CN107626603A - 一种圆柱体工件分拣平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱体工件分拣平台，包括底座、输送机构、检测机构、分拣机构和控制系统，输送机构设置于底座上，检测机构和分拣机构沿输送机构依次分布，控制系统分别与检测机构和分拣机构连接，输送机构的输送面上沿输送方向均匀分布有多个定位凹槽，圆柱体工件放入相应的定位凹槽中，输送机构通过定位凹槽对圆柱体工件进行定位输送，检测机构和分拣机构分别对圆柱体工件进行检测及不合格工件剔除；本发明结构简单，易于安装，实现圆柱体端面的表面质量的自动化检测和自动分拣，提高了分拣准确率和分拣效率。

Description

一种圆柱体工件分拣平台

技术领域

本发明涉及物流分拣技术领域，具体涉及一种圆柱体工件分拣平台。

背景技术

自动分拣系统是目前物流以及工业生产领域为实现高效自动化分拣所必需的设施条件之一，它的高分拣效率是提高生产效率的一项关键因素。目前，该系统已经成为发达国家各生产运输过程中不可缺少的一部分。在工业生产过程中，圆柱体工件是最为常见的零件之一，其两个端面在装配中往往是重要的配合面。但在加工制造的过程中常常会产生各种表面缺陷，如腐蚀、划痕、毛刺、气孔等。端面表面质量不合格的小圆柱体零件会对产品的各方面质量造成负面影响。因此在加工完成后必须对小圆柱体端面的表面质量进行检测，并剔除不合格工件以保证最终产品的质量。目前人工分拣的检测方法耗时长、精度低，难以达到较高的分拣效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种圆柱体工件分拣平台，本发明结构简单，易于安装，实现圆柱体端面的表面质量的自动化检测和自动分拣，提高了分拣准确率和分拣效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种圆柱体工件分拣平台，包括底座、输送机构、检测机构、分拣机构和控制系统，输送机构设置于底座上，检测机构和分拣机构沿输送机构依次分布，控制系统分别与检测机构和分拣机构连接，输送机构的输送面上沿输送方向均匀分布有多个定位凹槽，定位凹槽随输送机构的输送面移动，圆柱体工件放入相应的定位凹槽中，输送机构通过定位凹槽对圆柱体工件进行定位输送，检测机构和分拣机构分别对圆柱体工件进行检测及不合格工件剔除；

其中，检测机构包括两个相机，两个相机分别设置于输送机构的两侧，相机对准输送机构上依次经过的定位凹槽，两个相机在分拣过程中对圆柱体工件的两个端面进行拍照采集图像，将采集的图像发送至控制系统中，控制系统通过采集的图像判定工件是否合格，通过分拣机构将不合格的工件从输送机构上剔除。

按照上述技术方案，检测机构还包括两个光纤开关，两个光纤开关分别设置于输送机构的两侧，光纤开关和相机依次沿输送机构设置，光纤开关用于预先判断经过的定位凹槽内是否有圆柱体工件，确定定位凹槽内放置有圆柱体工件后，相机再对定位凹槽进行拍照检测。

按照上述技术方案，两个相机沿输送方向依次错开设置，每个相机相对于输送机构对应的另一侧位置上均设有一个背景板，相机和背景板相对设置于输送机构的两侧，相机上套装有环形光源。

按照上述技术方案，检测机构还包括两个导轨，两个导轨分别铺设于输送机构的两侧，导轨沿输送方向铺设于底座上，滑块可沿导轨移动，光纤开关、相机和背景板底部均连接有滑块，滑块设置于导轨上，可沿导轨长度方向移动。

按照上述技术方案，相机的下方设有支撑板，相机与支撑板之间连接有相机支撑座，支撑板固设于滑块上，支撑板上设有销轴，相机支撑座套设于销轴上，可沿销轴转动调整相机的角度，相机支撑座的下端面设有弧形孔，通过螺栓穿过相机支撑座的弧形孔与支撑板锁紧连接。

按照上述技术方案，所述的相机为CCD工业相机。

按照上述技术方案，分拣机构包括气缸和气缸支撑座，气缸水平设置于气缸支撑座的上端，气缸的活塞杆对准输送机构上依次经过的定位凹槽，气缸支撑座的下端固定于底座上。

按照上述技术方案，输送机构包括同步带、驱动轮和从动轮，驱动轮通过同步带与从动轮连接，驱动轮连接有电机，电机通过驱动轮带动同步带转动，同步带上沿长度方向均匀分布有多个挡条，挡条之间的间隔形成定位凹槽。

按照上述技术方案，控制系统将采集的图像处理后，在图像中圆柱体工件的端面呈白色实心圆，并拟合出圆柱体工件端面的标准圆心O，控制系统对圆柱体工件是否合格的判定过程中：在圆柱体工件的任意端面图像中，当白色实心圆内黑色像素点的个数超过规定像素阈值A，或白色实心圆边缘所有像素点到标准圆心O的半径偏差绝对值的均值大于规定半径阈值B时均认为圆柱体的端面有毛刺，判定圆柱体工件不合格，反之则判定圆柱体工件合格。

按照上述技术方案，控制系统包括计算机和PLC，计算机分别与PLC和相机连接，PLC与分拣机构连接，计算机通过相机采集圆柱体工件端面的图像，对图像进行分析和处理，从而判断圆柱体工件是否合格，计算机将判断结果通过信号发送至PLC，若PLC接收到的信号是圆柱体工件为不合格，则PLC控制分拣机构将圆柱体工件从输送机构上剔除，若PLC接收到的信号是圆柱体工件为合格，则分拣机构不动作。

按照上述技术方案，相机可替换为摄像头。

按照上述技术方案，底座上还设有第一收纳箱和第二收纳箱，第一收纳箱和分拣机构分别设置于输送机构的两侧，第一收纳箱与分拣机构的相对设置，第二收纳箱设置于输送机构的输出端，第一收纳箱用于收集被剔除的不合格圆柱体工件，第二收纳箱用于收集合格的圆柱体工件。

本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单，易于安装，输送机构通过定位凹槽对圆柱体工件进行定位输送，控制系统通过检测机构和分拣机构，实现自动化检测和分拣，另外控制系统通过相机对圆柱体工件的端部图像进行采集，再对图像进行分析和处理，实现圆柱体端面的表面质量的检测，增加了判断的准确率和分辨效率，从而提高了分拣准确率和分拣效率。

附图说明

图1是本发明实施例中圆柱体工件分拣平台的立面图；

图2是本发明实施例中输送机构的输入端的局部立面图；

图3是本发明实施例中输送机构的俯视图；

图4是图1的K局部示意图；

图5是本发明实施例中CCD工业相机的立面图；

图6是本发明实施例中分拣机构的立面图；

图7是本发明实施例中分拣过程的示意图；

图8是本发明实施例中分拣流程图；

图9是本发明实施例中圆柱体端面采集图像经处理后的效果图；

图中，1-底座，2-输送机构，21-步进电机，22-电机架，23-联轴器，24-驱动轴，25-带轮，251-第一带轮，252-第二带轮，253-第三带轮，26-轴承座，261-第一轴承座，262-第二轴承座，263-第三轴承座，264-第四轴承座，265-第五轴承座，266-第六轴承座，27-轴承座支撑，271-第一轴承座支撑，272-第二轴承座支撑，273-第三轴承座支撑，274-第四轴承座支撑，275-第五轴承座支撑，276-第六轴承座支撑，28-支撑轴，281-第一支撑轴，282-第二支撑轴，29-同步带，210-挡条，211-工件，3-检测机构，31-导轨，321-第一滑块，322-第二滑块，323-第三滑块，321-1-自锁螺栓，33-光电开关，33a-第一光电开关，33b-第二光电开关，34-光电开关支撑座，35-CCD工业相机，35a-第一CCD工业相机，35b-第二CCD工业相机，351-CCD相机，352-环形光源，36-相机支撑座，361-中心孔，362-弧形孔，363-销轴，37-支撑板，38-背景板，4-分拣机构，41-气缸，42-第四支撑座，5-第一收纳箱，6-第二收纳箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图9所示，本发明提供的一个实施例中的圆柱体工件分拣平台，包括底座、输送机构、检测机构、分拣机构和控制系统，输送机构设置于底座上，检测机构和分拣机构沿输送机构依次分布，控制系统分别与检测机构和分拣机构连接，输送机构的输送面上沿输送方向均匀分布有多个定位凹槽，定位凹槽随输送机构的输送面移动，圆柱体工件放入相应的定位凹槽中，输送机构通过定位凹槽对圆柱体工件进行定位输送，控制系统通过检测机构和分拣机构分别对输送机构上的圆柱体工件进行检测及不合格工件剔除；

其中，检测机构包括两个相机，两个相机分别设置于输送机构的两侧，相机对准输送机构上依次经过的定位凹槽，两个相机在分拣过程中对圆柱体工件的两个端面进行拍照采集图像，将采集的图像发送至控制系统中，控制系统通过采集的图像判定工件是否合格，通过分拣机构将不合格的工件从输送机构上剔除。

进一步地，检测机构还包括两个光纤开关，两个光纤开关分别设置于输送机构的两侧，光纤开关对准输送机构上依次经过的定位凹槽，光纤开关和相机依次沿输送机构设置，光纤开关用于预先判断经过的定位凹槽内是否有圆柱体工件，确定定位凹槽内放置有圆柱体工件后，相机再对定位凹槽进行拍照检测。

进一步地，两个相机沿输送方向依次错开设置，每个相机相对于输送机构对应的另一侧位置上均设有一个背景板，相机和背景板相对设置于输送机构的两侧，相机上套装有环形光源。

进一步地，检测机构还包括两个导轨，两个导轨分别铺设于输送机构的两侧，导轨沿输送方向铺设于底座上，滑块可沿导轨移动，光纤开关、相机和背景板底部均连接有滑块，滑块设置于导轨上，可沿导轨长度方向移动；可方便地在平行于工件运输的方向上调整位置，同时也便于元件的拆装与更换。

进一步地，滑块上设有自锁螺栓，拧紧自锁螺栓，自锁螺栓顶紧导轨，实现滑块的锁紧；待检测元件调整到确定位置后，通过旋转锁紧螺栓对滑块进行自锁，以固定滑块位置，从而固定检测元件的位置。

进一步地，光电开关与滑块之间连接有光电开关支撑座。

进一步地，相机的下方设有支撑板，相机与支撑板之间连接有相机支撑座，支撑板固设于滑块上，支撑板上设有销轴，相机支撑座套设于销轴上，可沿销轴转动调整相机的角度，相机支撑座的下端面设有弧形孔，通过螺栓穿过相机支撑座的弧形孔与支撑板锁紧连接。

进一步地，所述的相机为CCD工业相机。

进一步地，分拣机构包括气缸和气缸支撑座，气缸水平设置于气缸支撑座的上端，气缸的活塞杆对准输送机构上依次经过的定位凹槽，气缸支撑座的下端固定于底座上。

进一步地，输送机构包括同步带、驱动轮和从动轮，驱动轮通过同步带与从动轮连接，驱动轮连接有步进电机，步进电机通过驱动轮带动同步带转动，同步带上沿长度方向均匀分布有多个挡条，挡条之间的间隔形成定位凹槽，用来固定圆柱体工件，防止其滚动。

进一步地，驱动轮包括驱动轴和带轮，带轮套装于驱动轴上，驱动轴的两端通过轴承座固定于底座上，轴承座与底座之间设有轴承座支撑，驱动轴的一端通过联轴器与步进电机的输出端连接。

进一步地，从动轮包括支撑轴和带轮，带轮套装与支撑轴上，支撑轴的两端通过轴承座固定于底座上，轴承座与底座之间设有轴承座支撑。

进一步地，控制系统将采集的图像处理后，在图像中圆柱体工件的端面呈白色实心圆，并拟合出圆柱体工件端面的标准圆心O，控制系统对圆柱体工件是否合格的判定过程中：在圆柱体工件的任意端面图像中，当白色实心圆内黑色像素点的个数超过规定像素阈值A，或白色实心圆边缘所有像素点到标准圆心O的半径偏差绝对值的均值大于规定半径阈值B时均认为圆柱体的端面有毛刺，判定圆柱体工件不合格，反之则判定圆柱体工件合格。

进一步地，像素阈值A和半径阈值B的具体数值在使用时可根据实际情况设定，根据试验分别测得了一些端面经过去毛刺处理和未经过去毛刺处理的工件的表面黑色毛刺像素点个数和半径偏差绝对值均值，像素阈值A：300～500(其中像素阈值A的最佳值为400)，半径偏差阈值B：0.25～0.45(其中半径阈值B的最佳值为0.35)；

进一步地，采集的图像处理过程包括图像灰度化、图像滤波、边缘提取和二值化及图像形态学处理。

进一步地，像素阈值A用于判定圆柱体工件端面的表面毛刺是否合格，半径阈值B用于判定圆柱体工件的边缘毛刺是否合格，所以只有两者都相应阈值范围内才能判定为合格。

进一步地，控制系统包括计算机和PLC，计算机分别与PLC和相机连接，PLC与分拣机构连接，计算机通过相机采集圆柱体工件端面的图像，对图像进行分析和处理，从而判断圆柱体工件是否合格，计算机将判断结果通过信号发送至PLC，若PLC接收到的信号是圆柱体工件为不合格，则PLC控制分拣机构将圆柱体工件从输送机构上剔除，若PLC接收到的信号是圆柱体工件为合格，则分拣机构不动作。

进一步地，控制系统包括计算机和PLC，由CCD工业相机采集到的图像信号输入到计算机中，利用机器视觉软件进行图像处理和判别，再将结果传输到PLC中，由PLC作为下位机对气缸进行动作控制，完成分拣工作。被剔除的不合格品与通过分拣的合格品各自进入收纳箱。

进一步地，PLC与光电开关连接，通过光电开关预判相应的定位凹槽中是否有待检测工件，若有则相机进行拍照采集图像，若没有则相机不动作。

进一步地，相机可替换为摄像头。

进一步地，底座上还设有第一收纳箱和第二收纳箱，第一收纳箱和分拣机构分别设置于输送机构的两侧，第一收纳箱与分拣机构的相对设置，第二收纳箱设置于输送机构的输出端，第一收纳箱用于收集被剔除的不合格圆柱体工件，第二收纳箱用于收集合格的圆柱体工件。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

本发明专利提供了一种分拣平台，如图1所示，主要包括底座1、输送机构2、检测机构3、分拣机构4。在该实施例中，输送机构2为同步带输送机，采用三个同步带轮，分别为第一带轮251、第二带轮252、第三带轮253作为支撑和传动。检测机构3位于输送带两侧，包括光电开关33、CCD工业相机35、背景板38等检测元件。分拣机构为气缸41，固定在在输送机的一侧。同时，在底座上放置第一收纳箱5和第二收纳箱6，用来收纳经过分拣的小圆柱体工件。

具体地，结合图2和图3，步进电机21固定在电机架22上，步进电机的输出轴与驱动轴24通过联轴器23连接，驱动轴24与同步带轮251连接，驱动轴由轴承座进行支撑，轴承座分别为第一轴承座261和第二轴承座262，第一轴承座261和第二轴承座262分别固定在第一轴承座支撑271和第二轴承座支撑272上，轴承座支撑都固定在底座1上。第二同步带轮252、第三同步带轮253与第一支撑轴281、第二支撑轴282，第三轴承座263、第四轴承座264、第五轴承座265、第六轴承座266，第三轴承座支撑273、第四轴承座支撑274、第五轴承座支撑275、第六轴承座支撑276都以相同的方式连接，并固定在底座1上。

优选地，在同步带29的工作面上根据小圆柱体工件211尺寸等间距焊接挡条210，工件211水平固定在两个挡条形成的凹槽内，保证在输送过程中不会相对同步带29发生滚动。工件211的两个端面露出，方便检测机构3进行检测。

结合图4和图5，检测机构3具体包括导轨31，滑块32，光电开关33，光电开关支撑座34，CCD工业相机35，相机支撑座36，支撑板37，背景板38。检测机构3共两组，在输送带两侧对称分布，可以在一个分拣过程中对工件两个端面进行检测。光电开关33固定在光电开关支撑座34上，光电开关支撑座34固定在第一滑块321上。CCD工业相机35包含相机351和环形光源352两个部分，在该实施例中，环形光源352固定在相机351上作为CCD工业相机整体35使用。CCD工业相机35固定在相机支撑座36上，相机支撑座36固定在支撑板37上。相机支撑座36底部设有中心孔361和同心圆弧孔362，中心孔361和销轴363配合，使相机支撑座36可相对支撑板37旋转，以达到调整相机角度的目的。支撑板37固定在第三滑块323上。背景板直接固定在第二滑块322上，其作用是为CCD工业相机35获取工件端面图像时提供纯色的背景，以减小背景环境对图像处理造成影响。第一滑块321、第二滑块322、第三滑块323均可在导轨31上自由移动，并可通过自锁螺栓321-1自锁，以固定检测元件位置。

结合图6，气缸41固定在气缸支撑座42上，气缸支撑座42直接固定在底座1上，位置设置在输送带末端的一侧，使气缸41与工件同高，气缸动作时将不合格工件推出。

下面将对小圆柱体工件的一个完整分拣流程做一个具体的说明：

结合图7和图8，工件211固定在同步带29上挡条211间的凹槽内，输送到光电开关33的位置时，两个光电开关分别为第一光电开关33a和第二光电开关33b，两者间的对射激光信号被挡住，下位机PLC接收到一个脉冲，并与计算机实时通信，计算机控制CCD工业相机在一定的延迟后对到达检测位置的工件端面进行图像获取，一个工件的两个端面在检测中将分别由输送机两端的第一CCD工业相机35a和第二CCD工业相机35b进行图像获取，图像信号输入到计算机中，由机器视觉软件进行图像处理和判别。结果由计算机以逻辑信号输入到PLC中，待工件到达分拣位置时PLC控制气缸动作，完成对不合格品的剔除。不合格工件落入第一收纳箱5中进行回收，合格品继续随同步带29移动，直至落入输送机末端的第二收纳箱6中。整个分拣过程中输送机持续运行，不减速，不停止，整个分拣节拍由下位机和计算机进行综合控制。

小圆柱体端面图像的处理和判断

在整个分拣过程中，对采集到的小圆柱体端面图像的处理和判断是该分拣平台的一项关键技术。下面对图像处理的过程做一个简要的说明。

(1)图像预处理

由于CCD相机采集到的原图存在很多噪声和瑕疵，不适合用计算机直接进行处理和判断，因此必须先进行图像预处理来消除噪声和平滑图像。这里采用图像灰度化、滤波、边缘提取和二值化、形态学处理的方式来进行预处理工作。

(2)毛刺判别

如图9所示，最外侧白色边线的圆为图像处理的ROI区域，规定只对该区域内的图像进行处理和判别。ROI区域内的白色实心圆为处理后的小圆柱体端面图像。端面毛刺的判别分两种情况，一种是表面的毛刺，如图中的黑色斑点。判断这种毛刺采取的方式是计算白色实心圆内黑色像素点的个数，当黑色像素点的个数超过某一规定的阈值时则判断为有毛刺。另一种是边缘的毛刺，小圆柱体的端面边缘不可能是一个标准圆，在处理时先在图像上拟合出一个标准圆，如图9中小圆柱体边缘的黑色圆弧。然后计算小圆柱体边缘每个像素点到该拟合圆的半径偏差距离，计算出所有像素点的半径偏差绝对值的均值，若该值大于某一规定的阈值，则判断为有毛刺。以上两种毛刺任意一种超过规定的阈值都判断为该端面有毛刺，而一个小圆柱体的两个端面任意有一个端面有毛刺则判断为该圆柱体端面有毛刺。

综上所述，该分拣平台将机器视觉与自动化控制结合在一起，用CCD工业相机采集小圆柱体工件端面的图像，经由计算机中的机器视觉的算法对采集到的图像进行处理和判别，将处理结果发送到PLC中，最后由PLC作为下位机进行分拣机构的自动化控制。利用了CCD工业相机优秀的运动物体图像采集能力、机器视觉强大的图像处理功能，以及PLC作为下位机稳定、高效控制机制，整个分拣流程简洁、稳定、可靠，易于控制。同时硬件结构简单、易于安装。根据不同的实际使用场合，检测元件可方便的进行位置调整和更换。可大大提高小圆柱体工件的分拣效率和自动化程度。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种圆柱体工件分拣平台，其特征在于，包括底座、输送机构、检测机构、分拣机构和控制系统，输送机构设置于底座上，检测机构和分拣机构沿输送机构依次分布，控制系统分别与检测机构和分拣机构连接，输送机构的输送面上沿输送方向均匀分布有多个定位凹槽，圆柱体工件放入相应的定位凹槽中，输送机构通过定位凹槽对圆柱体工件进行定位输送，检测机构和分拣机构分别对圆柱体工件进行检测及不合格工件剔除；

其中，检测机构包括两个相机，两个相机分别设置于输送机构的两侧，两个相机在分拣过程中对圆柱体工件的两个端面进行拍照采集图像，将采集的图像发送至控制系统中，控制系统通过采集的图像判定工件是否合格，通过分拣机构将不合格的工件从输送机构上剔除。

2.根据权利要求1所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，检测机构还包括两个光纤开关，光纤开关与控制系统连接，两个光纤开关分别设置于输送机构的两侧，光纤开关对准输送机构上依次经过的定位凹槽，光纤开关和相机依次沿输送机构设置，光纤开关用于预先判断经过的定位凹槽内是否有圆柱体工件，确定定位凹槽内放置有圆柱体工件后，相机再对定位凹槽进行拍照检测。

3.根据权利要求2所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，两个相机沿输送方向依次错开设置，每个相机相对于输送机构对应的另一侧均设有一个背景板，相机上套装有环形光源。

4.根据权利要求3所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，检测机构还包括两个导轨，两个导轨分别铺设于输送机构的两侧，导轨沿输送方向铺设于底座上，滑块可沿导轨移动，光纤开关、相机和背景板底部均连接有滑块，滑块设置于导轨上，可沿导轨长度方向移动。

5.根据权利要求4所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，相机的下方设有支撑板，相机与支撑板之间连接有相机支撑座，支撑板固设于滑块上，支撑板上设有销轴，相机支撑座套设于销轴上，可沿销轴转动调整相机的角度，相机支撑座的下端面设有弧形孔，通过螺栓穿过相机支撑座的弧形孔与支撑板锁紧连接。

6.根据权利要求1所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，分拣机构包括气缸和气缸支撑座，气缸水平设置于气缸支撑座的上端，气缸的活塞杆对准输送机构上依次经过的定位凹槽，气缸支撑座的下端固定于底座上。

7.根据权利要求1所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，输送机构包括同步带、驱动轮和从动轮，驱动轮通过同步带与从动轮连接，驱动轮连接有电机，电机通过驱动轮带动同步带转动，同步带上沿长度方向均匀分布有多个挡条，挡条之间的间隔形成定位凹槽。

8.根据权利要求1所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，控制系统将采集的图像处理后，在图像中圆柱体工件的端面呈白色实心圆，并拟合出圆柱体工件端面的标准圆心O，控制系统对圆柱体工件是否合格的判定过程中：在圆柱体工件的任意端面图像中，当白色实心圆内黑色像素点的个数超过规定像素阈值A，或白色实心圆边缘所有像素点到标准圆心O的半径偏差绝对值的均值大于规定半径阈值B时均认为圆柱体的端面有毛刺，判定圆柱体工件不合格，反之则判定圆柱体工件合格。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，相机可替换为摄像头。

10.根据权利要求1～8中任意一项所述的圆柱体工件分拣平台，其特征在于，所述的相机为CCD工业相机。