基于忆阻神经网络技术的工件焊缝自动化视觉检测装置的制作方法

本发明属于视觉检测技术领域，具体涉及一种基于忆阻神经网络技术的工件焊缝自动化视觉检测装置。

背景技术：

焊接作为金属制造行业重要的加工手段，广泛地应用于金属连接领域。焊接质量的好坏是决定产品质量高低的关键因素，受到焊接工作环境的影响，焊接件在完成焊接工作时，表面不可避免地产生各种缺陷，如咬边、表面凹坑等。因为焊缝质量不达标则会导致这个工件报废甚至引发安全事故，因此，焊接件的定期焊缝外观参数检测显得尤为重要。

在传统的焊缝检验步骤中，通常是依靠检验人员通过肉眼进行观察分析，缺点是检验员容易疲劳导致检测疏忽，另外主观评测误差较大，很容易出现漏检，导致检测效率低且精度低的问题。

现有技术中也有利用视觉检测方法对焊缝质量进行检测，从而代替人工检测，达到解放劳动力的目的，但是大多是适用于平板型工件的焊缝检测，使用该种检测方法在对具有环形焊缝的工件进行检测时，很难对其正反面进行检测，只能对其外侧表面的焊缝表观进行检测，或者需要分开对内外焊缝表面进行检测，导致检测效率低，并且大部分视觉检测装置仅仅采用固定的程序进行识别，不能够像通过学习优化，因此在检测焊缝参数定量的精度上还有待提升。

技术实现要素：

针对以上存在的技术问题，本发明提供一种基于忆阻神经网络技术的工件焊缝自动化视觉检测装置，能够对环形焊缝进行快速准确的检测。

本发明的技术方案为：一种基于忆阻神经网络技术的工件焊缝自动化视觉检测装置，包括视觉检测单元、夹持固定单元和控制单元，

视觉检测单元包括设有纵向滑轨的立柱，纵向滑轨上安装有滑座一和滑座二，滑座一和滑座二上分别安装有小驱动电机，用于驱动滑座一和滑座二沿着纵向滑轨进行线性移动，滑座一和滑座二的前端分别通过臂杆一和臂杆二连接有视觉检测组件，用于对工件焊缝进行质量检测；

夹持固定单元包括固定座，通过旋转轴承连接在固定座上方的活动座，以及用于驱动活动座进行圆周运动的驱动机构，活动座的相对外侧表面通过圆形轨道连接有用于夹持环形待测工件的机械爪盘一和机械爪盘二，活动座的内部设有用于驱动机械爪盘一和机械爪盘二进行旋转的旋转电机一和旋转电机二，从而带动环形环形待测工件在自转条件下接受视觉检测组件对环形焊缝的质量检测；

控制单元包括设置在立柱一侧的控制台，控制台上安装有与小驱动电机、视觉检测组件、驱动机构、机械爪盘一、机械爪盘二、旋转电机一、旋转电机二电性连接的plc控制器，plc控制器内部搭载忆阻器芯片，与plc控制器电性连接的显示器。

进一步地，臂杆一和臂杆二为电动伸缩杆，并与plc控制器电性连接，用于将视觉检测组件送达环形待测工件的内部，通过电动伸缩杆更加容易操控。

进一步地，视觉检测组件包括安装在臂杆一前端的弧形板一，以及安装在臂杆二前端的弧形板二，沿着弧形板一的内凹面弧线安装ccd摄像头一和led灯一，沿着弧形板二的外凸面弧线安装ccd摄像头二和led灯二，用于对工件的焊缝内外表面同步进行视觉检测，ccd摄像头一和ccd摄像头二与显示器电性连接。在环形焊缝内外两侧同时采用ccd摄像头进行同步图像采集，并利用led灯进行补光，能够快速准确的对环形焊缝的焊接质量进行评估。

更进一步地，ccd摄像头一和led灯一之间的弧形板一上设有超声探头，超声探头通过导线与plc控制器电性连接，用于收发超声波信号并进行数据转化与处理，ccd摄像头二和led灯二之间的弧形板二上设有与超声探头长度相等的限位杆，用于限定ccd摄像头二与焊缝的距离。增加超声探头作为环形焊缝内部组织状况探测，结合外部表面探测结果，能够对环形焊缝的整体质量做更加可靠的分析评估，大大提高检测准确率。

进一步地，固定座下方设有固定轨道，固定座内设有大驱动电机，用于驱动固定座沿固定轨道移动，在固定轨道远离固定座的一端设有支撑机构，用于对环形待测工件进行撑托。固定座在固定轨道上能够通过大驱动电机直线往复驱动，便于装卸环形待测工件，同时也是为了与视觉检测单元形成良好的配合。

更进一步地，支撑机构包括安装在固定轨道上的底座，安装在底座上的液压杆，以及设置在液压杆上端的弧形托板，弧形托板上设有压力传感器。支撑机构主要的目的是为了给环形待测工件的远端形成支撑，防止在其在夹持转动过程中发生松动，从而导致环形焊缝的偏移，造成检测结果失误。其中，由于不同直径的环形待测工件距离地面也有所差距，因次能够调节高度的液压杆则能解决这个问题，并且通过弧形托板与环形待测工件远端底部进行紧密贴合，形成良好的支撑，而在弧形托板上设置压力传感器则是为了对液压杆形成反馈调节，当压力传感器检测到设定压力则液压杆停止上升，防止过度升高导致环形待测工件远端受力不均形成倾斜，不利于视觉检测组件进行检测。

进一步地，驱动机构包括固定在活动座底部的大齿轮圈，以及与大齿轮圈一侧啮合的小齿轮，以及设置在固定座一侧的步进电机，步进电机的传动轴与小齿轮的中心套轴相连，用于为小齿轮提供驱动力。通过步进电机驱动小齿轮转动，通过啮合传动带动大齿轮圈转动，从而使得活动座借助旋转轴承相对固定座进行转动，用于将机械爪盘一和机械爪盘二进行180度翻转调位。

进一步地，机械爪盘一和机械爪盘二的结构相同，均包括盘体，通过支架固定在盘体外周上的三个液压推杆，液压推杆的前端设有弧形夹板，弧形夹板沿着设置在盘体上的轨道槽移动，用于夹持环形待测工件。常规的的三爪卡盘只适合夹取直径较小，重量较轻的工件，较大体型的工件则难以夹持，本发明三个弧形夹板增大了与环形待测工件的接触面积，增加了环形待测工件装夹后的稳定性，同时采用三个液压推杆从三个方向同步给力，装夹更加稳定。此外，轨道槽不仅能够为弧形夹板限定移动轨迹，还可以为弧形夹板提供支撑，用于分散应力。

本发明的工作方法为：

第一步，首先设定plc控制器的编程程序，通过起吊机辅助将环形待测工件吊起并移动到靠近机械爪盘一的位置，将环形待测工件的一端限定在盘体中心位置，同步开启液压推杆将弧形夹板沿着设置在盘体上的轨道槽移动至完全加紧环形待测工件。

第二步，开启步进电机，用于驱动小齿轮转动，再通过啮合传动带动大齿轮圈转动，从而使得活动座借助旋转轴承相对固定座进行转动，用于将机械爪盘一和机械爪盘二进行180度翻转调位。然后开启大驱动电机，用于驱动固定座沿着固定轨道向靠近立柱方向移动，至接近视觉检测组件前端位于支撑机构的上方，并开启液压杆向上移动至弧形托板与环形待测工件的另一端下方贴合，当压力传感器感受到既定压力后停止，为环形待测工件提供远端支撑。

第三步，开启两个小驱动电机，分别控制其带动滑座一、滑座二沿着纵向滑轨移动并且间隔一定距离，调节使得臂杆一远端延伸线位于环形待测工件外部，臂杆二远端延伸线位于环形待测工件内部，由于臂杆一、臂杆二为电动伸缩杆，因此可以同步开启向前延伸，开启ccd摄像头一、led灯一、ccd摄像头二、led灯二，根据显示器的图像反馈将视觉检测组件分别送至环形焊缝的内外两侧。

第四步，开启旋转电机一驱动机械爪盘一进行匀速圆周运动，通过ccd摄像头一和ccd摄像头二对环形焊缝内外两侧表面进行同步扫描，将扫描结果记录到忆阻器芯片中并进行分析，经过忆阻器芯片对检测结果进行处理、分析并学习优化，可以逐步提高检测的准确率，同时也可以对plc控制器既定程序在使用过程中进行不断优化，提高检测效率。

第五步，检测结束后，将视觉检测组件撤出环形待测工件内部，并通过起吊机辅助将下一个环形待测工件按照第一步操作夹持在处于闲置工位的机械爪盘二上，开启驱动机构，将机械爪盘一、机械爪盘二再次翻转180度，通过起吊机卸下机械爪盘一装夹的检测完毕后的环形待测工件，同时由机械爪盘二装夹的下一个环形待测工件重复上述步骤进行检测。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的机械爪盘能够对不同直径的环形工件进行夹持，并且能够通过旋转电机控制旋转，与两组视觉检测组件形成配合，通过位于环形焊缝内外两侧的ccd摄像头进行同步图像采集，能够快速准确的对环形焊缝的焊接质量进行评估。

(2)本发明还在视觉检测组件的弧形板上设有超声探头对环形焊缝内部组织状况探测，结合外部表面探测结果，能够对环形焊缝的整体质量做更加可靠的分析评估，大大提高检测准确率。

(3)本发明的plc控制器搭载有忆阻器芯片，能够对检测结果进行处理、分析并学习优化，同时也可以对plc控制器既定程序在使用过程中进行不断优化，实现人工智能检测，提高检测的准确率和检测效率。

(4)本发明设置有机械爪盘一和机械爪盘二两个工位，能够进行流水化操作，节省检测时间。

附图说明

图1是本发明在工作状态的整体结构剖视图；

图2是本发明在装卸状态的结构示意图；

图3是本发明机械爪盘一和机械爪盘二装夹环形待测工件的平面结构示意图；

图4是本发明的图1中a-a处剖视图；

图5是本发明增加有超声探头的视觉检测组件结构示意图；

图6是本发明的环形待测工件与支撑机构的位置关系图。

其中，1-视觉检测单元、11-立柱、12-纵向滑轨、13-滑座一、14-滑座二、15-臂杆一、16-臂杆二、17-视觉检测组件、171-弧形板一、172-弧形板二、173-ccd摄像头一、174-led灯一、175-ccd摄像头二、176-led灯二、177-超声探头、178-限位杆、18-小驱动电机、2-夹持固定单元、21-固定座、22-旋转轴承、23-活动座、24-驱动机构、25-圆形轨道、26-机械爪盘一、27-机械爪盘二、28-旋转电机一、29-旋转电机二、210-固定轨道、211-大驱动电机、212-支撑机构、213-底座、214-液压杆、215-压力传感器、216-大齿轮圈、217-小齿轮、218-步进电机、219-盘体、220-支架、221-液压推杆、222-弧形夹板、223-轨道槽、224-弧形托板、3-控制单元、31-控制台、32-plc控制器、33-显示器、4-环形待测工件、41-环形焊缝。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种基于忆阻神经网络技术的工件焊缝自动化视觉检测装置，包括视觉检测单元1、夹持固定单元2和控制单元3，视觉检测单元1包括设有纵向滑轨12的立柱11，纵向滑轨12上安装有滑座一13和滑座二14，滑座一13和滑座二14上分别安装有小驱动电机18，用于驱动滑座一13和滑座二14沿着纵向滑轨12进行线性移动，滑座一13和滑座二14的前端分别通过臂杆一15和臂杆二16连接有视觉检测组件17，用于对工件焊缝进行质量检测；其中，臂杆一15和臂杆二16为电动伸缩杆，并与plc控制器32电性连接，用于将视觉检测组件17送达环形待测工件4的内部，通过电动伸缩杆更加容易操控。如图4所示，视觉检测组件17包括安装在臂杆一15前端的弧形板一171，以及安装在臂杆二16前端的弧形板二172，沿着弧形板一171的内凹面弧线安装ccd摄像头一173和led灯一174，沿着弧形板二172的外凸面弧线安装ccd摄像头二175和led灯二176，用于对工件的焊缝内外表面同步进行视觉检测，ccd摄像头一173和ccd摄像头二175与显示器33电性连接。在环形焊缝41内外两侧同时采用ccd摄像头进行同步图像采集，并利用led灯进行补光，能够快速准确的对环形焊缝41的焊接质量进行评估。

如图1所示，夹持固定单元2包括固定座21，如图1所示，固定座21下方设有固定轨道210，固定座21内设有大驱动电机211，用于驱动固定座21沿固定轨道210移动，在固定轨道210远离固定座21的一端设有支撑机构212，用于对环形待测工件4进行撑托。如图6所示，支撑机构212包括安装在固定轨道210上的底座213，安装在底座213上的液压杆214，以及设置在液压杆214上端的弧形托板224，弧形托板224上设有压力传感器215。支撑机构212主要的目的是为了给环形待测工件4的远端形成支撑，防止在其在夹持转动过程中发生松动，从而导致环形焊缝41的偏移，造成检测结果失误。其中，由于不同直径的环形待测工件4距离地面也有所差距，因次能够调节高度的液压杆214则能解决这个问题，并且通过弧形托板224与环形待测工件4远端底部进行紧密贴合，形成良好的支撑，而在弧形托板224上设置压力传感器215则是为了对液压杆214形成反馈调节，当压力传感器215检测到设定压力则液压杆214停止上升，防止过度升高导致环形待测工件4远端受力不均形成倾斜，不利于视觉检测组件17进行检测。

如图1所示，固定座21在固定轨道210上能够通过大驱动电机211直线往复驱动，便于装卸环形待测工件4，同时也是为了与视觉检测单元1形成良好的配合。通过旋转轴承22连接在固定座21上方的活动座23，以及用于驱动活动座23进行圆周运动的驱动机构24，如图1和2所示，驱动机构24包括固定在活动座23底部的大齿轮圈216，以及与大齿轮圈216一侧啮合的小齿轮217，以及设置在固定座21一侧的步进电机218，步进电机218的传动轴与小齿轮217的中心套轴相连，用于为小齿轮217提供驱动力。通过步进电机218驱动小齿轮217转动，通过啮合传动带动大齿轮圈216转动，从而使得活动座23借助旋转轴承22相对固定座21进行转动，用于将机械爪盘一26和机械爪盘二27进行180度翻转调位。活动座23的相对外侧表面通过圆形轨道25连接有用于夹持环形待测工件4的机械爪盘一26和机械爪盘二27，活动座23的内部设有用于驱动机械爪盘一26和机械爪盘二27进行旋转的旋转电机一28和旋转电机二29，从而带动环形环形待测工件4在自转条件下接受视觉检测组件17对环形焊缝41的质量检测；其中，机械爪盘一26和机械爪盘二27的结构相同，如图3所示，均包括盘体219，通过支架220固定在盘体219外周上的三个液压推杆221，液压推杆221的前端设有弧形夹板222，弧形夹板222沿着设置在盘体219上的轨道槽223移动，用于夹持环形待测工件4。常规的的三爪卡盘只适合夹取直径较小，重量较轻的工件，较大体型的工件则难以夹持，本发明三个弧形夹板222增大了与环形待测工件4的接触面积，增加了环形待测工件4装夹后的稳定性，同时采用三个液压推杆221从三个方向同步给力，装夹更加稳定。此外，轨道槽223不仅能够为弧形夹板222限定移动轨迹，还可以为弧形夹板222提供支撑，用于分散应力。

如图1所示，控制单元3包括设置在立柱11一侧的控制台31，控制台31上安装有与小驱动电机18、视觉检测组件17、驱动机构24、机械爪盘一26、机械爪盘二27、旋转电机一28、旋转电机二29电性连接的plc控制器32，plc控制器32内部搭载忆阻器芯片，与plc控制器32电性连接的显示器33。

本实施例的工作方法为：

第一步，首先设定plc控制器32的编程程序，通过起吊机辅助将环形待测工件4吊起并移动到靠近机械爪盘一26的位置，将环形待测工件4的一端限定在盘体219中心位置，同步开启液压推杆221将弧形夹板222沿着设置在盘体219上的轨道槽223移动至完全加紧环形待测工件4。

第二步，开启步进电机218，用于驱动小齿轮217转动，再通过啮合传动带动大齿轮圈216转动，从而使得活动座23借助旋转轴承22相对固定座21进行转动，用于将机械爪盘一26和机械爪盘二27进行180度翻转调位。然后开启大驱动电机211，用于驱动固定座21沿着固定轨道210向靠近立柱11方向移动，至接近视觉检测组件17前端位于支撑机构212的上方，并开启液压杆214向上移动至弧形托板224与环形待测工件4的另一端下方贴合，当压力传感器215感受到既定压力后停止，为环形待测工件4提供远端支撑。

第三步，开启两个小驱动电机18，分别控制其带动滑座一13、滑座二14沿着纵向滑轨12移动并且间隔一定距离，调节使得臂杆一15远端延伸线位于环形待测工件4外部，臂杆二16远端延伸线位于环形待测工件4内部，由于臂杆一15、臂杆二16为电动伸缩杆，因此可以同步开启向前延伸，开启ccd摄像头一173、led灯一174、ccd摄像头二175、led灯二176，根据显示器33的图像反馈将视觉检测组件17分别送至环形焊缝41的内外两侧。

第四步，开启旋转电机一28驱动机械爪盘一26进行匀速圆周运动，通过ccd摄像头一173和ccd摄像头二175对环形焊缝41内外两侧表面进行同步扫描，将扫描结果记录到忆阻器芯片中并进行分析，经过忆阻器芯片对检测结果进行处理、分析并学习优化，可以逐步提高检测的准确率，同时也可以对plc控制器32既定程序在使用过程中进行不断优化，提高检测效率。

第五步，检测结束后，将视觉检测组件17撤出环形待测工件4内部，并通过起吊机辅助将下一个环形待测工件4按照第一步操作夹持在处于闲置工位的机械爪盘二27上，开启驱动机构24，将机械爪盘一26、机械爪盘二27再次翻转180度，通过起吊机卸下机械爪盘一26装夹的检测完毕后的环形待测工件4，同时由机械爪盘二27装夹的下一个环形待测工件4重复上述步骤进行检测。

实施例2

为了进一步提高视觉检测的准确率，如图5所示，在ccd摄像头一173和led灯一174之间的弧形板一171上增设超声探头177，超声探头177通过导线与plc控制器32电性连接，用于收发超声波信号并进行数据转化与处理，在ccd摄像头二175和led灯二176之间的弧形板二172上增设与超声探头177长度相等的限位杆178。在进行检测时，将超声探头177下端与环形焊缝41外表面相接触，并将限位杆178与环形焊缝41内表面相接触，用于限定ccd摄像头一173和ccd摄像头二175与焊缝的距离。当环形待测工件4旋转时，超声探头177能够沿着环形焊缝41运动轨迹进行检测，用于作为环形焊缝41内部组织状况探测，结合外部表面探测结果，能够对环形焊缝41的整体质量做更加可靠的分析评估，大大提高检测准确率。