本发明涉及实验教学设备，特别是涉及一种基于视觉系统的实验教学设备及实验教学方法。
背景技术：
1、机器视觉系统作为一种应用系统，随着工业自动化的发展而逐渐完善。由于机器视觉是一种非接触的测量方式，在一些不适于人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉。机器视觉可以识别目标物体的物理特征，包括外形、颜色、字符、条码等、可以测量目标物体的几何尺寸、可以定位目标物体位置信息、可以对目标物体的表面状态进行检测，进而判断产品在生产制造状态中是否存在缺陷等等。同时，在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。到了21世纪，机器视觉技术已经大规模地应用于多个领域。目前，机器视觉的蓬勃发展已经使得高校在机器视觉领域必须进行更加深入的教学，以适应工业技术的发展。但是很多高校由于缺少机器视觉教学设备，机器视觉教学内容仍处于对一些平面图形的处理，导致在进行教学理论缺少相应的教学设备予以演示，无法向学生更为清楚的展示教学理论上的实现原理，容易导致理论与实践脱节，导致学生无法真正的掌握与理解理论上的知识，而且针对平面图形的处理离真正的工业应用还相差甚远。
技术实现思路
1、(1)要解决的技术问题
2、本发明提供一种基于视觉系统的实验教学设备，通过构建具有视觉系统的实验教学设备，利用视觉自动识别功能来分别演示对合格以及不合格工件的处理方式，用于解决高校中缺少自动演示功能的教学设备的不足。
3、(2)技术方案
4、第一方面，本发明的实施例提出了一种基于视觉系统的实验教学设备，用于演示自动识别工件是否合格并进行分拣，包括设备工作台；供料单元，安装于所述设备工作台上且用于放置所述工件；入库单元，安装于所述设备工作台上且用于放置被识别为合格品的所述工件；传送单元，安装于所述设备工作台上且用于输送被识别为不合格品的所述工件并在被识别为不合格品的所述工件被剔除后自动返回初始位置；视觉检测单元，安装于所述设备工作台上且用于识别放置于所述传送单元上的所述工件是否为合格品；搬运单元，安装于所述设备工作台上且用于将所述工件从所述供料单元上搬运至所述传送单元上，并将被识别为合格品的所述工件从所述传送单元上搬运至所述入库单元上；剔废单元，安装于所述设备工作台上且用于将被识别为不合格品的所述工件从所述传送单元剔除；废品收集单元，安装于所述设备工作台上且用于收集被剔废单元剔除的所述被识别为不合格品的所述工件；控制器，安装于所述设备工作台上，用于控制所述传送单元、所述搬运单元以及所述剔废单元往复运动。
5、进一步地，所述入库单元与所述供料单元分别设于所述搬运单元的两侧，所述供料单元包括安装于所述设备工作台上的第一底座、与所述第一底座固定连接的第一连杆以及连接于所述第一连杆另一端的第一顶板，所述第一顶板上设有用于放置所述工件的第一凹槽以及用于检测所述第一凹槽内是否放置有所述工件的第一传感器，所述第一传感器沿所述第一凹槽的周向设置，所述入库单元包括安装于所述设备工作台上的第二底座、与所述第二底座固定连接的第二连杆以及连接于所述第二连杆另一端的第二顶板，所述第二顶板上设有用于放置所述工件的第二凹槽以及用于检测所述第二凹槽内是否放置有所述工件的第二传感器，所述第二传感器沿适所述第二凹槽的周向设置。
6、进一步地，所述视觉检测单元包括安装于所述设备工作台上的安装底座、与设置于所述安装底座上的安装支架以及固定安装于所述安装支架上的工业相机。
7、进一步地，所述搬运单元与所述视觉检测单元设于所述传送单元的两侧，所述传送单元包括安装于所述安装底座上的多个立柱、与各所述立柱固定连接的支撑台板以及设于所述支撑台板上的输送皮带和用于驱动所述输送皮带的步进电机，所述支撑台板上还设有用于检测所述输送皮带是否将被识别为不合格的所述工件输送到剔废位置的第三传感器以及用于检测所述输送皮带是否返回初始位置的第四传感器，所述安装支架上设有信号指示单元，所述信号指示单元包括用于提醒识别出合格的所述工件的合格指示灯、用于提醒识别出不合格的所述工件的不合格指示灯以及用于提醒启动所述工业相机的启动准备指示灯。
8、进一步地，所述搬运单元包括安装于所述设备工作台上的支撑底座、安装于所述支撑底座上的伺服电机和伺服电机驱动器、与所述伺服电机驱动端连接且做水平直线运动的推进气缸、连接所述推进气缸伸缩端的升降气缸以及固定设于所述升降气缸伸缩端上的真空吸盘，所述伺服电机驱动器位于所述伺服电机的下方，所述支撑底座上还设有用于检测所述伺服电机逆时针转动是否到位的第一限位开关、用于检测所述伺服电机顺时针转动是否到位的第二限位开关以及用于检测所述伺服电机是否处于原位的第三限位开关。
9、进一步地，所述剔废单元包括安装于所述设备工作台上的剔废气缸电磁阀和安装于所述支撑底座上的剔废气缸，所述剔废气缸电磁阀与所述剔废气缸电连接并驱动所述剔废气缸往复运动，所述剔废气缸与所述废品收集单元分别设于所述传送单元的两侧。
10、进一步地，所述搬运单元还包括安装于所述设备工作台上的气路系统以及用于控制所述推进气缸以及升降气缸做往复运动的电磁阀组件，所述气路系统包括安装于所述设备工作台上的气压表以及安装于所述设备工作台上的真空发生器，所述设备工作台上还设有用于安装所述真空发生器的连接板以及用于安装所述气压表的支撑板，所述气压表设于所述电磁阀组与外部气源之间的连接管路上通，所述电磁阀组件包括与所述推进气缸连接且用于控制所述推进气缸做往复运动的第一电磁阀、与所述升降气缸连接且用于控制所述升降气缸做往复运动的第二电磁阀以及与所述真空发生器连接且用于控制所述真空吸盘进行吸附和释放动作的第三电磁阀，所述真空发生器的两端分别通过气管与所述真空吸盘以及所述第三电磁阀连通。
11、进一步地，还包括安装于所述设备工作台上的用于将市电电压转化为直流电压的电源转换器、安装用于信号传输的控制线的接线槽、用于显示所述实验教学设备运行时相关参数的显示屏以及用于通讯连接到移动客户端对所述实验教学设备进行远程控制的远程控制模块，所述远程控制模块与所述控制器电性连接。
12、另一方面，本发明还提供一种实验教学方法，采用基于视觉系统的实验教学设备对所述工件进行搬运并识别，自动分拣出不合格的所述工件进行剔除以及将合格的所述工件进行入库，包括：步骤s1：检测所述供料单元上是否放置有所述工件，若有，则控制所述搬运单元转动；步骤s2：所述搬运单元将所述工件从所述供料单元上转移至所述传送单元上；步骤s3：所述视觉检测单元检测放置于所述传送单元上的所述工件是否合格，若所述工件为合格品进入步骤s4；若所述工件为不合格品进入步骤s6；步骤s4：所述搬运单元将合格的所述工件从所述传送单元上转移至所述入库单元上；步骤s5：检测所述入库单元上放置有所述工件，对所述工件进行入库；步骤s6：所述传送单元将不合格的所述工件运送至剔废位置；步骤s7：检测所述剔废位置上放置有不合格的所述工件后控制所述传送单元停止并启动所述剔废单元对所述工件进行剔除，再检测所述剔废位置上没有所述工件后，控制所述传送单元返回原位；在所述步骤s1与所述步骤s2之间，还包括检测所述搬运单元转动到位后，控制搬运单元从所述供料单元取走所述工件以及检测所述搬运单元返回原位后控制搬运单元将所述工件放置于所述传送单元上，在所述步骤s3与所述步骤s4之间，还包括检测所述搬运单元从所述传送单元上取走合格的所述工件并转动到位后，控制所述搬运单元将合格的所述工件放置于所述入库单元上。
13、进一步地，还包括采用移动客户端远程控制所述实验教学设备对所述工件进行搬运并识别，自动分拣出不合格的所述工件进行剔除以及将合格的所述工件进行入库，所述移动客户端与设于所述设备工作台上的远程控制模块通讯连接，所述远程控制模块与所述控制器电性连接，所述远程控制模块用于接收所述移动客户端的控制指令并将所述控制指令发送给所述控制器。
14、(3)有益效果
15、综上，本发明通过构建具有视觉系统的实验教学设备，利用视觉自动识别功能来分别演示对合格以及不合格工件的处理方式，用于解决高校中缺少自动演示功能的教学设备的不足。
16、通过将入库单元与供料单元设于搬运单元的两侧用于提高对设备工作台的空间利用率，降低整个设备台的尺寸，通过光电传感器对供料单元上是否有工件进行检测来实现工件进料的自动化，提高实验设备的教学效果。
17、通过光电传感器对入库单元上是否有被识别为合同的工件进行检测来实现合格工件入库的自动化，提高实验设备的教学效果。
18、通过采用不同颜色的指示灯来提醒实验教学设备的操作人员该实验教学设备所处的运行现状，便于提高教学的质量和效果。
19、通过三个限位开关分别用于检测伺服电机的旋转是否到位以及是否回归到原点，从而能够实现伺服电机驱动推进气缸与升降气缸以及真空吸盘整体偏转至用于精准抓取和释放该工件，提高实验教学设备的操作精准度和教学质量。
20、通过利用电磁阀组来控制推进气缸和升降气缸的往复运动以及真空发生器产生负压和常压能够实现对工件的自动搬运、抓取与释放，提高该实验教学设备的自动化操作功能。
21、通过显示屏的可视化功能便于实时查看实验教学设备的系统运行参数，便于调节各参数使得该实验教学设备的性能达到最优，通过无线连接方式与有线连接方式的结合来实现采用移动客户端来控制实验教学设备的运行，提高了该实验教学设备使用的便利性。