一种用于视觉检测的镜片自动上料装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于视觉检测的镜片自动上料装置及方法，是利用机器视觉技术结合现代电机控制对待检镜片进行自动上料，可为镜片检测的智能化检测提供基础。该装置包括输送装置、视觉定位装置、三维滑台装置、旋转平台装置、PLC控制器和固定支架，输送装置用于传输被洗净且烘干的镜片；视觉定位装置用于定位镜片的物理坐标位置；三维滑台装置将待上料镜片平移至旋转平台装置的气动夹爪；PLC控制器用于通过串口实现对实时信息的交互和控制命令的发送；固定支架用于固定装置的各可动部件。本发明，可实现镜片自动上料，与现有镜片生产工艺进行无缝对接，提高自动化水平；节省检测线空间，亦可实现多指标的同步检测。
【专利说明】
一种用于视觉检测的镜片自动上料装置和方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种视觉检测的镜片自动上料装置和方法，可以安全、高效、低成本地实现不同眼镜片视觉检测的自适应上料。
【背景技术】
[0002]镜片疵病检测是保证出厂镜片合格率的重要环节，而基于机器视觉技术的镜片品质检测正在逐步研究中，专利号为201210180997.4、201310086231.4、201510424414.1和201510424415.6的发明专利提出了利用机器视觉快速检测镜片瑕疵的方法，并针对疵病类型设计了相对应的光照系统和图像识别方法，但均未提及符合实际镜片生产流程的上料方法；专利号为201510646999.1的发明专利介绍了眼镜片铣边机自动上下料传动装置，其传动过程中无须考虑镜片的碰撞、灰尘干扰等因素，此外，不同尺寸镜片上料筒需独立设计，无法满足实际检测过程中对镜片尺寸的自适应性。
【发明内容】
[0003]为了提高镜片疵病检测的自动化程度，本发明提供了一种用于视觉检测的镜片自动上料装置和方法，旨在无缝连接现有镜片生产工艺和视觉检测，安全、高效、低成本地实现不同镜片视觉检测的自适应上料。
[0004]本发明的技术方案是通过以下方式实现的:一种用于视觉检测的镜片自动上料装置，由输送装置、视觉定位装置、三维滑台装置、旋转平台装置、PLC控制器和固定支架组成；所述的输送装置用于传输被洗净且烘干的镜片，包括输送线和红外接近开关;所述的视觉定位装置用于定位镜片的物理坐标位置，由主控计算机、工业相机和条形光源组成;所述固定支架用于固定装置的各部件;所述输送线为一转角式输送线，其位置放于三维滑台装置的下方，且不干扰旋转平台装置，其控制信号线与PLC控制器相连;所述的红外接近开关安装于三维滑台装置正下方，并固定于输送线上，用于检测镂空镜片盘进入镜片上料工位，其输出信号通过触发线与工业相机和PLC控制器连接;其特征在于:所述的PLC主控制器为电气系统控制总站，根据主控计算机对待检镜片视觉定位信息，通过串口实现对实时信息的交互和控制命令的发送。
[0005]所述的主控计算机与PLC控制器通过串口连接，用于传输待检镜片的物理坐标信息;所述工业相机用于获取待检镜片图像，与主控计算机通过工业相机接口连接;所述条形光源采用低角度打光方式将待检镜片边缘突出，且防止反光，其尺寸须大于镂空镜片盘的长度。
[0006]所述的三维上料装置用于将待检镜片平移至旋转平台装置的气动夹爪，由三维滑台模组、三轴限位开关、伺服电机、伺服控制器组、真空发生器和无痕吸盘组成;所述三维滑台模组包括Z轴驱动机构、用于驱动Z轴驱动机构升降的Y轴驱动机构及用于驱动Y轴机构横向平移的X轴机构;所述三轴限位开关分布于三维滑台模组，分别为X轴限位开关、Y轴限位开关和Z轴限位开关，用于限定各轴极限位置，并与PLC控制器的I/O 口相连;所述伺服控制器组用于驱动伺服电机，通过控制线与伺服电机相连，并与PLC控制器通过I/O 口相连接收控制命令;所述真空吸盘固定于三维滑台模组终端位置，通过气路与真空发生器相连;所述真空发生器通过电磁阀与PLC控制器的I/O 口相连，进气端直接与气源相连。
[0007]所述的旋转平台装置为一视觉检测平台，由气动夹爪、两位五通换向阀、电动转动台、伺服控制系统和电气旋转接头组成;所述气动夹爪根据镜片外形特征设计，中间具有一槽结构，保证镜片夹取的稳定性，其横向张紧，运行距离须大于不同规格镜片的最大直径差，固定于电动转动台上;所述两位五通换向阀用于控制气动夹爪的张紧状态，与PLC控制器的I/O 口相连;所述电动转动台(4-4)用于切换不同检测工作;所述伺服控制系统与PLC控制器通过I/O 口相连接收控制命令;所述电气旋转接头与电动转动台同心安装，使旋转台上所有电气控制线与电动转动台同步旋转。
[0008]用于视觉检测的镜片自动上料装置的上料方法，包括以下步骤:
1)、离线标定过程:
(1)离线条件下，对工业相机在输送线所在平面的像素尺寸标定；
(2)向PLC控制器输入一特定坐标，使无痕吸盘运行至输送线平面且在工业相机视野内，并对无痕吸盘位置进行标注；
(3)工业相机对标注图像进行采集与离线处理，获取标注区域中心；
(4)以该中心点图像位置和三维滑台装置各轴运行参数为基准，结合步骤(I)所标定的像素尺寸，建立图像像素位置与三维滑台装置各轴运动距离之间的转换关系式；
2)、在线检测过程:
(1)三维滑台装置各轴运行至零位；
(2)工业相机外触发口接收到红外光电开关所发出触发信号后，实时进行图像的采集；
(3)主控计算机采用高斯梯度图像计算、边缘提取、面积阈值筛选、同圆边界连接、圆拟合和圆心提取等数字图像处理算法对群体待检镜片进行识别与定位，获取各待检镜片数量及中心位置；
(4)主控计算机通过串口通讯方式依次将待检镜片中心位置发送至PLC控制器；
(5)由转换关系式计算得到三维滑台装置各轴运动距离，并通过并以运动同步性原则确定各轴运动速度、加减速时间等相关运行参数；
(6)当运行至目标镜片位置时开启真空发生器，并由无痕吸盘将镜片吸附；
(7)三维滑台装置将所吸附镜片运行至上料气动夹爪位置，并关闭真空发生器，同时将气动夹爪切换至夹紧状态，完成当前待检镜片的自动上料；
(8)当完成当前镂空镜片盘所有镜片的夹取工作时，重新从步骤(I)开始工作；如还有未完成的上料的待检镜片，跳至步骤(4)继续进行镜片自动上料工作。
[0009]本发明具有以下优点:(I)所采用自动上料装置与方法可实现镜片自动上料，与现有镜片生产工艺进行无缝对接，提高自动化水平；(2)可保证镜片的洁净程序，为后期镜片品质的视觉检测系统提供自动化支撑；(3)采用机器视觉技术对待检镜片进行群体性的实时采集与分析，并获取其中心位置，以引导机械手进行上料控制；(4)引入机器视觉定位引导方式，建立图像坐标与三维机械手运动运动参数转换矩阵，结合点、气运动控制方法实现镜片自动上料；(5)采用旋转平台装置作为机器视觉的检测平台，可节省检测线空间，亦可实现多指标的同步检测。
【附图说明】
[0010]图1是本发明检测装置的示意图；
图2是本发明检测装置中测控系统的示意图；
图3是本发明自动上料流程图。
[0011]图中:I输送装置；1-1镂空镜片盘；1-2待检镜片；1-3红外接近开关；1-4输送线；2视觉定位装置;2-1主控计算机;2-2工业相机;2-3条形光源;3三维滑台装置;3-1X轴驱动机构;3-2X轴伺服电机;3-3 Y轴驱动机构;3-4Y轴伺服电机;3_5 Z轴驱动机构;3-6Z轴伺服电机;3-7伺服控制器组;3-8真空发生器;3-9无痕吸盘;4旋转平台装置;4_1电气旋转接头;4-2气动夹爪;4-3两位五通换向阀;4-4电动转动台；4-5伺服控制系统;5PLC控制器;6定支架。
【具体实施方式】
[0012]由图1、图2知，一种用于视觉检测的镜片自动上料装置，由输送装置1、视觉定位装置2、三维滑台装置3、旋转平台装置4、PLC控制器5和固定支架6组成;所述输送装置I用于传输被洗净且烘干的镜片，包括有输送线1-4和红外接近开关1-3;所述输送线1-4为一转角式输送线，其位置放于三维滑台装置3下方，且不干扰旋转平台装置4，其控制信号线与PLC控制器5相连;所述红外接近开关1-3安装于三维滑台装置3正下方，并固定于输送线1-4上，用于检测镂空镜片盘1-1是否进入镜片上料工位，其输出信号通过触发线与工业相机2-2和PLC控制器5连接;所述视觉定位装置2用于定位镜片的物理坐标位置，包括主控计算机2-1、工业相机2-2和条形光源2-3;所述主控计算机2-1与PLC控制器5通过串口连接，用于传输待检镜片1-2的物理坐标信息;所述工业相机2-2用于获取待检镜片1-2图像，与主控计算机2-1通过工业相机接口连接;所述条形光源2-3采用低角度打光方式将待检镜片1-2边缘突出，且防止反光，其尺寸须大于镂空镜片盘1-1的长度;所述三维上料装置3用于将待检镜片1-2平移至旋转平台装置3的气动夹爪，由X轴驱动机构3-1、X轴伺服电机3-2、Y轴驱动机构3-
3、Y轴伺服电机3-4、Z轴驱动机构3-5、Z轴伺服电机3-6和伺服控制器组3-7、真空发生器3-8和真空吸盘3-9组成;所述三维滑台模组包括Z轴驱动机构3-5、用于驱动Z轴驱动机构3-5升降的Y轴驱动机构3-4及用于驱动Y轴机构3-4横向平移的X轴驱动机构3-1;三轴限位开关分布于三维滑台模组3-3上，分别为X轴限位开关、Y轴限位开关和Z轴限位开关，用于限定各轴极限位置，并与PLC控制器5的I/O 口相连;所述伺服控制器组3-7用于驱动伺服电机，通过控制线与伺服电机相连，并与PLC控制器5通过I/O 口相连接收控制命令;所述真空吸盘3-9固定于三维滑台模组终端位置，通过气路与真空发生器3-8相连;所述真空发生器3-8通过电磁阀与PLC控制器5的I/O 口相连，进气端直接与气源相连;所述旋转平台装置4为一视觉检测平台，由气动夹爪4-2、两位五通换向阀4-3、电动转动台4-4、伺服控制系统4-5和电气旋转接头4-1组成;所述气动夹爪4-2，并根据镜片外形特征设计，中间具有一槽结构，可保证镜片夹取的稳定性，其横向可张紧，运行距离须大于不同规格镜片的最大直径差，固定于电动转动台4-4上;所述两位五通换向阀4-3用于控制气动夹爪4-2的张紧状态，与PLC控制器5的I/O 口相连;所述电动转动台4-4用于切换不同检测工作;所述伺服控制系统4-5与PLC控制器5通过I/O口相连接收控制命令;所述电气旋转接头4-1与电动转动台4-4同心安装，使旋转台上所有电气控制线与电动转动台4-1同步旋转;所述PLC主控制器5为电气系统控制总站，根据主控计算机2-1对待检镜片1-2视觉定位信息，通过串口实现对实时信息的交互和控制命令的发送;所述固定支架6用于固定装置的各可动部件。
[0013]如图3所示，本发明用于视觉检测的镜片自动上料装置的上料方法，包括以下步骤:
1、离线标定过程:
(1)离线条件下，对工业相机2-2在输送线1-4所在平面的像素尺寸标定；
(2)向PLC控制器5输入一特定坐标，使无痕吸盘3-9运行至输送线1-4平面且在工业相机2-2视野内，并对无痕吸盘3-9位置进行标注；
(3)工业相机2-2对标注图像进行采集与离线处理，获取标注区域中心；
(4)以该中心点图像位置和三维滑台装置2各轴运行参数为基准，结合步骤(I)所标定的像素尺寸，建立图像像素位置与三维滑台装置2各轴运动距离之间的转换关系式；
2、在线检测过程
(1)三维滑台装置2各轴运行至零位；
(2)工业相机2-2外触发口接收到红外光电开关1-3所发出触发信号后，实时进行图像的米集；
(3)主控计算机2-1采用高斯梯度图像计算、边缘提取、面积阈值筛选、同圆边界连接、圆拟合和圆心提取等数字图像处理算法对群体待检镜片1-2进行识别与定位，获取各待检镜片1-2数量及中心位置；
(4)主控计算机通2-1过串口通讯方式依次将待检镜片1-2中心位置发送至PLC控制器
5；
(5)由转换关系式计算得到三维滑台装置2各轴运动距离，并通过并以运动同步性原则确定各轴运动速度、加减速时间等相关运行参数；
(6)当运行至目标镜片位置时开启真空发生器3-8，并由无痕吸盘3-9将镜片吸附；
(7)三维滑台装置2将所吸附镜片运行至上料气动夹爪4-2位置，并关闭真空发生器3-8，同时将气动夹爪4-2切换至夹紧状态，完成当前待检镜片的自动上料；
(8)当完成当前镂空镜片盘1-1所有镜片的夹取工作时，重新从步骤(I)开始工作;如还有未完成的上料的待检镜片，跳至步骤(4)继续进行镜片自动上料工作。
[0014]所述相机像素尺寸标定是指在工业相机2-2与输送线1-4相对位置固定后，获取输送线1-4所在平面上图像中每个像素所代表的实际尺寸;所述手眼标定是指离线条件下对机器视觉定位装置I和三维滑台装置3进行物理坐标进行标定，建立数字图像像素位置和三维滑台装置3实际运行距离的变换矩阵;镜片自动识别与中心位置获取是指采用数字图像处理方法自动识别在工业相机2-2视眼中的镜片，并定位各独立镜片在图像中所处的像素位置，其处理过程主要包括高斯梯度图像计算、边缘提取、面积阈值筛选、同圆边界连接、圆拟合和圆心提取等;所述视觉引导PLC控制器5运动控制是指通过串口通讯方式实现主控计算机2-1和PLC控制器5之间对于待检镜片中心像素坐标点的信息交互;利用离线所标定的变换矩阵计算三维滑台装置3各轴所需运动距离;PLC控制器5根据各轴运动距离，确定各轴运动速度、加减速时间等相关运行参数，并通过I/O 口发送指令，并根据预设时序进行三维滑台装置3和气动装置控制。
【主权项】
1.一种用于视觉检测的镜片自动上料装置，包括输送装置(I)、视觉定位装置(2)、三维滑台装置(3)、旋转平台装置(4)、PLC控制器(5)和固定支架(6)组成;所述的输送装置(I)用于传输被洗净且烘干的镜片，包括输送线(1-4)和红外接近开关(1-3);所述的视觉定位装置(2)用于定位镜片的物理坐标位置，由主控计算机(2-1)、工业相机(2-2)和条形光源(2-3)组成;所述固定支架(6)用于固定装置的各部件;所述输送线(1-4)为一转角式输送线，其位置放于三维滑台装置(3)的下方，且不干扰旋转平台装置(4)，其控制信号线与PLC控制器(5)相连;所述的红外接近开关(1-3)安装于三维滑台装置(3)正下方，并固定于输送线(1-4)上，用于检测镂空镜片盘(1-1)进入镜片上料工位，其输出信号通过触发线与工业相机(2-2)和PLC控制器(5 )连接;其特征在于:所述的PLC主控制器(5 )为电气系统控制总站，根据主控计算机(2-1)对待检镜片(1-2)视觉定位信息，通过串口实现对实时信息的交互和控制命令的发送。2.根据权利要求1所述的一种用于视觉检测的镜片自动上料装置，其特征在于:所述的主控计算机(2-1)与PLC控制器(5)通过串口连接，用于传输待检镜片(1-2)的物理坐标信息;所述工业相机(2-2)用于获取待检镜片(1-2)图像，与主控计算机(2-1)通过工业相机接口连接;所述条形光源(2-3)采用低角度打光方式将待检镜片(1-2)边缘突出，且防止反光，其尺寸须大于镂空镜片盘(1-1)的长度。3.根据权利要求1所述的一种用于视觉检测的镜片自动上料装置，其特征在于:所述的三维上料装置(3)用于将待检镜片(1-2)平移至旋转平台装置(3)的气动夹爪，包括三维滑台模组、三轴限位开关、伺服电机、伺服控制器组(3-7)、真空发生器(3-8)和无痕吸盘(3-9);所述三维滑台模组包括Z轴驱动机构(3-5)、用于驱动Z轴驱动机构(3-5)升降的Y轴驱动机构(3-4)及用于驱动Y轴机构(3-4)横向平移的X轴机构(3-1);所述三轴限位开关分布于三维滑台模组，分别为X轴限位开关、Y轴限位开关和Z轴限位开关，用于限定各轴极限位置，并与PLC控制器(5)的I/O 口相连;所述伺服控制器组(3-7)用于驱动伺服电机，通过控制线与伺服电机相连，并与PLC控制器(5)通过I/O 口相连接收控制命令;所述真空吸盘(3-9)固定于三维滑台模组终端位置，通过气路与真空发生器(3-8)相连;所述真空发生器(3-8)通过电磁阀与PLC控制器(5)的I/O 口相连，进气端直接与气源相连。4.根据权利要求1所述的一种用于视觉检测的镜片自动上料装置，其特征在于:所述的旋转平台装置(4)为一视觉检测平台，由气动夹爪(4-2)、两位五通换向阀(4-3)、电动转动台(4-4)、伺服控制系统(4-5)和电气旋转接头(4-1)组成;所述气动夹爪(4-2)根据镜片外形特征设计，中间具有一槽结构，保证镜片夹取的稳定性，其横向张紧，运行距离须大于不同规格镜片的最大直径差，固定于电动转动台(4-4)上;所述两位五通换向阀(4-3)用于控制气动夹爪(4-2 )的张紧状态，与PLC控制器(5 )的I /0 口相连;所述电动转动台(4-4)用于切换不同检测工作;所述伺服控制系统(4-5)与PLC控制器(5)通过I/O 口相连接收控制命令；所述电气旋转接头(4-1)与电动转动台(4-4)同心安装，使旋转台上所有电气控制线与电动转动台(4-1)同步旋转。5.—种权利要求1所述的用于视觉检测的镜片自动上料装置的上料方法，包括以下步骤:1)离线标定过程;2)在线检测过程;其特征在于: I)、离线标定过程: (I)离线条件下，对工业相机(2-2)在输送线(1-4)所在平面的像素尺寸标定； (2)向PLC控制器(5)输入一特定坐标，使无痕吸盘(3-9)运行至输送线(1-4)平面且在工业相机(2-2)视野内，并对无痕吸盘(3-9)位置进行标注； (3)工业相机(2-2)对标注图像进行采集与离线处理，获取标注区域中心； (4)以该中心点图像位置和三维滑台装置(2)各轴运行参数为基准，结合步骤(I)所标定的像素尺寸，建立图像像素位置与三维滑台装置(2)各轴运动距离之间的转换关系式； 2)、在线检测过程: (1)三维滑台装置(2)各轴运行至零位； (2)工业相机(2-2)外触发口接收到红外光电开关(1-3)所发出触发信号后，实时进行图像的采集； (3)主控计算机(2-1)采用高斯梯度图像计算、边缘提取、面积阈值筛选、同圆边界连接、圆拟合和圆心提取等数字图像处理算法对群体待检镜片(1-2)进行识别与定位，获取各待检镜片(1-2)数量及中心位置； (4)主控计算机通(2-1)过串口通讯方式依次将待检镜片(1-2)中心位置发送至PLC控制器(5); (5)由转换关系式计算得到三维滑台装置(2)各轴运动距离，并通过并以运动同步性原则确定各轴运动速度、加减速时间等相关运行参数； (6)当运行至目标镜片位置时开启真空发生器(3-8)，并由无痕吸盘(3-9)将镜片吸附； (7)三维滑台装置(2)将所吸附镜片运行至上料气动夹爪(4-2)位置，并关闭真空发生器(3-8)，同时将气动夹爪(4-2)切换至夹紧状态，完成当前待检镜片的自动上料； (8)当完成当前镂空镜片盘(1-1)所有镜片的夹取工作时，重新从步骤(I)开始工作;如还有未完成的上料的待检镜片，跳至步骤(4)继续进行镜片自动上料工作。
【文档编号】G01N21/958GK106093075SQ201610650220
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610650220.8, CN 106093075 A, CN 106093075A, CN 201610650220, CN-A-106093075, CN106093075 A, CN106093075A, CN201610650220, CN201610650220.8
【发明人】孙力, 许生炎
【申请人】万新光学集团有限公司