CN104931502B - 一种多维检测机器人及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维检测机器人，包括：用于运送工件的流水线、用于检测工件的视觉检测系统、连接该视觉检测系统的多维运动控制系统，视觉检测系统设于流水线的上方，该视觉检测系统包括：可在多个方向调整输出轴位置和角度的多维运动机构、固定于输出轴末端的图像摄取装置。本发明还公开了一种上述多维检测机器人的检测方法。本发明将图像摄取装置安装在多维运动机构的输出轴上，通过多维运动机构变换输出轴的位置和角度，实现了单一图像摄取装置的多个自由度运动，完成了对被检工件的多维检测识别。

Description

一种多维检测机器人及其检测方法

技术领域

本发明涉及视觉检测技术领域，具体涉及一种多维检测机器人及其检测方法。

背景技术

视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉检测是指通过机器视觉产品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，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。视觉检测通常被应用在产品的生产、装配或包装中。

传统检测技术视觉系统是固定不动的，只有被检测工件通过传送带到达指定位置，进行检测判别。传统检测技术存在以下缺点：

1、对传送带的运送精度要求高，工件的位置若有偏差会影响视觉系统的检测结果，降低了检测的有效性；

2、视觉系统只能满足工件检测的低端需求，在特定方向对工件进行检测，存在检测盲区，无法适应工件的多方位检测要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种多维检测机器人及其检测方法，该多维检测机器人不仅能实现工件的多维检测识别，而且对工件的运送装夹要求较低，可以根据工件的实际位置在一定范围做自适应调整和补偿，消除工件位置偏差的影响，提高检测效率。

本发明采用的技术方案是，设计一种多维检测机器人，包括：用于运送工件的流水线、用于检测工件的视觉检测系统、连接该视觉检测系统的多维运动控制系统，视觉检测系统设于流水线的上方，该视觉检测系统包括：可在多个方向调整输出轴位置和角度的多维运动机构、固定于所述输出轴末端的图像摄取装置。

其中，多维运动机构包括：立柱、连接于立柱一侧面可上下移动的移动座、一端与移动座铰接可水平摆动的臂杆、与所述臂杆另一端铰接可水平摆动的转动座、竖直设于转动座底面上可沿自身轴线转动的转动架、水平横向设于转动架上可沿自身轴线转动的输出轴，图像摄取装置固定在输出轴的末端。

立柱内设有可推动移动座上下移动的电动推拉装置，移动座内设有可带动臂杆摆动的第一电动旋转装置，转动座内设有带动转动座自身旋转的第二电动旋转装置、带动转动架旋转的第三电动旋转装置，转动架上水平横向固定有带动输出轴旋转的第四电动旋转装置。电动推拉装置、第一电动旋转装置、第二电动旋转装置、第三电动旋转装置和第四电动旋转装置均与多维运动控制系统连接。

控制系统包括：与视觉检测系统连接的多维运动控制器、与多维运动控制器连接的人机交互设备和手动操作设备。

流水线的中部设有一内部中空的机架，流水线的传送带穿过机架，视觉检测系统固定在机架上，机架底部设有位于传送带下方的电控箱，多维运动控制器设于该电控箱内。流水线两端和中部均设有用于检测工件位置的位置传感器，位置传感器与多维运动控制器连接，多维运动控制器还与用于驱动流水线运动的电动件连接。

流水线的输出端还间隔设有多组限位板组件，每组限位板组件包含两个相对设置在流水线上的限位板，两限位板之间的间距可容纳工件穿过。

机架罩有机壳，机壳上设有与人机交互设备尺寸配合的安装口，机壳底部侧面设有与电控箱位置配合的柜门，机壳的两端设有供流水线穿过的开口，开口位置设有吊帘。

多维运动控制器还连接一报警设备，报警设备设于机壳顶部。

本发明还公开了一种上述多维检测机器人的检测方法，包括：步骤1、将被测产品放置到流水线的待检区上；

步骤2、位置传感器检测到被测产品，并将信号传递至多维运动控制器；

步骤3、多维运动控制器控制流水线和多维运动机构配合运动，将图像摄取装置对准到被测产品的不同检测位置，并在各检测位置启动图像摄取装置分别采集图像，再进行处理运算后将数据输出；

步骤4、采集图像处理运算后的数据汇总形成质量报告。

与现有技术相比，本发明将图像摄取装置安装在多维运动机构的输出轴上，通过多维运动机构变换输出轴的位置和角度，实现了单一图像摄取装置的多个自由度运动，完成了对被检工件的多维检测识别，对工件的装夹运送要求低，而且在设定的维度空间内检测无盲区。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明整体的外观示意图；

图2是本发明整体的内部结构图；

图3是本发明视觉检测系统的立体图；

图4是本发明视觉检测系统的平面图；

图5是本发明的检测过程示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明提出的多维检测机器人，包括：用于运送工件的流水线1、用于检测工件的视觉检测系统、连接该视觉检测系统2的多维运动控制系统。

视觉检测系统2包括：可在多个方向调整输出轴位置和角度的多维运动机构21、固定于输出轴末端的图像摄取装置22。视觉检测系统2架设于流水线1的中部上方，工件通过流水线1送到视觉检测系统2的下方进行检测。其中，图像摄取装置22可以设为工业相机。

如图3、4所示，多维运动机构21包括：立柱211、移动座212、臂杆213、转动座214、转动架215和输出轴216。

立柱211的一侧面设有纵向设置的两条滑槽，移动座212的与立柱211相邻的侧面设有与滑槽配合的滑块，立柱211内设有可推动滑块上下移动的电动推拉装置，滑块穿过滑槽伸入立柱211内与电动推拉装置的推拉轴固定，由滑块的移动带动移动座212改变上下位置。

臂杆213的一端铰接在移动座212底面，移动座212内设有可带动臂杆213摆动的第一电动旋转装置，臂杆213与移动座212之间设有竖直的第一铰接轴，第一铰接轴的底端与臂杆213固定、顶端与第一电动旋转装置的转动轴连接，启动第一电动旋转装置即可摆动臂杆213。

转动座214铰接在臂杆213另一端的顶面，转动座214内设有带动转动座214自身旋转的第二电动旋转装置，第二电动旋转装置的壳体底部固定在臂杆213上、转动轴竖直与转动座214固定，启动第二电动旋转装置即可摆动转动座214。

转动座214的摆动端底面竖直向下设有转动架215，转动座214内设有带动转动架215沿自身轴线旋转的第三电动旋转装置，启动第三电动旋转装置即可转动转动架215。

输出轴216水平横向设置在转动架215上，转动架215上水平横向固定有第四电动旋转装置217，第四电动旋转装置217的转轴与输出轴216传动连接，启动第四电动旋转装置即可转动输出轴216。

其中，图像摄取装置22固定在输出轴216的末端，通过移动座214可以调整图像摄取装置22的高度位置，通过臂杆213和转动座214的摆动、及转动架215的转动可以调整图像摄取装置22在水平面的左右位置，通过输出轴216的转动可以调整图像摄取装置22与水平面的倾斜角度，从而实现单一图像摄取装置22的五自由度运动，同时，流水线也能调整工件在图像摄取装置22下方的前后位置，以便完成对被检工件的多维检测识别。在本实施例中，臂杆213长度为250mm，旋转范围为±90°，转动座214长度为150mm，旋转范围为±100°，移动座212的上下行程为200mm，旋转范围为±360°。

如图2所示，多维运动控制系统包括：与视觉检测系统2连接的多维运动控制器、与多维运动控制器连接的人机交互设备3和手动操作设备4。电动推拉装置、第一电动旋转装置、第二电动旋转装置、第三电动旋转装置和第四电动旋转装置均与多维运动控制器连接，通过多维运动控制器控制多维运动机构2自动修正图像摄取装置22的坐标。多维运动机构2还可以多轴联动，经过多维运动控制器的计算自动优化运动规划，图像摄取装置22的五自由度运动实现了对复杂物体的不同景深的快速自动调整方位和焦距，多维视觉检测无盲区，检测效率高。

其中，流水线1两端和中部均设有用于检测工件位置的位置传感器5，位置传感器5与多维运动控制器连接，多维运动控制器还与用于驱动流水线运动的电动件连接。多维运动控制器接收位置传感器5的信号，并控制流水线1和视觉检测系统2的工作状态。

在本实施例中，如图1所示，流水线1的中部设有一内部中空的机架6，流水线1的传送带穿过机架6，视觉检测系统2固定在机架6上，机架6底部设有位于流水线1下方的电控箱61，多维运动控制器设于该电控箱61内。流水线1的输出端还间隔设有多组限位板组件，每组限位板组件包含两个相对设置在流水线上的限位板7，两限位板7之间的间距可容纳工件穿过，限位板7对工件进行限位以保证工件在流水线1上的位置不会出现偏移。机架6罩有机壳8，机壳8上设有与人机交互设备3尺寸配合的安装口，机壳8底部侧面设有与电控箱61位置配合的柜门81，机壳8的两端设有供流水线1穿过的开口，开口位置设有吊帘82。

多维运动控制器还连接一报警设备9，报警设备9设于机壳8顶部，报警设备9可为报警灯，当机器人出现故障时，报警灯发处不同颜色的光或闪烁等以通知操作人员。

如图5所示，本发明还公开了一种上述多维检测机器人的检测方法，包括：步骤1、将被测产品放置到流水线的待检区上；

步骤2、位置传感器检测到被测产品，并将信号传递至多维运动控制器，多维运动控制器被触发；

步骤3、多维运动控制器控制流水线和多维运动机构配合运动，将图像摄取装置对准到被测产品的不同检测位置，并在各检测位置启动图像摄取装置分别采集图像，再进行处理运算后将数据输出；

步骤4、采集图像处理运算后的数据汇总形成质量报告。

在本实施例中，假设被检产品有多个不同位置需要进行检测，在检测之前向多维运动控制器输入各检测位置的控制指令，当多维运动控制器被触发后，先控制流水线和多维运动机构分别运动到第一个指定位置，图像摄取装置此时对准被测产品的第一个检测位置，多维运动控制器启动图像摄取装置采集图像，并进行处理运算输出第一组数据；多维运动控制器重复上述控制动作，直至被测产品的各检测位置都输出数据，最后将数据汇总形成质量报告，根据质量报告判断被测产品合格与否。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多维检测机器人，其特征在于包括：用于运送工件的流水线（1）、用于检测工件的视觉检测系统（2）、连接该视觉检测系统（2）的多维运动控制系统，所述视觉检测系统（2）设于流水线（1）的中部上方，该视觉检测系统（2）包括：可在多个方向调整输出轴位置和角度的多维运动机构（21）、固定于所述输出轴末端的图像摄取装置（22）；

所述多维运动控制系统包括：与视觉检测系统连接的多维运动控制器、与多维运动控制器连接的人机交互设备（3）和手动操作设备；

所述流水线（1）两端和中部均设有用于检测工件位置的位置传感器（5），所述位置传感器（5）与所述多维运动控制器连接，所述多维运动控制器还与用于驱动流水线运动的电动件连接，所述多维运动控制器接收位置传感器（5）的信号，并控制流水线（1）和视觉检测系统（2）的工作状态；

当被检工件有多个不同位置需要进行检测时，在检测之前向多维运动控制器输入各检测位置的控制指令，当多维运动控制器被触发后，先控制流水线（1）和多维运动机构（21）分别运动到第一个指定位置，图像摄取装置（22）此时对准被测工件的第一个检测位置，多维运动控制器启动图像摄取装置（22）采集图像，并进行处理运算输出第一组数据；多维运动控制器重复上述控制动作，直至被测工件的各检测位置都输出数据。

2.如权利要求1所述的多维检测机器人，其特征在于，所述多维运动机构（21）包括：立柱（211）、连接于立柱（211）一侧面可上下移动的移动座（212）、一端与移动座（212）铰接可水平摆动的臂杆（213）、与所述臂杆（213）另一端铰接可水平摆动的转动座（214）、竖直设于转动座（214）底面上可沿自身轴线转动的转动架（215）、水平横向设于转动架上可沿自身轴线转动的输出轴（216）；所述图像摄取装置（22）固定在输出轴（216）的末端。

3.如权利要求2所述的多维检测机器人，其特征在于，所述立柱（211）内设有可推动移动座（212）上下移动的电动推拉装置，所述移动座（212）内设有可带动臂杆（213）摆动的第一电动旋转装置，所述转动座（214）内设有带动转动座（214）自身旋转的第二电动旋转装置、带动转动架（215）旋转的第三电动旋转装置，所述转动架（215）上水平横向固定有带动输出轴（216）旋转的第四电动旋转装置（217）；

所述电动推拉装置、第一电动旋转装置、第二电动旋转装置、第三电动旋转装置和第四电动旋转装置均与所述多维运动控制系统连接。

4.如权利要求1所述的多维检测机器人，其特征在于，所述流水线（1）的中部设有一内部中空的机架（6），所述流水线（1）的传送带穿过所述机架（6），所述视觉检测系统（2）固定在机架（6）上，所述机架（6）底部设有位于传送带下方的电控箱（61），所述多维运动控制器设于该电控箱（61）内。

5.如权利要求4所述的多维检测机器人，其特征在于，所述流水线（1）的输出端还间隔设有多组限位板组件，每组限位板组件包含两个相对设置在流水线上的限位板（7），两限位板（7）之间的间距可容纳工件穿过。

6.如权利要求4或5所述的多维检测机器人，其特征在于，所述机架（6）罩有机壳（8），所述机壳（8）上设有与人机交互设备（3）尺寸配合的安装口，机壳（8）底部侧面设有与电控箱位置配合的柜门（81），机壳（8）的两端设有供流水线穿过的开口，所述开口位置设有吊帘（82）。

7.如权利要求6所述的多维检测机器人，其特征在于，所述多维运动控制器还连接一报警设备（9），所述报警设备（9）设于机壳顶部。