一种综合评价铆钉检测装置的制作方法

本实用新型涉及零件自动化检测技术领域，具体涉及一种综合评价铆钉检测装置。

背景技术：

铆钉是一种连接件，如图1所示，被广泛应用于航空、船舶等各种设备之中。例如，飞机机身上有大量铆钉，用于飞机结构和蒙皮之间的连接固定，铆钉质量直接关系飞机性能安全。为保证设备质量，排除安全隐患，通常需要对铆钉质量进行检测。铆钉检测内容包括尺寸测量和表面缺陷检测。尺寸数据包括铆钉杆直径和铆钉长度、铆钉头厚度、顶面外圆直径、沉头面锥角等。各尺寸数据中，对质量影响最大的是铆钉杆直径，若直径太小，则铆接不稳固，若直径太大，则难以插入铆钉孔。准确获取铆钉杆直径通常需要游标卡尺等接触式测量装置。检测铆钉质量还需进行缺陷检测，常见缺陷包括铆钉头缺口、裂纹、折叠、凹坑、划痕等。在各种缺陷中，铆钉头缺口、裂纹，以及由于材料折入铆钉内部形成的折叠这几种缺陷容易导致应力集中，将严重降低铆钉力学性能，故应及时检出。传统铆钉检测一般采用人工方式完成，若铆钉数量巨大，有时也可采取抽检方式。铆钉尺寸较小且数量较多，传统人工检测的尺寸结果存在主观偏差，容易漏检铆钉表面缺陷，且检测效率低下。因此，为提高铆钉检测速度和质量，满足规模化装备生产要求，迫切需要开发高效准确的自动化铆钉检测装置。

目前已有的自动化铆钉检测装置大都基于机器视觉技术，从拍摄得到的铆钉图像中检测尺寸和缺陷。文献[1]研制了一套拉铆钉在线检测系统，通过电磁吸头和推杆使铆钉精确到达拍摄位置，然后采用多个相机在不同角度拍摄铆钉图像。由于电磁吸头只能吸附碳钢、硅钢等磁性材料，因此无法检测铝制铆钉。文献[2]设计了一个转盘来运送铆钉，采用多个相机在铆钉运送过程中拍摄不同角度铆钉图像，如图2所示。针对铆钉图像中的目标畸变问题，文献[2]还提出了一种畸变校正算法从而一定程度提高了铆钉尺寸测量精度。文献[3]同样采用转动圆盘运送铆钉，并在铆钉运送过程中采集铆钉侧面轮廓图像，通过图像处理技术得到铆钉尺寸，如图3所示。文献[4]中通过在紧固件周围安装探针，利用超声波对紧固件的尺寸进行检测，如图4所示。

其中，上述引用文献具体信息如下：[1]戴亚辉,罗亮,刘知贵.拉铆钉在线检测系统的自动供料机构设计与仿真[J].机械设计与制造,2015(10):256-259.[2]胡江涛,张俊涛,汤伟. 基于畸变补偿的飞机铆钉尺寸测量方法研究[J].陕西科技大学学报,2016,34(4):177-181.[3] 蒋朝根；付永高；杨杰；齐辉；王波；郭峰峰.一种高精度的检测装置[P].中国专利:CN207502428A,2018-06-15.[4]亚历山大·布勒兹.对紧固件进行超声波检测的装置及其相关方法[P].中国专利:CN107430094A,2017.12.01。

综上所述，目前基于机器视觉的铆钉检测装置存在以下问题：

1)铆钉杆直径尺寸检测结果不准确。目前基于机器视觉的检测方法从铆钉侧面图像中提取钉杆直径，容易出现尺寸误差。首先，铆钉与相机的相对位置不固定，导致铆钉在图像中的大小发生变化。另外，图像拍摄过程中的光学畸变使铆钉发生变形。两个零件通过铆钉连接时，铆钉杆是主要受力部件，铆钉直径直接影响零件连接质量，而现有方法难以得到精确的直径尺寸；

2)现有装置需要安装多个相机。现有方法的图像采集方式是铆钉不动，通过布设多个相机获得不同视角的铆钉图像。为获得铆钉侧面和顶面图像，至少需要在铆钉侧面布置一个相机，在铆钉顶面布置一个相机。相机数量增加后，还需配备相应的光源等附件，增加了系统控制复杂程度和部署成本；

3)现有的装置基本只能检测单一的铆钉，对于其他紧固件(螺钉、螺栓、螺母等)无法进行检测，对于检测系。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：现有铆钉检测方法尺寸测量不准确、相机数量多、结构复杂，本实用新型提供了解决上述问题的一种综合评价铆钉检测装置，设计夹持机构实现单一相机采集不同角度铆钉图像，并在对铆钉夹持过程中通过激光测距获得高精度尺寸数据，提出一种结合激光测距和图像处理的铆钉检测装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种综合评价铆钉检测装置，包括夹持机构和信息采集机构，夹持机构包括手指气缸和回转气缸，所述手指气缸自由端的两根手指上分别设有第一夹持片和第二夹持片，所述手指气缸控制第一夹持片和第二夹持片张开或并拢动作用于夹持铆钉；手指气缸的另一端通过第一连接板与回转气缸连接，所述回转气缸带动手指气缸及第一夹持片和第二夹持片周向旋转运动；所述信息采集机构包括激光测距仪和相机；所述激光测距仪设于第一夹持片上，用于接收激光测距仪发射激光信号的靶板设于第二夹持片上；所述相机设于第一夹持片和第二夹持片夹持的铆钉的一侧，用于获取第一夹持片和第二夹持片支架夹持的铆钉的图像信息。

本实用新型工作原理为：由夹持机构的手指气缸及第一夹持片和第二夹持片配合用于抓取铆钉，并通过回转气缸将手指气缸、第一夹持片、第二夹持片以及铆钉整体进行翻转，从而使相机获得不同姿态铆钉图像，激光测距仪在抓取铆钉的同时测量铆钉杆直径尺寸。相机用于拍摄图像，并将获得的图像信息发送至后端处理，由计算机通过图像处理技术获得铆钉其他尺寸并检测铆钉表面缺陷。具体地，手指气缸的两根手指能够张开或合拢，带动第一夹持片和第二夹持片做相应的张开和合拢动作，以有效抓取铆钉。将激光测距仪固定在第一夹持片上，测距仪发射激光照射第二夹持片上的靶板，激光照射的距离则等于被夹铆钉杆的直径。回转气缸和手指气缸通过连接板连接，可用于铆钉±90°翻转，便于相机拍摄铆钉正面凸显以及铆钉顶面图像。

进一步地，所述信息采集机构还包括方形光源和环形光源，所述方形光源、铆钉、环形光源和相机依次排序位于一条直线上。

通过相机、方形光源、环形光源以及相应的支架构成信息采集机构种的图像采集模块，相机用于采集铆钉图像，通过图像处理和分析检测铆钉尺寸和缺陷；环形光源和相机处于铆钉同一侧，作用是为相机补光，减少外部光照影响，保证铆钉图像清晰、稳定；方形光源和相机分别处于铆钉两侧，铆钉位于方形光源和相机中间；方形光源照射后，图像背景为较亮的白色，铆钉为较暗的黑色，铆钉和背景间强烈的对比度有利准确检测铆钉尺寸。

进一步地，所述信息采集机构还包括定位支架，所述定位支架上设有滑轨，所述相机、方形光源和环形光源均通过固定夹与滑轨连接，且固定夹通过滑块与滑轨滑动适配。

将相机、方形光源和环形光源通过固定夹滑动安装在滑轨上，利于随时依据实际检测轻快调整相机和光源的位置、角度。

进一步地，所述夹持机构还包括直线气缸；所述回转气缸通过第二连接板与直线气缸连接，所述直线气缸固定在支架上，且直线气缸带动回转气缸、手指气缸、第一夹持片和第二夹持片整体结构上下移动。

本实用新型的直线气缸和回转气缸通过连接板连接，用于实现铆钉上下移动，便于在手指气缸将铆钉夹持后，将铆钉上移离开防止铆钉的台面进行后续的翻转动作，移动距离由直线气缸上的行程调整装置设定；直线气缸可通过连接板固定在支架上。

进一步地，所述第一夹持片和第二夹持片均可拆卸固定在对应的手指气缸自由端的两根手指上。

由于现有检测方法无法对多种类型的铆钉等紧固件同时检测，因此本实用新型的第一夹持片和第二夹持片均通过螺钉连接等可拆卸结构固定在手指气缸的手指上，利于依据不同的检测对象更换相应的结构的夹持片；同时还可在检测系统的数据库中添加不同紧固件(铆钉) 的质量标准。从而使本实用新型提供的装置不仅能够用于平头或沉头铆钉等不同规格的铆钉，也可用于螺栓、螺柱等紧固件，对于检测装置的推广和适应性有很大的提高。

进一步地，所述检测装置还包括物料运送机构，所述物料运送机构包括传送带，所述传送带位于手指气缸下方，传送带用于输送铆钉。

本实用新型提供的物料运送机构主要用于运送铆钉，实现对夹持机构自动供料，提高检测效率。

进一步地，所述传送带上靠近手指气缸侧边设有接近传感器，所述接近传感器用于检测传送带上的铆钉的位置。

具体地，物料运送模块由传送带和接近传感器两个部分组成，传送带用于送入待检铆钉，送走检测完成的铆钉，输送时，可使铆钉的顶面朝下放置在传送带上；接近传感器用于捕获铆钉位置，在铆钉输送过程中，当待检测铆钉经过接近传感器时，接近传感器将发出信号，以方便控制夹持机构抓取待检测铆钉。可通过支架将传送带安装在适合夹持机构夹持的高度。

进一步地，所述检测装置还包括控制单元，所述控制单元包括可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器用于控制夹持机构夹持动作、信息采集机构采集动作和物料运送机构的输送动作。

进一步地，所述控制单元还包括工控机，所述工控机用于获取激光测距仪的数据，并结合图像处理技术处理相机获得的图像信息得到最终铆钉尺寸和表面缺陷结果。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型涉及零件自动化检测设备，尤其是铆钉尺寸测量和缺陷检测领域，可有效解决现有铆钉检测方法尺寸测量不准确、相机数量多的问题，设计的夹持机构实现单一相机采集不同角度铆钉图像，并在铆钉夹持过程中通过激光测距获得高精度尺寸数据，提出一种结合激光测距和图像处理的铆钉检测装置；

2、本实用新型整个装置由物料运送机构、夹持机构信息采集机构三部分构成。物料运送机构将铆钉运送至指定位置后，由夹持机构抓取铆钉，并对铆钉进行翻转使得相机可以拍摄不同角度的铆钉图像。通过激光测仪在铆钉抓取过程中获得关键的铆钉杆直径尺寸，通过图像处理软件从铆钉图像检测尺寸和表面缺陷。

3、由于现有检测方法无法对多种类型的铆钉等紧固件同时检测，因此本实用新型的第一夹持片和第二夹持片均通过螺钉连接等可拆卸结构固定在手指气缸的手指上，利于依据不同的检测对象更换相应的结构的夹持片；同时还可在检测系统的数据库中添加不同紧固件(铆钉)的质量标准。从而使本实用新型提供的装置不仅能够用于平头或沉头铆钉等不同规格的铆钉，也可用于螺栓、螺柱等紧固件，对于检测装置的推广和适应性有很大的提高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术的铆钉的结构示意图；

图中，a表示沉头面锥面角，k表示铆钉头厚度，l表示铆钉长度，d1表示铆钉杆直径， d2表示铆钉顶面外圆直径；

图2为文献[2]中的铆钉检测装置的结构示意图；

图3为文献[3]中的铆钉检测装置的结构示意图；

图4为文献[4]中的铆钉检测装置的结构示意图；

图5为本实用新型的整体立体结构示意图；

图6为本实用新型的夹持机构立体结构示意图；

图7为本实用新型的夹持机构局部结构示意图；

图8为本实用新型的夹持机构爆炸图；

图9为本实用新型的信息采集机构立体结构示意图；

图10为本实用新型的物料运送机构立体结构示意图；

图11为本实用新型的工作流程图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-夹持机构，101-手指气缸，102-回转气缸，103-第一夹持片，104-第二夹持片，105-第二连接板，106-直线气缸，107-支架，108-第一连接板，2- 信息采集机构，201-激光测距仪，202-相机，203-靶板，204-方形光源，205-环形光源，206- 定位支架，207-滑轨，208-固定夹，3-铆钉，4-物料运送机构，401-传送带，402-接近传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例提供了一种综合评价铆钉检测装置，包括夹持机构1和信息采集机构2，夹持机构1包括手指气缸101和回转气缸102，手指气缸101自由端的两根手指上分别设有第一夹持片103和第二夹持片104，手指气缸101控制第一夹持片103和第二夹持片104张开或并拢动作用于夹持铆钉3；手指气缸101的另一端通过第一连接板108与回转气缸102连接，回转气缸102带动手指气缸101及第一夹持片103和第二夹持片104周向旋转运动；

信息采集机构2包括激光测距仪201和相机202；激光测距仪201设于第一夹持片103 上，用于接收激光测距仪201发射激光信号的靶板203设于第二夹持片104上；

相机202设于第一夹持片103和第二夹持片104夹持的铆钉3的一侧，用于获取第一夹持片103和第二夹持片104支架夹持的铆钉3的图像信息。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，信息采集机构2还包括方形光源204和环形光源205，方形光源204、铆钉3、环形光源205和相机202依次排序位于一条直线上。信息采集机构2 还包括定位支架206，定位支架206上设有滑轨207，相机202、方形光源204和环形光源205 均通过固定夹208与滑轨207连接，且固定夹208通过滑块与滑轨207滑动适配。

实施例3

在实施例2的基础上进一步改进，夹持机构1还包括直线气缸106；回转气缸102通过第二连接板105与直线气缸106连接，直线气缸106固定在支架107上，且直线气缸106带动回转气缸102、手指气缸101、第一夹持片103和第二夹持片104整体结构上下移动。第一夹持片103和第二夹持片104均通过螺钉固定在对应的手指气缸101自由端的两根手指上。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进，检测装置还包括物料运送机构4，物料运送机构4包括传送带401，传送带401位于手指气缸101下方，传送带401用于输送铆钉3。传送带401 上靠近手指气缸101侧边设有接近传感器402，接近传感器402用于检测传送带401上的铆钉3的位置。

实施例5

在实施例4的基础上进一步改进，检测装置还包括控制单元，控制单元包括可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器用于控制夹持机构1夹持动作、信息采集机构2采集动作和物料运送机构4的输送动作。控制单元还包括工控机，工控机用于获取激光测距仪的数据，并结合图像处理技术处理相机202获得的图像信息得到最终铆钉3尺寸和表面缺陷结果。

具体地，控制单元结构如下：

(1)气缸配件具体包括电磁阀、空气压缩机、气源分配器、减压阀、磁性传感器，以及相应通气管道。电磁阀用于控制气缸运动方向，每个气缸各自连接一个两位五通电磁阀，通过切换电磁阀的两个工位，可以改变气流方向从而实现手指气缸开合、回转气缸转动方向改变、直线气缸移动方向改变。空气压缩机产生高压气体为所有气缸提供动力来源。气源分配器将高压气体分配给各个气缸。减压阀通过调整气体压力可以改变各气缸的作用力、力矩、运动速度。磁性传感器能够获取气缸运动状态，各气缸上均安装磁性开关，当气缸动作时，磁性开关发出信号；

(2)可编程逻辑控制器(PLC)：PLC综合管理底层执行设备，完成铆钉检测。接近传感器、磁性传感器均连接至PLC，PLC根据这些信号改变电磁阀工位从而控制夹持机构中各个气缸的动作。由PLC执行环形光源和方形光源通电照射，以及相机触发拍照等动作。

(3)工控机：工控机获取激光测距仪的数据，并结合图像处理技术得到最终铆钉尺寸和表面缺陷结果。工控机获得由激光测距仪采集得到的高精度铆钉杆直径数据。工控机根据铆钉侧面图像，提取铆钉轮廓形状，获得铆钉杆长度、铆钉头厚度、沉头面锥角等尺寸数据。根据铆钉顶面图像，进行纹理缺陷检测，判断是否出现裂纹、折叠、掉块、划痕等表面缺陷。最后，工控机将铆钉图像，以及尺寸和缺陷检测结果存入相关数据库，实现铆钉质量数字化管理。

实施例6

基于实施例5提供的一种综合评价铆钉检测装置工作原理为：

铆钉检测装置工作流程包括六个步骤，依次为：A-铆钉定位、B-铆钉抓取、C-激光测距、 D-一次图像采集、E-二次图像采集、F-放回和复位，如图11所示：

系统输入：由物料运送机构提供钉帽朝下且排列整齐的铆钉序列；

系统输出：获得每个铆钉的尺寸数据，判断表面是否存在缺陷。

A：铆钉定位：当传送带401上的铆钉3经过接近传感器402时，接近传感器402发出信号，夹持机构2准备抓取铆钉3；

B：铆钉抓取：直线气缸106向下移动，第一夹持片103和第二夹持片103闭合，将铆钉3抓起；

C：激光测距：激光测距仪201照射第一夹持片103上的靶板203，得到铆钉3钉杆的直径数据；

D：铆钉侧面拍照：直线气缸106带动铆钉3竖直向上移动到工业相机202前方。方形光源204通电照射，工业相机202拍照获得铆钉3轮廓图像，方形光源204关闭。通过图像处理软件获得铆钉3钉杆长度、铆钉头厚度、沉头面锥角等尺寸数据；

E：铆钉顶面拍照：回转气缸102逆时针旋转90°，使铆钉3的顶面正对工业相机202。环形光源205通电照射，工业相机202拍照获得铆钉3的顶面图像，环形光源205关闭。通过图像处理软件检测铆钉3的顶面是否存在裂纹、折叠、掉块等缺陷；

F：放回和复位：回转气缸102顺时针旋转90°，直线气缸106向下移动，然后第一夹持片103和第二夹持片104松开，将铆钉3放回传送带401上。直线气缸106向上移动，第一夹持片103和第二夹持片104回到初始位置，完成一次检测。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。