基于视觉处理的螺钉安装装置及螺钉安装方法与流程

本发明涉及螺钉锁付技术领域，具体涉及基于视觉处理的螺钉安装装置及螺钉安装方法。

背景技术：

产品的装配生产线中经常需要装配大量的螺丝，以往采用人工作业的方式，导致漏钉现象经常发生，并且螺钉锁付的质量得不到保证，产品在后续工作中会出现螺钉松动等现象，从而导致出现信号泄露，使产品的工作性能大打折扣。

基于此，现有技术中出现了基于视觉识别的螺钉机，该螺钉机主要是基于ccd相机，通过图像采集和识别，获取装配对象的旋转偏移的位置，然后对这些位置坐标进行相应的处理传递给相应的控制器来指导螺钉机的工作。但是，传统的ccd相机只是能校准平面xy坐标位置，只能对平面螺钉孔位置进行定位，在产品螺钉覆盖面很大的情形下，经常会出现盖板和螺钉孔以及执行端劈头不重合的情况，在锁钉过程中会出现偏心力矩的情况，导致执行端力矩达到之后螺钉高度存在不一致的情况，常会出现螺钉只能锁一半的情况。由于ccd相机不能获取z方向的高度信息，这样在将螺钉安装完后，无法知晓螺钉是否螺钉是否全部安装进螺钉孔内，使得现有技术中的螺钉机没有自检功能，往往需要在后续工序中依赖人工对螺钉的锁付质量进行仔细检查，浪费了后期检查人力的投入。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了基于视觉处理的螺钉安装装置及螺钉安装方法，以弥补现有技术中的由于螺钉机没有自检功能而导致后期人力投入较大的缺陷。

为此，根据第一方面，一种实施例中提供了基于视觉处理的螺钉安装装置，该螺钉安装装置包括：

图像采集存储单元，用于获取螺钉及螺钉孔位的空间位置的图像信息；

图像处理单元，用于将所述图像信息转化为数字信号；

中央处理单元，用于接收所述数字信号并发送操作信号；及

螺钉安装单元，用于接收所述操作信号，并根据所述操作信号将所述螺钉安装在对应的螺钉孔位。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述图像采集存储单元包括光学镜头、3d相机及图像采集卡，所述光学镜头安装在所述3d相机上，所述图像采集卡与所述3d相机的输出端相连。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述图像采集存储单元还包括照明单元，所述照明单元用于提供所述3d相机拍照时的光线。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述光学镜头、所述3d相机及所述图像采集卡均为多个，且所述光学镜头、所述3d相机及所述图像采集卡一一对应安装。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述中央处理单元采用工业计算机。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述螺钉安装单元为多个。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述螺钉安装单元可采用自动锁螺钉机或机械手。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述螺钉安装装置还包括工控板卡及伺服驱动器，所述工控板卡与所述伺服驱动器相连，所述工控板卡与所述伺服驱动器连接在所述中央处理单元与所述螺钉安装单元之间。

作为所述螺钉安装装置的进一步可选方案，所述螺钉安装装置还包括运动单元，所述图像采集存储单元安装在所述运动单元上，由所述运动单元带动所述图像采集存储单元运动。

根据第二方面，一种实施例中提供了螺钉安装方法，该螺钉安装方法包括：

获取螺钉及螺钉孔位的空间位置的图像信息；

将所述图像信息转化为数字信号；

接收所述数字信号并发送操作信号；及

接收所述操作信号，并根据所述操作信号将所述螺钉安装在对应的所述螺钉孔位。

本发明的有益效果：

依据以上实施例中的螺钉安装装置，由于图形采集存储单元能够获取螺钉机螺钉孔位的空间位置的图像信息，这样在安装螺钉的过程中以及将螺钉安装好后，可以获取螺钉的高度信息，从而判断螺钉是否安装到位，使得螺钉安装装置具备了自检功能，节省了后期为检测螺钉是否安装到位所花费的人力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本申请实施例所提供的基于视觉处理的螺钉安装装置的方框图；

图2示出了根据本申请实施例所提供的基于视觉处理的螺钉安装装置的图像采集存储单元的方框图；

图3示出了根据本申请实施例所提供的基于视觉处理的螺钉安装装置的方框图；

图4示出了根据本申请实施例所提供的基于视觉处理的螺钉安装方法的流程图；

图5示出了根据本申请实施例所提供的基于视觉处理的螺钉安装方法的另一流程图。

主要元件符号说明：

100-图像采集存储单元；200-图像处理单元；300-中央处理单元；400-螺钉安装单元；500-运动单元；600-运动模组；700-工控板卡；800-伺服驱动器；900-报警单元；1000-监控单元；110-光学镜头；120-3d相机；130-图像采集卡；140-照明单元。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

本实施例提供了基于视觉处理的螺钉安装装置，请参考图1，该螺钉安装装置包括图像采集存储单元100、图像处理单元200、中央处理单元300及螺钉安装单元400。

其中，图像采集存储单元100用于获取螺钉及螺钉孔位的空间位置的图像信息。图像处理单元200用于将图像信息转化为数字信号。中央处理单元300用于接收数字信号并发送操作信号。螺钉安装单元400用于接收操作信号，并根据操作信号将螺钉安装在对应的螺钉孔位。

如此，由于图像采集存储单元100可以获取螺钉及螺钉孔位的空间位置的图像信息，这样就使得在安装螺钉的过程中以及将螺钉安装好后，可以获取螺钉的高度信息，从而判断螺钉是否安装到位，使得螺钉安装装置具备了自检功能，节省了后期为检测螺钉是否安装到位所花费的人力。

在本发明实施方式中，请参考图2，图像采集存储单元100包括光学镜头110、3d相机120及图像采集卡130。光学镜头110安装在3d相机120上，图像采集卡130与3d相机120的输出端相连。

这样通过光学镜头110与3d相机120的作用就可以对螺钉与螺钉孔的位置进行精确的掌握。主要通过对螺钉及螺钉孔进行实时的拍摄来实现。拍摄到的图像信息就存储在图像采集卡130内。

本发明通过采用3d相机120来实现视觉效果，能同时拍摄对象的灰阶影像及包括深度的3维资讯，因此最后得到的信息不仅包含装配对象螺钉孔的x、y位置，同时还可以包含螺钉高度z方向的信息。因此，在进行安装螺钉时，本发明能够做到精确定位，而不受工装夹具及产品制造精度的影响，同时还能够检测到螺钉安装完成后螺钉是否安装到位，节省了后期为检测螺钉是否安装到位所花费的人力。

在一些具体的实施方式中，3d相机120采用大恒图像c5-3360cs19-248一体式3d相机，其中每条轮廓包含3360个数据点数，x和y方向的分辨率0.05-0.09mm，z轴高度分辨率是0.035mm，工作距离为700mm，z方向测量范围为500mm，视野范围170-327mm，重1.9千克。光学镜头110采用computermg1616fc-mp型号的五百万像素dc驱动自动光圈，其焦距为12mm，光阑系数f值为1.6-360c。图像采集卡130采用xcelera-clpx8dual，支持2个相机，总线形式pcle*8，板卡内存256mb，同时需要一个外置采集卡，型号iportcl-u3b-ind，将cameralink转usb口后和工控机相连。

选取以上型号的3d相机120、光学镜头110以及图像采集卡130能够形成很好的配合效果，提高图像采集存储单元的工作效果。

在某些实施方式中，3d效果的实现原理采用的是光飞行时间法(tof)，可以由发射极向被测对象(螺钉或者螺钉孔)发射光脉冲，接收器则通过计算光脉冲从发射器到被测对象再以像素格式返回到接收器的运行时间来确定被测量对象的距离。光飞行时间法可同时获得整个场景，确定3d范围影像，保证3d呈现的效果。

需要说明的是，本发明所采用的图像处理算法基于matlab和c#做的界面和算法，算法的基本步骤：提取原始图像—图像增强(灰度修正、图像增晰)—滤波/边缘检测/分割—提取特征值—反馈微调修正坐标。

在某些实施方式中，图像采集存储单元100还包括照明单元140，该照明单元140可以与光学镜头110一起安装在3d相机120上，也可以单独存在。照明单元140主要用于提供3d相机120拍照时的光线，保证3d相机120的拍照效果。

在一些具体的实施方式中，照明单元140可以采用高频led灯，可以消除拍照闪烁而带来的照明不均匀的现象。

具体的，照明单元140采用日本的平面照明lflx2-200sw，电压24v，功率25w，能实现高度均匀的扩散，同时实现了同轴落射照明和无影照明的效果。

在某些实施方式中，光学镜头110、3d相机120及图像采集卡130为多个，且光学镜头110、3d相机120及图像采集卡130一一对应安装。

这样通过同一套螺钉安装装置就可以获取多个与螺钉安装有关的信息，例如可以获取多个需要安装螺钉的螺钉孔的位置信息，从而指导在安装螺钉的过程中能够对多个螺钉进行同步安装，提高了螺钉的安装效率。

同样的，螺钉安装单元400也可以设置为多个，用于与多个光学镜头110、3d相机120及图像采集卡130进行配套，完成多个螺钉的同步安装。

在某些实施方式中，螺钉安装单元400可以采用自动锁螺钉机或机械手，该自动锁螺钉机或机械手可以接收中央处理单元300下达的操作信号，而按照预定的运行路径将螺钉安装到指定的螺钉孔位。

在某些实施方式中，中央处理单元300采用工业计算机。进一步的，可采用研华工控机。

在本发明实施方式中，请进一步参考图3，螺钉安装装置还包括运动单元500，图像采集存储单元100安装在运动单元500上，由运动单元500带动图像采集存储单元100运动，继而方便螺钉安装装置能够全方面的获取螺钉以及螺钉孔位的位置信息，保证信息获取的稳定性与可靠性。

另一方面，在本发明实施方式中，螺钉安装装置还包括运动模组600，螺钉安装单元400就安装在该运动模组600上，由运动模组600带动螺钉安装单元400到达指定的螺钉孔位处。

进一步的，运动模组600包括x向运动模组、y向运动模组以及z向运动模组。上述x向运动模组、y向运动模组以及z向运动模组可以借助直线模组等来实现，主要包括电机、气缸等。

可以理解，当将螺钉安装单元安装到运动模组上后，通过运动模组600的作用就可以驱动螺钉安装单元在空间内进行移动。

为了更加严格的管控螺钉安装单元的运行以及操作，确保螺钉安装单元能够将螺钉精确的安装到指定的螺钉孔位处，在某些实施方式中，请参考图3，螺钉安装装置还包括工控板卡700及伺服驱动器800，工控板卡700与伺服驱动器800相连，工控板卡700与伺服驱动器800连接在中央处理单元300与螺钉安装单元400之间。

这样从中央处理单元300出来的信号还可以进一步被工控板卡700转化成具体的脉冲信号，工控板卡700再发送相应的脉冲数给伺服驱动器800，伺服驱动器800接收上述脉冲数后就可以精确的指导运动模组600的运动，直至将螺钉安装单元运送到指定的螺钉孔位处。

至此，本发明的螺钉安装装置就可以完成螺钉的安装。其主要在于获取螺钉与螺钉孔位的三维坐标的位置信息，再经过中央处理器300、工控板卡700与伺服驱动器800的精确控制，将螺钉安装到相应的螺钉孔内。在安装的过程中，通过实时获取的螺钉的平面和高度的调整出位置信息反馈给工控板卡700不断修正调整螺钉的行进路线，直至将螺钉准确无误的安装到相应的螺钉孔。在螺钉安装后，还可以通过获取的是螺钉的高度信息，从而判断螺钉是否全部安装到螺钉孔内，使得螺钉安装装置具备了自检功能，节省了后期为检测螺钉是否安装到位所花费的人力。

在某些实施方式中，螺钉安装装置还包括报警单元900，该报警单元900与中央处理单元300相连。当通过检测发现螺钉的行进路线出现偏差或者螺钉安装不到位，该报警单元900就可进行报警，从而指导操控人员实时的作出调整。

在某些实施方式中，螺钉安装装置还包括监控单元1000，该监控单元连接于图像处理单元200，用于实时的显示螺钉安装单元的工作情况，使得操控人员对整个螺钉安装装置的工作情况具有一个可视化的了解。

本实施例同时还提供了基于视觉处理的螺钉安装方法，请参考图4，该方法主要包括以下步骤：

s100、获取螺钉及螺钉孔位的空间位置的图像信息；

s200、将所述图像信息转化为数字信号；

s300、接收所述数字信号并发送操作信号；

s400、接收所述操作信号，并根据所述操作信号将所述螺钉安装在对应的所述螺钉孔位。

具体的，为了进一步提高螺钉的安装精度，请参考图5，另一种实施方式可以包括如下步骤：

s100、获取螺钉及螺钉孔位的空间位置的图像信息；

s200、将所述图像信息转化为数字信号；

s300、接收所述数字信号并发送操作信号；

s500、接收所述操作信号，并将所述操作信号转化为具体的脉冲信号；

s600、接收所述脉冲信号，并根据所述脉冲信号规划螺钉的行进路线而将所述螺钉安装在对应的所述螺钉孔位。

这样，通过具体的规划螺钉的行进信号可以精确的指导螺钉的运动轨迹，将螺钉运输至指定的螺钉孔位。并且，当螺钉的位置出现偏差时，还可以反向进行实时的调整。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。