一种视觉自动检测分拣装置及其控制方法与流程

本发明涉及分拣设备领域，尤其涉及的是一种视觉自动检测分拣装置及其控制方法。

背景技术：

机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分cmos和ccd两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，所得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

在工业生产过程中，由于被测物体的多样化以及机械的误差影响，使得整个检测过程很难是维持在平稳的状态，因此，这就需要机器视觉技术的稳定性。并且与传统的人工相比，机器视觉与计算机软硬结合同时实现自动化检测能够大大的提高工业的速率与准确性。

为适应现代化制造的要求，在教学实践中对机器视觉识别技术的应用教学就很有必要性，现有的教学器具中只有单一的机器视觉系统对工件检测侧应用，没有成套的自动化机器视觉检测系统的应用，不能使学生直观操作实训，无法实现视觉检测的自动化操作，教学中存在局限性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种视觉自动检测分拣装置及其控制方法，旨在解决机器视觉检测中无法实现自动化操作从而导致视觉检测应用中存在局限性的问题。

本发明的技术方案如下：

一种视觉自动检测分拣装置，包括有实验台底座，固定在实验台底座上的操作台面，一套或多套并排固定连接在操作台面上的传输检测机构，位于传输检测机构的尾端且固定连接在实验台桌面上并用于抓取移动工件的机器人机构，以及固定在实验台底座上并用于控制所述传输检测机构与机器人机构协调工作的辅助控制组件；

所述传输检测机构包括有固定在操作台面上并用于传输工件的传输组件，一套或多套固定连接在操作台面上且位于传输组件一侧并通过视觉系统检测位于传输组件上的工件的视觉检测组件。

进一步，所述视觉检测组件包括有可调节支架，固定在可调节支架上且位于传输组件上方的相机，与相机固定连接的镜头，位于镜头下方且固定连接在可调节支架上的光源件。

进一步，所述可调节支架包括有与操作台面竖直且通过轴座固定在操作台面上的立柱，在立柱上部通过十字光轴固定夹固定的上部支撑杆，在立柱上且位于上部支撑杆的下端并通过十字光轴固定夹固定的下部支撑杆；

所述相机固定在所述上部支撑杆前端，所述光源件固定在所述下部支撑杆前端。

进一步，所述光源件为条形光源、同轴光源、环形光源或圆顶光源。

进一步，所述条形光源设置有两组，所述两组条形光源位于镜头的两侧。

进一步，所述环形光源通过弧形连接板连接在可调节支架上，所述弧形连接板包括有套设在下部支撑杆前端的固定套，以及与固定套一体成型的弧形板；

所述环形光源固定连接在弧形板下方。

进一步，所述传输组件上通过感应器支架固定连接有光电传感器，光电传感器位于传输工件通道的上方用于感应工件位置。

进一步，所述机器人机构包括有机械手，以及固定连接在机械手末端的夹具；

所述夹具为气动爪夹，或者为吸嘴。

进一步，所述操作台面上设置有若干分拣盒

一种如上所述的视觉自动检测分拣装置的控制方法，包括有以下步骤：

工件放置于传输组件上运送；

光电传感器检测到工件；

视觉检测组件开启并对工件表面拍照检测；

辅助控制组件处理视觉检测组件拍摄的图片；

检测工件运送到传输组件末端；

机器人机构的机械手取下工件；

辅助控制组件根据工件图片的处理情况控制机械手把工件放置在相应的分拣盒中。

与现有技术相比，本发明通过传输检测机构对待检工件自动传输并进行视觉检测，在经过机器人机构自动抓取分拣，实现了工件从视觉检测到分拣过程的自动化过程，解决机器视觉教学中无法实现自动化操作从而导致教学中存在局限性的问题。

附图说明

图1是本发明一种视觉自动检测分拣装置的实施例的结构示意图；

图2为发明一种视觉自动检测分拣装置的实施例的局部视图；

图3为图2的a处放大图；

图4为本发明一种视觉自动检测分拣装置的实施例的传输检测机构的结构示意图；

图5为本发明一种视觉自动检测分拣装置的实施例的传输检测机构的控制方法的流程图。

图中：1、实验台底座；2、操作台面；3、传输检测机构；31、传输组件；311、皮带传动部件；312、电机；313、减速箱；32、视觉检测组件；321、可调节支架；3211、立柱；3212、十字光轴固定夹；3213、上部支撑杆；3214、下部支撑杆；322、相机；323、镜头；324、光源件；3241、条形光源；3242、同轴光源；3243、环形光源；3244、圆顶光源；325、弧形连接板；3251、固定套；3252、弧形板；33、光电传感器；4、机器人机构；41、机械手；5、分拣盒；6、辅助控制组件。

具体实施方式

本发明提供了一种视觉自动检测分拣装置及其控制方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，本发明提供了一种视觉自动检测分拣装置，包括有实验台底座1，固定在实验台底座1上的操作台面2，操作台面2上开设有多条t形槽，t形槽与螺钉相配可方便各种实现器材的安装与拆卸，在操作台面2上设置有传输检测机构3，传输检测机构3可以是一套或多套并排设置在操作台面2上，本实施例中设置有两套；传输检测机构3包括有通过螺钉固定安装在操作台面2上并用于传输工件的传输组件31，以及位于传输组件31一侧并通过视觉检测位于传输组件31上的工件的视觉检测组件32，视觉检测组件32可以设置有一套或者多套，本实施例中一套传输检测机构3中设置有两套视觉检测组件32。

本实施例中的视觉自动检测分拣装置还包括有固定连接在实验台桌面上的机器人机构4，以及固定在实验台底座1上并用于控制所述传输检测机构3与机器人机构4协调工作的辅助控制组件6。

如图2、图3、图4所示，传输组件31包括有通过螺钉固定在操作台面2上的皮带传动部件311，皮带传动部件311是通过皮带转动来带动皮带上物品的设备，已经是常见技术，其结构不作详细描述，在皮带传动部件311中的支架上通过螺钉固定连接有电机312，以及连接电机312与皮带传动部件311的减速箱313；待检测的工件在皮带传动部件311上传送，减速箱313在实现减速同时降低了负载的惯量，电机312停止时，可准确停止皮带传动部件311，从而待检测工件准确定位，本实施例中的电机312是可调速电机312，通过调整旋钮调整电机312转速，对传送带速度进行调整，可在教学时，简单操作，利于学生理解。

视觉检测组件32包括有可调节支架321，可调节支架321包括有通过轴座固定在操作台面2上的立柱3211，在立柱3211上部通过十字光轴固定夹3212固定有上部支撑杆3213，在立柱3211下部通过十字光轴固定夹3212固定有下部支撑杆3214，下部支撑杆3214位于上部支撑杆3213的下方，上部支撑杆3213和下部支撑杆3214悬置于传输组件31的上方，可调节支架321上连接有相机322，相机322通过连接件固定在上部支撑杆3213的前端，相机322采用工业相机，在相机322的末端固定连接有镜头323，镜头323采用fa镜头，工业相机可根据实现的不同功能而选择使用，不同的相机322可实现图像识别应用，图像检测应用，视觉定位应用，物体测量应用等不同的功能；在下部支撑杆3214前端通过连接件固定连接有光源件324，光源件324位于镜头323下方且悬置于皮带传动部件311中皮带的上方，可为相机322拍摄提高可控光源。

本实施例中两套传输检测机构3一共包括四种光源件324，四种光源件324分别为条形光源3241、同轴光源3242、环形光源3243和圆顶光源3244；四种光源件324同时用到可以在教学中时学生明白每种光源件324的适用范围；在工业生产中可以根据实际检验工件的功能需求，而对多种不同的光源件324和相机322进行组合使用。

在使用条形光源3241的视觉检测组件32上，在下部支撑杆3214上通过连接件连接有两个条形光源3241，条形光源3241分别位于镜头323的两侧，可使照射在待检测工件上的光更均匀，有利于相机322拍摄；条形光源3241是由高密度直插式led阵列组成，适合大幅面尺寸检测。

同轴光源3242，即漫射同轴灯，提供了比传统光源更均匀的照明，因此提高了机器视觉的准确性和重现性。能均匀照亮平面，在有光泽的表面加强划刻凹陷，或压印特征，可使相机322拍摄清晰；同轴光源3242主要用于检测反光程度很厉害的平面物体，比如玻璃；同轴光源3242能够凸显物体表面不平整，克服表面反光造成的干扰，主要用于检测物体平整光滑表面的碰伤、划伤、裂纹和异物。

环形光源3243，是通过led阵列成圆锥状以斜角照射在被测物体表面，通过漫反射方式照亮一小片区域，工作距离在10-15毫米时，该光源可以突出显示被测物体边缘和高度的变化，突出原本难以看清的部分，是边缘检测、金属表面的刻字和损伤检测的理想选择。

使环形光源3243连接在下部支撑杆3214上的连接件为弧形连接板325，弧形连接板325包括有套设在下部支撑杆3214前端的固定套3251，以及与固定套3251一体成型的弧形板3252，固定套3251外表面上开设有螺纹孔，可通过螺钉固定在下部支撑杆3214上，弧形板3252的圆弧半径与环形光源3243的环形半径相近，使环形光源3243上表面通过螺钉固定在弧形板3252上时，弧形板3252两端不会凸出，影响美观和使用体验。

圆顶光源3244由高亮度贴片式led和特殊弧度的球形外壳组成，圆顶光源3244led所发出的光线通过半球型内壁的多次漫反射，实现全空间区域的漫射光照明，对于凹凸不平表面检测起到特殊作用，可以完全消除阴影，主要用于球型或曲面物体缺陷检测、金属、镜面或玻璃等具有光泽物体的表面检测。

在皮带传动部件311的支架上通过感应器支架固定连接有光电传感器33，光电传感器33位于皮带传动部件311的传送皮带的上方，当待检工件通过镜头323的整下方时，检测感应到待检工件，并开启光源件324和相机322对待检工件拍照后进行视觉检测。

机器人机构4包括有机械手41，以及固定连接在机械手41末端的夹具（图示中未画出）；工业机械手41是一款水平多关节(scara)型工业用机器人，带有x轴和y轴2个关节操纵装置，同时其前端带有上下移动（z轴）和旋转（r轴）功能。具有生产自动化、省力化，高效化优点。当机器人接收到信号时，通过内部程序动作，并通过夹具对工件进行捉取。所述夹具为气动爪夹，气动夹爪可以夹持厚度较大而不易变形的工件；夹具还可以为吸嘴，吸嘴通过电磁阀控制吸气和断气，从而吸起比较薄的工件。

在操作台面2上固定连接有若干分拣盒5，用于接收机器人机构4夹持过来已经检测完成的工件，通过软件系统分析，控制机器人机构4夹持的工件放置到相应的良品或不良品的分拣盒5中，完成检测。

视觉自动检测分拣装置还包括有用于控制所述传输检测机构3与机器人机构4协调工作的辅助控制组件6，辅助控制组件6固定在实验台底座1上，包括有控制机器人机构4的机器人控制器，控制光源件324的光源控制器，控制电机312的传输控制器，以及工控机，本实施例中的工控机采用计算机；控制电机312的传输控制器位于实验台底座1上部侧面，便于实验人员操作，通过工控机上运行软件而控制传输检测机构3与机器人机构4协调工作。

工作原理为，待检工件放置于皮带传动部件311是通过皮带上，皮带带动工件沿传输方向移动，当光电传感器33感应到工件到达拍照区域时，控制光源件324开启，相机322拍照，通过相机322拍照的图像与标准图像对比分析，检测出工件缺陷，检测的内容可以是工件外形尺寸，工件表面质量，工件外表图标等是否合格，当待检工件到达皮带传动部件311的末端时，机械手41带动夹具夹持待检工件，并根据系统对比结果是否为合格产品而把工件放置到不同的分拣盒5中，完成分检；不同的光源件324可以检测不同的项目，采用两套传输检测机构3，可以分别检测不同的工件，错开两套传输检测机构3上放置待检工件的时间，机械手41可以对两套传输检测机构3上的工件进行抓取分拣，提高了检测效率。

本视觉自动检测分拣装置中各个位置均有明确的标识，在教学时，线路明了，且能够快速掌握知识。同时各个模块紧凑，因而大大降低整个实验台体积，可广泛应用与桌面教学，充分发挥教学的实践性，互动性，通过反复演练增强学生解决实际问题能力，同时提高教学质量与效果。

本视觉自动检测分拣装置应用在工业上，通过多个视觉检测组件与机械手的组合使用，实现了图像识别应用，图像检测应用，视觉定位应用，物体测量应用，物体分拣应用。

如图5所示，本发明还提供一种如上所述的视觉自动检测分拣装置的控制方法，具体步骤为：

s100、工件放置于传输组件上运送；在生产中的待检工件放置于传输组件的皮带上，可以人工放置，也设置有机器人由机器人的机械手放置。

s200、光电传感器检测到工件；当待检工件运动到光电传感器的位置时，光电传感器给工控机发出指令，由工控机控制视觉检测组件工作；

s300、视觉检测组件开启并对工件表面拍照检测；光源开启对工件进行打光，照相机拍照并传送数据到工控机。

s400、辅助控制组件处理视觉检测组件拍摄的图片；工控机中安装控制软件，由软件根据传输的照片判断分析，得到想要的数据。

具体的，分析判断可以得到以下数据及实现相关功能：

测量数据，例如工件外形尺寸（长、宽、直径、角度）。

检测外形，对外观缺陷检测，以及与标准模板的匹配。

识别标识：可以对工件上的字符识别，也可识别一维码、二维码等功能性标识。

定位识别：可以对工件上某一位置进行准确定位。

当要实现检测工件的多项功能时，工件需要经过多个视觉检测组件的检验，根据不同的视觉检验组件的检验结果，明确判断分析多个数据，从而实现多个功能检测。

s500、检测工件运送到传输组件末端；检测完的工件被传输组件输送到末端并通过光电传感器感应到，并通过工控机控制机器人开启并通过传输组件的速度参数计算出工件的移动位置。

s600、机器人机构的机械手取下工件；机器人启动并根据工控机给出的位置准确抓取工件。

s700、辅助控制组件根据工件图片的处理情况控制机械手把工件放置在相应的分拣盒中。分拣盒可分为良品和不良品两种，也可根据不同的指标分为多种，根据视觉检测组件的照片由软件判断出属于哪种不良情况，而后再控制机械手放到相应的分拣盒中。

如本实施例中有两组传输检测机构同时检验运输工件时，设置两组传输检测机构的传输时间同步，并错开放置工件到传输组件上，当一个传输检测机构上的工件被机器人取下时，另一个传输检测机构上的工件到达传输组件的末端，机器人可以继续取工件分拣，提高工作效率。

本发明通过传输检测机构对待检工件自动传输并进行视觉检测，在经过机器人机构自动抓取分拣，实现了工件从视觉检测到分拣过程的自动化过程，解决机器视觉在实际应用中无法实现自动化操作从而导致实际应用中存在局限性的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。