CN105486231A - 一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，包含上料料仓、搬运机器人系统、视觉检测系统和下料料仓。上料料仓用于检验前的链轮零件定位；搬运机器人系统完成链轮零件的上料、变位以及下料；视觉检测系统采用机器视觉技术逐齿采集链轮零件质量信息；下料料仓用于放置已测量完毕的链轮零件。本发明实现了大型链轮零件齿形数据自动采集测量，有效减小链轮零件齿形测量难度，而且整个检测过程不受人为因素影响，有效保证了产品检测质量的准确性。同时，机器视觉采集的质量信息可以存储到计算机内，为零件制造环节提供有效反馈，进一步可为实现统计过程控制和数字化制造做准备。

Description

一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置

技术领域

本发明涉及一种齿形测量装置，具体涉及一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置。

背景技术

视觉检测是一种通过机器视觉设备提取目标图像信号代替人眼或量具做测量和判断的有效手段。它是产品制造过程中的重要质量保障手段之一。目前，机器视觉已被广泛应用于各种自动化加工设备中，它可以实现零件尺寸、位置的测量，产品外观和缺陷的检查，文字识别，二维码、条形码识别等。

但是当前，机器视觉的尺寸测量在中小型零件上的应用较多，而大型零件基本都还靠人工测量，没能实现自动化和数字化。究其原因，主要是因为大型零件体积大，重量重，零件的装夹变位困难，而且在保证测量精度的前提下，机器视觉难以扫描整个零件。以附图3所示的某大型链轮零件为例。此链轮零件直径超过半米，重量大约20~30Kg，它在加工完成后需对每个齿形轮廓进行检验。目前一般的检测方法是工人拿着量规依次测量每个齿的外形轮廓，工人检测困难且工作量较大。

可见，目前大型链轮齿形测量过程存在着如下缺陷：1）自动化程度低，基本都还依赖人工测量，零件尺寸大，重量重，工人测量难度大，工作强度大；2）人工检测，零件质量信息没能存档，不能实现统计过程控制和数字化加工；3）零件尺寸较大，机器视觉难以兼顾测量精度和视野范围。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置。本发明采用搬运机器人实现大型链轮零件自动上下料，并配合视觉测量装置自动变位采集链轮齿形数据，本发明通过零件尺寸信息自动采集以及质量信息自动存档，实现了数字化测量，进一步为数字化制造做准备。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，包含上料料仓、搬运机器人系统、视觉检测系统和下料料仓；

上料料仓上设置有定位气缸和定位块，用于链轮零件的定位；

搬运机器人系统由搬运机器人和链轮夹爪组成，链轮夹爪通过安装法兰与搬运机器人第六轴连接；

视觉检测系统由机架、视觉测量装置和遮光装置组成；机架用于安装视觉测量装置和遮光装置；视觉测量装置用于链轮零件外形扫描，判断链轮零件齿形是否合格；遮光装置用于遮挡环境光对视觉测量装置的影响；

下料工位设置有不少于两个下料料仓，分别放置检验合格品和不合格品。即所述下料料仓设置有两个，其中一个下料料仓为放置检验合格品的合格下料料仓，另一个下料料仓为放置检验不合格品的不合格下料料仓。

所述的视觉检测系统中，机架由底座、立柱、横梁和镜头调节座组成；底座固定安装于地面；不少于两根立柱与底座垂直安装；镜头调节座设置于立柱中部偏上位置；横梁设置于立柱顶端。

所述的视觉检测系统中，视觉测量装置由相机镜头、工业相机、镜头支架、螺钉、光杆滑块、光杆和背光源组成；镜头支架设置在镜头调节座上；相机镜头安装在镜头支架上；工业相机固定在相机镜头像方侧的末端；光杆滑块安装在固定在镜头支架上；镜头支架通过光杆滑块与镜头调节座上的光杆连接；螺钉设置于镜头支架上，用于镜头支架与镜头调节座的固定；背光源固定在横梁的一端，背光源设置在相机镜头物方侧的延长线上。

所述的视觉检测系统中，遮光装置由遮光幕布、气缸、导轨滑块、幕布支架和导轨组成；气缸和导轨竖直安装于横梁上；幕布支架一侧固定在气缸的气缸杆上，另一侧通过导轨滑块与导轨连接；遮光幕布设置在幕布支架上；遮光幕布笼罩在视觉检测系统外侧。

所述的视觉检测系统中，相机镜头和背光源之间为视觉测量区域；相机镜头和背光源之间的距离通过与光杆连接的镜头支架进行调节，并通过螺钉锁死。

本发明的有益之处在于：

（1）本发明实现了大型链轮零件齿形数据自动采集测量，有效减小链轮零件齿形检验难度。工人只需将链轮零件装夹到上料料仓上，搬运机器人就会完成链轮零件自动上料、变位测量和自动下料操作。整个检测过程不受人为因素影响，有效保证了产品检测质量的准确性。

（2）本发明利用计算机存储零件质量信息，实现零件数字化测量，为后期统计过程控制和数字化加工做准备。本发明中，工业相机可以将采集到的零件质量数据存储在计算机内，计算机提取零件质量信息为零件制造环节提供反馈信息。

（3）本发明兼顾测量精度和视野范围。本发明针对的测量零件比较大，若做零件全齿检测，那么测量成本会大大增加，而且测量精度也难以达到要求。本发明采用搬运机器人配合视觉测量装置完成零件变位测量，视觉测量装置每次只测量一个齿形，有效兼顾测量精度和视野范围。

附图说明

图1是本发明一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置的示意图；

图2是本发明一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置的视觉测量系统示意图；

图3是链轮零件示意图；

附图标记的含义：100、上料料仓，200、搬运机器人系统，201、搬运机器人，202、链轮夹爪，300、视觉检测系统，301、底座，302、立柱，303、遮光幕布，304、气缸，305、导轨滑块，306、幕布支架，307、导轨，308、横梁，309、相机镜头，310、工业相机，311、镜头支架，312、螺钉，313、光杆滑块，314、光杆，315、镜头调节座，316、背光源，400、下料料仓，500、链轮零件。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如附图1所示，本发明一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，包含上料料仓100、搬运机器人系统200、视觉检测系统300和下料料仓400；

上料料仓100上设置有定位气缸和定位块，用于链轮零件500的定位；

搬运机器人系统200由搬运机器人201和链轮夹爪202组成，链轮夹爪202通过安装法兰与搬运机器人201第六轴连接；

视觉检测系统300由机架、视觉测量装置和遮光装置组成；机架用于安装视觉测量装置和遮光装置；视觉测量装置用于链轮零件500外形扫描，判断链轮零件500齿形是否合格；遮光装置用于遮挡环境光对视觉测量装置的影响；

下料工位设置有不少于两个下料料仓400，分别放置检验合格品和不合格品。即所述下料料仓设置有两个，其中一个下料料仓为放置检验合格品的合格下料料仓，另一个下料料仓为放置检验不合格品的不合格下料料仓。

如附图2所示，所述的视觉检测系统300中，机架由底座301、立柱302、横梁308和镜头调节座315组成；底座301固定安装于地面；不少于两根立柱302与底座301垂直安装；镜头调节座315设置于立柱302中部偏上位置；横梁308设置于立柱302顶端。

如附图2所示，所述的视觉检测系统300中，视觉测量装置由相机镜头309、工业相机310、镜头支架311、螺钉312、光杆滑块313、光杆314和背光源316组成；镜头支架311设置在镜头调节座315上；相机镜头309安装在镜头支架311上；工业相机310固定在相机镜头309像方侧的末端；光杆滑块313安装在固定在镜头支架311上；镜头支架311通过光杆滑块313与镜头调节座315上的光杆314连接；螺钉312设置于镜头支架311上，用于镜头支架311与镜头调节座315的固定；背光源316固定在横梁308的一端，背光源316设置在相机镜头309物方侧的延长线上。

如附图2所示，所述的视觉检测系统300中，遮光装置由遮光幕布303、气缸304、导轨滑块305、幕布支架306和导轨307组成；气缸304和导轨307竖直安装于横梁308上；幕布支架306一侧固定在气缸304的气缸杆上，另一侧通过导轨滑块305与导轨307连接；遮光幕布303设置在幕布支架306上；遮光幕布303笼罩在视觉检测系统300外侧。

如附图2所示，所述的视觉检测系统300中，相机镜头309和背光源316之间为视觉测量区域；相机镜头309和背光源316之间的距离可以通过与光杆314连接的镜头支架311进行调节，然后再用螺钉312锁死。

为了更好地理解本发明，下面对本装置的工作过程进行简要描述：

（1）在设备运行之前，工人先把链轮零件500放置到上料料仓100上；上料料仓100上的气缸和定位块完成链轮零件500的定位；工人调节镜头支架311，将相机镜头309和背光源316的距离调节至适当尺寸，并拧紧螺钉312将镜头支架311锁死；工人按下设备运行按钮，整套设备进入自动运行状态。

（2）搬运机器人201末端变位至上料工位，链轮夹爪202完成链轮零件500装夹；搬运机器人201将链轮零件500搬运至视觉检测工位。

（3）气缸304气缸杆推出，遮光幕布303上升；搬运机器人201将链轮零件500变位至相机镜头309和背光源316之间，链轮零件500与相机镜头309保持平行；气缸304气缸杆缩回，遮光幕布303下降。

（4）工业相机310拍摄一个齿形，拍摄完成后，链轮零件500转动一个角度，工业相机310再拍摄下一个齿形。

（5）链轮零件500所有齿形都拍摄完毕后，气缸304气缸杆推出，遮光幕布303上升；搬运机器人201将链轮零件500放置在下料料仓400上，然后开始下一个链轮零件500的测量过程。一般，下料工位设置两个下料料仓400，检验合格零件放置在一个下料料仓400上，检验不合格零件放置在另一个下料料仓400上。

本发明的设计原理：

首先，本发明根据链轮零件500的几何特点，设计了一套基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置。本发明采用上料料仓100完成零件定位，搬运机器人系统200完成零件上料、变位和下料，视觉检测系统300完成链轮零件500逐齿测量，实现了链轮零件500的全自动质量数据采集。

其次，本发明采用机器视觉技术提取目标图像信号代替人眼或量具做测量和判断，整个检测过程不受人为因素影响，有效保证了产品检测质量的准确性。机器视觉采集的质量信息可以存储到计算机内，为零件制造环节提供有效反馈，进一步为实现统计过程控制和数字化制造做准备。

最后，本发明在零件质量信息采集过程中，采用机器人变位的逐齿测量方式实现链轮零件500的全齿测量，兼顾测量精度和视野范围，有效减小视觉检测系统的制造成本和设计难度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，其特征在于，其包含上料料仓（100）、搬运机器人系统（200）、视觉检测系统（300）和下料料仓（400）；

所述上料料仓（100）上设置有用于链轮零件（500）定位的定位气缸和定位块；

所述搬运机器人系统（200）包括搬运机器人（201）和链轮夹爪（202），上述链轮夹爪（202）通过安装法兰与搬运机器人（201）的第六轴连接；

所述视觉检测系统（300）包括机架、用于链轮零件（500）外形扫描，判断链轮零件（500）齿形是否合格的视觉测量装置和用于遮挡环境光对视觉测量装置的遮光装置；在所述机架上安装所述视觉测量装置和所述遮光装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，其特征在于，所述下料料仓（400）设置有两个，其中一个下料料仓（400）为放置检验合格品的合格下料料仓，另一个下料料仓（400）为放置检验不合格品的不合格下料料仓。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，其特征在于，所述机架包括底座（301）、横梁（308）、镜头调节座（315）和至少两根立柱（302）；底座（301）固定安装于地面；不少于两根立柱（302）与底座（301）垂直安装；镜头调节座（315）设置于立柱（302）中部偏上位置；横梁（308）设置于立柱（302）顶端。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，其特征在于，所述的视觉测量装置由相机镜头（309）、工业相机（310）、镜头支架（311）、螺钉（312）、光杆滑块（313）、光杆（314）和背光源（316）组成；镜头支架（311）设置在镜头调节座（315）上；相机镜头（309）安装在镜头支架（311）上；工业相机（310）固定在相机镜头（309）像方侧的末端；光杆滑块（313）安装在固定在镜头支架（311）上；镜头支架（311）通过光杆滑块（313）与镜头调节座（315）上的光杆（314）连接；螺钉（312）设置于镜头支架（311）上，用于镜头支架（311）与镜头调节座（315）的固定；背光源（316）固定在横梁（308）的一端，背光源（316）设置在相机镜头（309）物方侧的延长线上。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，其特征在于，所述的遮光装置由遮光幕布（303）、气缸（304）、导轨滑块（305）、幕布支架（306）和导轨（307）组成；气缸（304）和导轨（307）竖直安装于横梁（308）上；幕布支架（306）一侧固定在气缸（304）的气缸杆上，另一侧通过导轨滑块（305）与导轨（307）连接；遮光幕布（303）设置在幕布支架（306）上；遮光幕布（303）笼罩在视觉检测系统（300）外侧。

6.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的大型链轮齿形自动测量装置，其特征在于，所述的相机镜头（309）和背光源（316）之间为视觉测量区域；相机镜头（309）和背光源（316）之间的距离通过与光杆（314）连接的镜头支架（311）进行调节，并通过螺钉（312）锁死。