、根据所述坐标值计算出每个标定球的球心坐标值，根据所述标定球的球心坐标值得到所述待测物体的坐标系的参数。

该方案中，由于分中棒末端和标定球的端面都是球体，所以无论分中棒在哪个位置与标定球接触，分中棒末端球体的球心与标定球的球心的距离都是相等的，即在分中棒与标定球体接触的时候，分中棒末端球体的球心一定在一个球体的表面上，这个球体的球心在标定球的球心位置上，半径等于分中棒末端球体半径加上标定球半径。因此，无论分中棒末端与标定球在哪个位置接触，通过记录在这个球体表面的四个坐标位置，都能能够计算求出标定球球心的坐标位置。该标定方法避免了在标定的过程中采用肉眼观察所造成的误差，并且通过分中棒指示灯的亮灭知道分中棒是否与标定球接触，相当直观方便，且计算得到的坐标系参数精确。该标定的几个步骤只需要在初次检测时进行操作一次即可，当换用不同的待测物体进行检测时，不需要再对工位台的坐标系进行标定。

步骤S204、S205、S206与上述实施例中S101、S102、S103相同，具体请参照上述实施例，在此不再赘述。

在将拍摄到的图像进行处理时，对拍摄到的图像进行检测的过程中，采用不同的滤波算法并结合不同视觉检测工具进行使用，解决工作表面污染物和氧化物带来的检测干扰，可以有效地提高检测成功率和可靠性。

上述各个实施例中，所述拍摄设备及拍摄时需要配合使用的光源固设于所述机械手上，且位于所述机械手靠近所述待测物体的一端。将拍摄设备固定在机械手的末端，可以适应不同的检测环境和检测对象，具有极大的灵活性和通用性。当然，对于一些特定的产品，也可以将拍摄设备及光源安装在具有XYZ三坐标导轨的检测平台上以构成专用的测试设备。

如图5所示，为本实用新型实施例提供的基于机械手的实时在线检测系统的模块示意图，该基于机械手的实时在线检测系统，包括：运动模块301、拍摄模块302和实时处理模块303。其中：运动模块301用于沿预设轨迹运动，所述预设轨迹根据待测物体规划；拍摄模块302用于在连续运动过程中触发拍摄设备对待测物体进行拍摄；实时处理模块303用于将所述拍摄设备拍摄到的图像进行存储。

该实时在线检测系统在对待测物体进行拍摄时，不需要机械手停止运动，机械手在运动的过程中即可实时对待测物体进行拍摄，提高了检测的效率和操作的简易性。

优选的，为了使该实时在线检测系统具有适应性强和灵活性、通用性高的特点，可以将所述拍摄设备及拍摄时需要配合使用的光源固设于所述机械手上，且位于所述机械手靠近所述待测物体的一端。

与上述实施例相结合，所述运动模块301具体包括：设置单元，使所述拍摄设备与待测物体的表面垂直，且与所述待测物体表面预置一预置距离；接收单元，接收待测物体形状的图纸；轨迹形成单元，根据所述图纸生成若干条预设轨迹，所述若干条预设轨迹覆盖所述待测物体的每一待测表面；运动单元，依次沿每一条所述预设轨迹运动。

所述拍摄模块302具体包括：拍摄控制单元，在每一预设轨迹上，每间隔一固定距离触发所述拍摄设备对所述待测物体进行拍摄，所述固定距离设置为使间隔该固定距离前后拍摄到的两幅图像具有重叠部；图像形成单元，按照所述固定距离的时间顺序将所述图像进行排序。

与上述各实施例相结合，所述实时在线检测系统还包括标定模块，所述标定模块用于对所述待测物体工位台上的平面进行坐标确定，所述标定模块具体包括：触碰单元，使机械手上分中棒末端的球体分别与待测物体所处的工位台上的每个标定球相接触；坐标记录单元，所述分中棒末端的球体与所述标定球接触时，记录每个标定球四个不同接触位置的坐标值；计算单元，根据所述坐标值计算出每个标定球的球心坐标值，根据所述标定球的球心坐标值得到所述待测物体的坐标系的参数。

该基于机械手的实时在线检测方法及检测系统在钣金、压铸、机械、食品、医疗器械加工制造过程中具有广泛的适用性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。