本发明涉及一种基于机械视觉的连杆分类系统及分类方法。
背景技术：
机械视觉是使机器具有视觉感知功能的系统，研究以应用为背景的专用视觉系统，只提供对执行某一特定任务相关的景物描述。机械视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和处理，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，得到物体的数据信息，最后输出机械操作指令。现今，运用机械视觉技术能解决工业上自动化识别问题。
连杆的结构如图1所示，在对不同型号的连杆进行分类时，依靠人工进行分类，不但影响生产效率，而且繁重的工作量和超长的工作时间，会导致工人分类错误。
中国专利201510474099.3公开了一种基于机器视觉的对工业产品分类的方法，包括步骤：启动上位机，上位机控制开启下位机并与下位机进行配对；上位机向下位机发出摄像头控制信号，下位机接收摄像头控制信号并通过舵机控制摄像头进行转动；摄像头进行图像采集获取采集图像，下位机将采集图像传递至上位机；启动识别单元，对采集图像进行识别处理，获取采集图像中待检测物体的形状信息；根据形状信息，对待检测物体进行分类。
中国专利201520468393.9公开了一种动态分拣和搬运自动化系统，其主要由关节机器人、随行装置、工业视觉、光电传感器以及控制系统组成；关节机器人的末端安装有夹具，随行装置与物流线体接触布置，工业视觉和光电传感器布置在物流线体的侧面并面向在物流线体上流动的产品；随行装置、工业视觉以及光电传感器通过控制系统与关节机器人实现通讯。
现有技术的缺陷在于：造价昂贵，识别速度慢，自动化程度低且识别误差大，给生产带来较大的阻碍。
因此，如何提供一种稳定、可靠的自动抓取连杆和自动入库的分类系统和方法，成了业内需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于机械视觉的连杆分类系统及分类方法，其生产效率高、检测简单、可靠性高，有利于降低生产成本。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种基于机械视觉的连杆分类系统，连杆包括杆身及分别设在所述杆身两端的连杆大头、连杆小头；分类系统包括：
库架单元，其包括架体、多个滑槽，多个滑槽均匀分布在架体上；滑槽倾斜设置，每一滑槽均设有引导连杆滑动的两根引导杆，两根引导杆相对设置；引导杆的首端设有挡块；
视觉单元，其设有支撑架、光源、工业相机；支撑架设有固定待识别的连杆的固定件，工业相机对应连杆设置，其设在支撑架上；光源设在工业相机的上方；
用于将连杆从视觉单元转移至库架单元的输送单元。
本发明通过视觉识别单元对连杆进行定位、识别，并将得到的连杆标号信息传递给输送单元，输送单元完成连杆的夹取和输送入库动作，将连杆放置库架单元指定的库位中。这里的库位是指由滑槽和引导杆组成的、可以放置连杆的位置；相对设置的两根引导杆和一个滑槽相互对应，且引导杆和滑槽均同水平面之间形成设定的角度，使连杆能顺利地沿着引导杆滑动。在引导杆的首端(入口处)设有挡块，当连杆放入库位时，限制连杆向外滑动，以挡住连杆。
根据本发明的另一种具体实施方式，输送单元包括支撑座、移动平台，支撑座设有横向导轨，移动平台通过横向导轨滑动设置于支撑座上；移动平台设有升降平台、升降导轨，升降平台通过升降导轨设在移动平台上；升降平台设有用于抓取连杆的机械手。本方案中，支撑座设有丝杠传动组件，包括驱动电机、丝杠，在移动平台上设有和丝杆配合的滑块，驱动电机驱动移动平台沿着丝杆的轴向滑动；在升降平台设有升降传动组件，其包括升降电机、传动带，在升降平台设有和传动带连接的连接件，通过传动带的运动带动升降平台的升降；相应的，在升降电机设有减速器。
根据本发明的另一种具体实施方式，机械手包括撑爪机械手、抓爪机械手；撑爪机械手对应连杆大头设置，其通过撑爪气缸设在升降平台上；抓爪机械手对应杆身设置，其通过抓爪气缸设在升降平台上。本方案中，连杆大头设有通孔，撑爪机械手包括两个可以相对运动的撑爪，当两个撑爪接触时，撑爪机械手可以自由地从连杆大头的通孔穿过，当两个撑爪在通孔中相对外张时，每一撑爪均和通孔的内壁相接触，实现与连杆大头的紧密配合。优选的，在每一撑爪上均可以设置限制连杆大头位置的凸起。抓爪机械手用于夹持连杆杆身靠近连杆小头的位置，在抓爪机械手、撑爪机械手的共同作用下，实现连杆的入库操作。
根据本发明的另一种具体实施方式，升降平台进一步设有抓取平台，抓取平台通过伸缩导轨设在升降平台上；机械手设在抓取平台上。本方案中，设置可以滑动的抓取平台，例如通过气缸推动抓取平台的动作，可以调整机械手的位置，更好的利用结构空间，实现整体结构紧凑，布局更加合理。
根据本发明的另一种具体实施方式，库架单元还设有传感器、报警灯、缓冲块，传感器对应滑槽设在库架上；报警灯设在库架的上方；缓冲块对应导向杆的末端设在库架上。其中，每个库位均设有传感器，当库位中连杆放到指定的数量后，系统识别后，不会把连杆放入已放满的库位，而将连杆转移到其它指定的库位，直至工人把将放满的连杆取出；本方案中，通过设置缓冲块可以减缓连杆入库过程中的冲击力，弱化振动对库架整体的影响，使结构更加稳定。
根据本发明的另一种具体实施方式，分类系统还设有控制器及连接控制器的pc处理模块、plc控制模块；pc处理模块通讯连接工业相机；plc控制模块控制连接输送单元。本方案中，通过工业相机，获得待识别连杆上面打印标号的图像，经过pc处理器采集图片的灰度信息，并通过程序算法滤波处理，提取标号的数值信息，以判断标号是否有对应的库位；控制器将库位信息传递至plc控制模块，进一步控制传输单元，驱动机械手完成抓取及入库过程。
本发明中，在支撑架上设有用于限制连杆的限位件，限位件对应固定件设置；通过限位件和固定件的共同作用，为连杆提供唯一的放置位置，其固定牢靠、且夹取方便。
另一方面，本发明提供了一种基于机械视觉连杆分类方法，分类方法包括：
s1、对连杆的图像进行采集：将待识别的连杆放置指定的检测位置，通过工业相机拍摄待识别连杆的图像；
s2、对连杆的标号进行识别：控制器设有pc处理模块，pc处理器与工业相机电连接，通过pc处理器对获得的待识别连杆的图像进行分析，得到连杆的标号信息；
s3、连杆入库：通过与控制器驱动连接的机械手，对识别的连杆进行夹取，并将连杆转移至指定的库位，到达指定库位后，机械手释放夹取的连杆，完成入库动作。
本发明中通过获取待识别连杆的图像，得到连杆的标号信息，通过控制器控制机械手抓取连杆，并将连杆转移至指定的库位，完成连杆的自动话分类、入库。
根据本发明的另一种具体实施方式，步骤s1中进一步包括步骤s11：采集图像前的预处理：在对应连杆的位置设有光源，通过调整光源的控制器，得到合适的亮度的光源；并调节工业相机至合适的焦距。
根据本发明的另一种具体实施方式，控制器上还设有plc控制模块，plc控制模块与pc处理器通讯连接，pc处理器将库位信息发送至plc控制模块，进而驱动机械手完成入库动作。
根据本发明的另一种具体实施方式，步骤s2中进一步包括步骤s21：判断是否有对应识别后连杆标号信息的库位：如果有对应标号信息的库位，执行连杆入库操作；如果没有，控制器发出提示。
根据本发明的另一种具体实施方式，步骤s3中进一步包括s31：运输单元回位：机械手将连杆放置库位后，回到初始位置，准备下一个入库循环。
本发明的图像获取后，连杆自动入库的流程为：光源打光、采集图像、识别图像、机械手夹取连杆、连杆入库、运输单元回位。
本发明采用机械视觉技术识别连杆上的标号，通过视觉识别单元进行分析和处理，通过控制器输出操作指令，通过plc控制模块控制移动平台、升降平台、夹取平台运动，进一步控制撑爪机械手、抓爪机械手，以此实现自动抓取连杆并运输，使连杆自动放入库架中的指定库位中。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、采用机械视觉进行识别分类，提高生产效率；
2、视觉识别单元的成本较低，运用高效，可靠性好；
3、系统机构简单、安装与拆卸方便，自动化程度高，节省后期维护成本。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是连杆的结构示意图；
图2是库架单元的结构示意图；
图3是图2的左视图；
图4是视觉识别单元的结构示意图；
图5是输送单元的结构示意图；
图6是撑爪机械手的结构示意图，其显示了张紧的状态；
图7是撑爪机械手的结构示意图，其显示了合拢的状态；
图8是抓爪机械手的结构示意图，其显示了张开的状态；
图9是抓爪机械手的结构示意图，其显示了夹紧的状态。
图10是分类方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种基于机械视觉的连杆分类系统，如图2－9所示，其包括：库架单元1、视觉单元2、输送单元3、控制器4、连杆5。
其中，连杆5的结构如图1所示，连杆包括杆身51、连杆大头52、连杆小头53，连杆大头52和连杆小头53设在杆身51的两端，在连杆大头52设有通孔521，在杆身51靠近连杆小头53的位置设有夹持部54。
库架单元，如图2－3所示，包括架体11、滑槽12、报警灯13、传感器14；其中，架体11为立式结构，在架体11的底部设有支脚19，滑槽12呈阵列式设在架体11上；滑槽12倾斜设置，在滑槽12的上方设有两根相对设置的引导杆15，相对设置的两根引导杆15和一个滑槽12相互平行安装形成一个库位18；滑槽12与水平面成设定的角度，使连杆5能顺利下滑；滑槽12首端的位置高于滑槽12末端的位置；引导杆15的首端设有挡块16，当连杆5放入库位时，限制连杆5向外滑动，以挡住连杆5；滑槽12的末端设有缓冲块17，减少连杆5入库过程中的冲击；报警灯13设在架体11的顶部，当系统出现故障的时候，能够及时的发出警示，提醒人员处理；传感器14对应滑槽12设在架体11上。
视觉单元2，如图4所示，包括支撑架21、光源22、工业相机23、固定件24、限位件25；其中，固定件24设在支撑架21上，限位件25设在支撑架21上，通过限位件25和固定件24的共同作用，为连杆5提供唯一的放置位置；工业相机23设在支撑架21上，其设置于连杆5的上方，用来获取连杆5的图像；光源22设在支撑架21上，其设在工业相机23的上方，在光源22上设有光源控制器26，用来调节光源22的亮度。
输送单元3，如图5－9所示，包括支撑座31、移动平台32、升降平台33、抓取平台34、机械手35；其中，在支撑座31设有横向导轨311、丝杠传动组件，移动平台32通过横向导轨311滑动设置于支撑座31上；丝杠传动组件包括驱动电机312、丝杠313，移动平台32设有对应丝杠313的滑块(图中未示)，驱动电机312驱动移动平台32沿着丝杠313的轴向滑动。移动平台32设有升降导轨321，升降平台33通过升降导轨321设在移动平台32上；升降平台33设有升降传动组件、伸缩导轨331，在升降平台32上设有驱动夹取平台34沿着伸缩导轨331的气缸332；升降传动组件包括升降电机333、传动带334，升降平台33设有连接件335，连接件335固定设在传动带334上；升降电机333驱动传动带334转动，进而带动升降平台33的动作；升降电机333设有减速器；机械手35设在抓取平台34上，抓取平台34通过伸缩导轨322滑动设置于升降平台33上。
机械手35包括撑爪机械手36、抓爪机械手37，撑爪机械手36对应连杆大头52设置，其设有撑爪气缸361、两个可以相对运动的撑爪362，通过撑爪气缸361驱动两个撑爪362运动，当两个撑爪362接触时，撑爪机械手36可以自由地从连杆大头52的通孔521穿过，当两个撑爪362在通孔521中相对外张时，每一撑爪362均和通孔521的内壁相抵，实现与连杆大头52的紧密配合，从而将连杆5从视觉单元2中取出。抓爪机械手37对应杆身51的夹持部54设置，其包括抓爪气缸371、两个抓爪372，通过抓爪气缸371驱动两个抓爪372运动，实现夹紧和放开夹持部54的动作；其中，抓爪气缸371、撑爪气缸361设在抓取平台34不同的位置，通过抓爪机械手37、撑爪机械手36的共同作用，实现连杆5的入库操作。
控制器4，其包括控制电柜41、pc处理模块42、plc控制模块(图中未示)，pc处理模块42通讯连接工业相机23；plc控制模块控制连接输送单元3；通过工业相机23，获得待识别连杆5上面打印标号的图像，经过pc处理模块42采集图片的灰度信息，并通过程序算法滤波处理，提取标号的数值信息，以判断标号是否有对应的库位；控制器4将库位信息传递至plc控制模块，进一步控制传输单元，驱动机械手35完成抓取及入库过程。
一种采用上述连杆分类系统的分类方法，如图10所示，分类方法包括：
采集图像前的预处理：在对应连杆的位置设有光源，通过调整光源的控制器，得到合适的亮度的光源；并调节工业相机至合适的焦距。
对连杆的图像进行采集：将待识别的连杆放置指定的检测位置，通过工业相机拍摄待识别连杆的图像。
对连杆的标号进行识别：控制器设有pc处理模块，pc处理器与工业相机电连接，通过pc处理器对获得的待识别连杆的图像进行分析，得到连杆的标号信息。
判断是否有对应识别后连杆标号信息的库位：如果有对应标号信息的库位，执行连杆入库操作；如果没有，控制器发出提示。
连杆入库：通过与控制器驱动连接的机械手，对识别的连杆进行夹取，并将连杆转移至指定的库位，到达指定库位后，机械手释放夹取的连杆，完成入库动作。
运输单元回位：机械手将连杆放置库位后，回到初始位置，准备下一个入库循环。
本实施例采用机械视觉技术识别连杆上的标号，通过视觉识别单元进行分析和处理，通过控制器输出操作指令，通过plc控制模块控制移动平台、升降平台、夹取平台运动，进一步控制撑爪机械手、抓爪机械手，以此实现自动抓取连杆并运输，使连杆自动放入库架中的指定库位中。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。