CN106226168B - 一种基于机器视觉的自动化弯曲试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于机器视觉的自动化弯曲试验装置及方法，通过机械的反复操作减少了人工的劳动强度，且增加效率、减少成本。所述装置包括，机械吸持装置，用于实现待测样条的抓取、待测样条编号识别和待测样条的参数测量；进料转盘，用于放置所述待测样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；弯曲试验机，用于实现跨距的自动调整和所述待测样条的弯曲试验；出料转盘，用于放置经过弯曲试验后的样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；还包括视觉控制系统，用于对所述机械吸持装置进行控制，以使得机械吸持装置能够准确识别待测样条的中心位置并利用机械吸取装置顶部的吸盘进行抓取动作。
Description
技术领域
本发明涉及计量检测领域和制造自动化试验设备领域，并且更具体地，涉及一种基于机器视觉的自动化弯曲试验装置及方法。
背景技术
随着人们对生产、制造、测试等过程高精度、高效率、高质量和低成本等要求的日益提高，机器人及其类似相关装置的需求越来越大，成为贯穿整个传统行业转型的重要推动力。近年来，作为机器人的“眼睛”，机器视觉这一多综合交叉学科也迎来了极大的发展和广泛的应用，尤其是在代替人眼功能已经在检测、测量、识别、三维重建方面取得了较大的突破。
在计量检测领域，由于检测设备自动化水平不高，往往需要靠人来进行试验物理参量的测量，由于人工检测时的主观性、不能精确控制、不能完全复现等特点，使得人工检测时容易出现准确率不高、结果一致性不好、效率低等特点。在如今提倡效率的时代，将自动化技术引入检测领域，实现设备的自动化和智能化成为检测行业发展的迫切需求，而且拥有良好的检测设备以及研发高质检测设备的能力，有助于在行业中拥有更大的话语权。
目前的弯曲试验主要分成如下几个关键步骤：(1)样条宽度、厚度数据测试；(2)试验装置跨距调整；(3)试验样条严格摆放到支撑柱中心；(4)弯曲试验；(5)拾取样条。现有的弯曲试验装置只能在第(4)步弯曲试验部分实现自动化，即通过压力传感器得到压力数值，进而通过程序得到样条弯曲强度，其他步骤依然需要人为参与。而现有试验装置的缺点主要体现在如下几点上：
(1)待测样条的参数测量工作量大；
(2)跨距调整和试样摆放工作均要求精度高；
(3)待测样条拾取并装袋工作易出现编号对应不准的问题；
这三方面均需要投入大量的人力、时间和精力，进而降低了工作的准确率和效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种基于机器视觉的自动化弯曲试验装置及方法。通过视觉控制系统使装置进行自动化弯曲试验，将复杂而高要求的试验过程精简为批量放料和批量取料的过程，减弱了人工的劳动强度，且提高了试验的准确率和工作效率。
根据本发明的一个方面，提供一种基于机器视觉的自动化弯曲试验装置，包括：
机械吸持装置，用于实现待测样条的抓取、待测样条编号识别和待测样条的参数测量；
进料转盘，用于放置所述待测样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；
弯曲试验机，用于实现跨距的自动调整和所述待测样条的弯曲试验；以及
出料转盘，用于放置经过弯曲试验后的样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；
其特征在于还包括视觉控制系统，用于对所述机械吸持装置进行控制，以使得机械吸持装置能够准确识别待测样条的中心位置并利用机械吸取装置顶部的吸盘进行抓取动作，以及通过坐标预先测定机械吸持装置抓取待测样条从进料转盘圆盘处到弯曲试验机两支座中心处的轨迹和从弯曲试验机两支座中心处到出料转盘的圆盘处的动作轨迹。
优选地，所述进料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中进料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
优选地，所述进料转盘由电机控制进料转盘的转动和停止，且机械吸持装置抓取完每条试样槽的每批待测样条中的最后一根样条后，电机控制圆盘转动，将下一批样条所在的扇形区域对准机械吸持装置。
优选地，所述机械吸持装置通过视觉控制系统首先进行裁片图像处理，然后根据样条的特点进行图像特征点提取并识别，且在目标的识别过程中测量样条的各数据参量，并将测量数据上传至上位处理机。
优选地，所述样条的各数据参量包括待测样条的编号识别、待测样条的宽度和待测样条的厚度参数测量。
优选地，所述弯曲试验机的跨距自动调整方式为，弯曲试验机接收上位处理机计算的根据待测样条的宽度和厚度得出的待测样条的跨距，并通过位移传感器监测，使得两个支座从中心点分别向外移动1/2跨距距离。
优选地，所述机械吸持装置将样条放置在弯曲试验机的两个支座上后，所述弯曲试验机进行待测样条的弯曲试验。
优选地，所述出料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中出料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
优选地，所述出料转盘由电机控制出料转盘的转动和停止，且所述机械吸持装置放置完每条试样槽的最后一根待测样条后，电机控制圆盘转动，将下一个空扇形区域对准机械吸持装置。
根据本发明的另一方面，提供一种基于机器视觉的自动化弯曲试验方法，包括：
步骤1，将30批待测样条依次放置于进料转盘的圆盘上，其中每批待测样条为7根，分别放置在进料转盘的每条试样槽被六个棱分割出的七个部分上；
步骤2，机械吸持装置抓取进料转盘上第一批的第一根待测样条，并获取所述待测样条的编号、宽度和厚度并上传至上位处理机；
步骤3，上位处理机自动创建以待测样条的编号命名的试样档案并计算所述待测样条的跨距，并传给弯曲试验机，弯曲试验机根据待测样条的跨距调整两个支座的位置；
步骤4，机械吸持装置在弯曲试验机调整好两支座的位置后，将待测样条放置在两支座中心处，并由弯曲试验机开始进行弯曲试验；
步骤5，弯曲试验后，机械吸持装置抓取样条向出料转盘移动，将样条放置在出料转盘的试样槽上；
步骤6，机械吸持装置抓取进料转盘上第一批的第二根样条，并重复步骤2至步骤5；
步骤7，当进料转盘的某一个扇形区域上的样条全部抓取完成时，电机转动，使进料转盘上的下一个扇形区域对准机械吸持装置；当出料转盘的某一个扇形区域上的样条全部放置完成时，电机转动，使出料转盘上的下一个空扇形区域对准机械吸持装置；以及
步骤8，当所有样条全部试验完毕时，收取出料转盘上的样条。
优选地，所述进料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中进料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
优选地，所述机械吸持装置通过视觉控制系统首先进行裁片图像处理，然后根据样条的特点进行图像特征点提取并识别，且在目标的识别过程中测量待测样条的各数据参量，并将测量数据上传至上位处理机。
优选地，所述弯曲试验机的跨距自动调整方式为，弯曲试验机接收上位处理机计算的根据待测样条的宽度和厚度得出的待测样条的跨距，并通过位移传感器监测，使得两个支座从中心点分别向外移动1/2跨距距离。
优选地，所述出料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中出料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端有具六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
根据本发明提出的试验装置和方法，能将弯曲试验复杂而高要求的试验过程精简为批量放料和批量取料的过程，减弱了试验员的劳动强度，且提高了试验准确率和工作效率。根据试验员操作经验，以往每天白天只能进行20余批弯曲试验且需有人值守，应用本装置后，仅需预先在进料转盘装满试验样条，即可实现夜间无人值守的弯曲试验，第二天试验员待试验完成后将样条全部取走整理装袋即可。因此，该装置也压缩了时间成本，节约了人力成本。此外，本装置的推广能促进检测领域成本的降低，能够为检测工作创高更好的经济效益。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施例的自动化弯曲试验装置的装置示意图；
图2为根据本发明优选实施例的自动化弯曲试验装置的部分装置俯视图；以及
图3为根据本发明优选实施例的自动化弯曲试验方法的方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施例的自动化弯曲试验装置的装置示意图。如图1所示，基于机器视觉的自动化弯曲试验装置100由机械吸持装置1、进料转盘3、弯曲试验机4以及出料转盘5组成，所述机械吸持装置1用于实现待测样条的抓取、待测样条的编号识别和待测样条的参数测量；所述进料转盘3用于放置所述待测样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；所述弯曲试验机4用于实现跨距的自动调整和所述待测样条的弯曲试验；所述出料转盘5用于放置经过弯曲试验后的样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；其中基于机器视觉的自动化弯曲试验装置100还包括视觉控制系统2，用于对所述机械吸持装置1进行控制，以使得机械吸持装置1能够准确识别待测样条的中心位置并利用机械吸持装置1顶部的吸盘进行抓取动作，以及通过坐标预先测定机械吸持装置1抓取待测样条从进料转盘3的圆盘处到弯曲试验机4的两支座中心处的轨迹和从弯曲试验机4两支座中心处到出料转盘5的圆盘处的动作轨迹。
优选地，进料转盘3由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中进料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。在进行利用装置100进行实际操作时，每个试样槽可以放置7根待测样条，每个试样槽上的7根待测样条被称为一批待测样条，在进料转盘3的圆盘上，一次可放置共30批待测样条。
优选地，所述进料转盘3由电机控制进料转盘3的转动和停止，且机械吸持装置1抓取完每条试样槽的每批待测样条中的最后一根待测样条后，电机控制圆盘转动，将下一批样条所在的扇形区域对准机械吸持装置1。
优选地，所述机械吸持装置1通过视觉控制系统2首先进行裁片图像处理，然后根据待测样条的特点进行图像特征点提取并识别，且在目标的识别过程中测量样条的各数据参量，并将测量数据上传至上位处理机。优选地，所述样条的各数据参量包括样条编号的识别、待测样条的宽度和待测样条的厚度参数测量。优选地，上位处理机在接到待测样条的各数据参量后，会以该待测样条的编号命名的试样档案并计算所述待测样条的跨距。
优选地，所述机械吸持装置1在进行待测样条的抓取操作时，从试样槽的远圆心端的第一根待测样条开始依次抓取，直至近圆心端的第七根待测样条。
优选地，所述弯曲试验机4的跨距自动调整方式为，弯曲试验机4接收上位处理机计算的根据待测样条的宽度和厚度得出的待测样条的跨距，并通过位移传感器监测，使得两个支座从中心点分别向外移动1/2跨距距离。
优选地，所述机械吸持装置1将样条放置在弯曲试验机的两个支座上后，所述弯曲试验机4进行待测样条的弯曲试验。弯曲试验机4进行弯曲试验后，机械吸持装置1将经过弯曲试验的待测样条再次抓取，并放置在出料转盘上。
优选地，所述出料转盘5由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中出料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上雕出试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
优选地，所述出料转盘5由电机控制出料转盘的转动和停止，且所述械吸持装置放置完每条试样槽的最后一根待测样条后，电机控制圆盘转动，将下一个空扇形区域对准机械吸持装置1。
优选地，所述所述机械吸持装置1在进行待测样条的放置操作时，从出料转盘的试样槽的远圆心端的第一根待测样条位置开始依次放置，直至近圆心端的第七根待测样条的位置。
图2为根据本发明优选实施例的自动化弯曲试验装置的部分装置俯视图。其中11为机械吸持装置的吸盘，用来抓取和放置待测样条；3为进料转盘，31为进料转盘3的圆盘上的试样槽，用于放置待测样条。应当了解的是，实际上进料转盘3的圆盘上应有30个试样槽，图2中所示的试样槽31的个数仅为示意。同时，出料转盘的结构与进料转盘相同，在图2中并没有给出示意图，但实际装置的结构中出料转盘必不可少。
优选地，41为弯曲试验机的支座，通过位移传感器监测并实现支座41位置的改变，使两个支座41之间的距离为上位处理机计算的待测样条的跨距。优选地，42为待测样条，由机械吸持装置顶端的吸盘11抓取并放置在两个支座41中心处。
图3为根据本发明优选实施例的自动化弯曲试验方法的方法流程图。如图3所示，自动化弯曲试验方法从步骤301开始。在步骤301中，试验员将30批待测样条依次放置于进料转盘的圆盘上，其中每批待测样条为7根。
优选地，所述进料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中进料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分，故而进料转盘上共放置210根待测样条。
优选地，在步骤302，机械吸持装置抓取进料转盘上第一批的第一根待测样条，并获取所述待测样条的编号、宽度和厚度并上传至上位处理机。优选地，所述机械吸持装置通过视觉控制系统首先进行裁片图像处理，然后根据样条的特点进行图像特征点提取并识别，且在目标的识别过程中测量待测样条的各数据参量，并将测量数据上传至上位处理机。应当了解的是，待测样条的各测量数据包括待测样条的编号的识别、待测样条宽度以及厚度的测量。
优选地，上位处理机接收到待测样条的测量结果后，进行步骤303，上位处理机将自动创建以待测样条的编号命名的试样档案，并通过待测样条的宽度和厚度计算所述待测样条的跨距，并传给弯曲试验机，弯曲试验机根据待测样条的跨距调整两个支座的位置。优选地，弯曲试验机的跨距自动调整方式为，弯曲试验机接收上位处理机计算的根据待测样条的宽度和厚度得出的待测样条的跨距，并通过位移传感器监测，使得两个支座从中心点分别向外移动1/2跨距距离，两侧支座之间的距离即为待测样条的跨距值。
待测样条被准确地放置在弯曲试验机的支座上之后，由弯曲试验机进行弯曲试验。弯曲试验后，由机械吸持装置抓取经过测试的样条向出料转盘移动，并将样条放置在出料转盘的试样槽上。应当了解的是，所述出料转盘同样由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中出料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端有具六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。在放置样条时，从出料转盘的试样槽的远圆心端的第一根待测样条位置开始依次放置，直至近圆心端的第七根待测样条的位置。
优选地，机械吸持装置在出料转盘上放置好第一条待测样条后，根据试验前的编程控制，机械吸持装置继续抓取进料转盘第一批的第二条待测样条，并重复步骤302至305。
优选地，在步骤307中，当进料转盘的某一个试样槽上的全部七根待测样条抓取完成时，电机转动，使进料转盘上的下一批待测样条对准机械吸持装置；同样的，当出料转盘的某一个试样槽上的样条全部放置完成时，电机转动，使出料转盘上的下一个空试样槽对准机械吸持装置。
优选地，当所有批次的待测样条全部试验完毕并放置在出料转盘时，停止试验并收取出料转盘上的全部经过试验的样条样本。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (13)
1.一种基于机器视觉的自动化弯曲试验装置，包括：
机械吸持装置，用于实现待测样条的抓取、待测样条编号识别和待测样条的参数测量；
进料转盘，用于放置所述待测样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；所述进料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中进料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分；
弯曲试验机，用于实现跨距的自动调整和所述待测样条的弯曲试验；以及
出料转盘，用于放置经过弯曲试验后的样条，并自动将试样槽对准机械吸持装置；
其特征在于还包括视觉控制系统，用于对所述机械吸持装置进行控制，以使得机械吸持装置能够准确识别待测样条的中心位置并利用机械吸取装置顶部的吸盘进行抓取动作，以及通过坐标预先测定机械吸持装置抓取待测样条从进料转盘圆盘处到弯曲试验机两支座中心处的轨迹和从弯曲试验机两支座中心处到出料转盘的圆盘处的动作轨迹。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进料转盘由电机控制进料转盘的转动和停止，且机械吸持装置抓取完每条试样槽的每批待测样条中的最后一根样条后，电机控制圆盘转动，将下一批样条所在的扇形区域对准机械吸持装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械吸持装置通过视觉控制系统首先进行裁片图像处理，然后根据样条的特点进行图像特征点提取并识别，且在目标的识别过程中测量样条的各数据参量，并将测量数据上传至上位处理机。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述样条的各数据参量包括待测样条的编号识别、待测样条的宽度和待测样条的厚度参数测量。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弯曲试验机的跨距自动调整方式为，弯曲试验机接收上位处理机计算的根据待测样条的宽度和厚度得出的待测样条的跨距，并通过位移传感器监测，使得两个支座从中心点分别向外移动1/2跨距距离。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述机械吸持装置将样条放置在弯曲试验机的两个支座上后，所述弯曲试验机进行待测样条的弯曲试验。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中出料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述出料转盘由电机控制出料转盘的转动和停止，且所述机械吸持装置放置完每条试样槽的最后一根待测样条后，电机控制圆盘转动，将下一个空扇形区域对准机械吸持装置。
9.一种基于机器视觉的自动化弯曲试验方法，包括：
步骤1，将30批待测样条依次放置于进料转盘的圆盘上，其中每批待测样条为7根，分别放置在进料转盘的每条试样槽被六个棱分割出的七个部分上；
步骤2，机械吸持装置抓取进料转盘上第一批的第一根待测样条，并获取所述待测样条的编号、宽度和厚度并上传至上位处理机；
步骤3，上位处理机自动创建以待测样条的编号命名的试样档案并计算所述待测样条的跨距，并传给弯曲试验机，弯曲试验机根据待测样条的跨距调整两个支座的位置；
步骤4，机械吸持装置在弯曲试验机调整好两支座的位置后，将待测样条放置在两支座中心处，并由弯曲试验机开始进行弯曲试验；
步骤5，弯曲试验后，机械吸持装置抓取样条向出料转盘移动，将样条放置在出料转盘的试样槽上；
步骤6，机械吸持装置抓取进料转盘上第一批的第二根样条，并重复步骤2至步骤5；
步骤7，当进料转盘的某一个扇形区域上的样条全部抓取完成时，电机转动，使进料转盘上的下一个扇形区域对准机械吸持装置；当出料转盘的某一个扇形区域上的样条全部放置完成时，电机转动，使出料转盘上的下一个空扇形区域对准机械吸持装置；以及
步骤8，当所有样条全部试验完毕时，收取出料转盘上的样条。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述进料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中进料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端具有六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述机械吸持装置通过视觉控制系统首先进行裁片图像处理，然后根据样条的特点进行图像特征点提取并识别，且在目标的识别过程中测量待测样条的各数据参量，并将测量数据上传至上位处理机。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述弯曲试验机的跨距自动调整方式为，弯曲试验机接收上位处理机计算的根据待测样条的宽度和厚度得出的待测样条的跨距，并通过位移传感器监测，使得两个支座从中心点分别向外移动1/2跨距距离。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述出料转盘由带有试样槽的圆盘和电机组成，其中出料转盘的圆盘半径为80cm，并且圆盘的表面被等分为30个相同的扇形区域，在每个扇形区域上设置试样槽，且每个试样槽从近圆心端到远圆心端有具六个棱，将每个试样槽分割成七个部分。
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