CN108480223A - 一种工件分拣系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工件分拣系统，包含：用以采集工件的颜色信息的颜色采集模块、用以采集工件的形状信息的图像采集模块、机械手模块和控制模块；颜色采集模块、图像采集模块和机械手模块分别与控制模块电连接；所述控制模块用以在所述颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符且所述图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时控制所述机械手模块将工件自工件放置区移出。本发明另提供一种工件分拣系统的控制方法。相较于人工分拣方式，具有高效率且可确保经分拣的工件的具有一致性。

Description

一种工件分拣系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及工件分拣系统，具体地，涉及一种工件分拣系统及其控制方法。
背景技术
现有的生产过程中，经常需要人工对工件进行分拣。现有的人工分拣方式，存在以下不足：一是人工分拣本身效率低下，高压的劳动强度会使得人工判断辨别精度上随着时间下滑；二是人为因素使得工件质量难以达到一个严格的标准，分拣工件得不到一致性的保障；三是当某些需要高速生产的步骤，人工分拣难以承担一个实时分拣的任务；四是当某些工件需要高精度的工件选择时，人工分拣上人的肉眼通常难以长时间识别，会产生误判或者漏判；五是某些生产地方工业环境恶劣，会对人体健康产生影响，无法进行人工方式识别分拣。有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题提供一种工件分拣系统以解决现有的人工分拣方式存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种工件分拣系统，包含：用以采集工件的颜色信息的颜色采集模块、用以采集工件的形状信息的图像采集模块、机械手模块和控制模块；颜色采集模块、图像采集模块和机械手模块分别与控制模块电连接；所述控制模块用以在所述颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符且所述图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时控制所述机械手模块将工件自工件放置区移出。
较佳地，所述图像采集模块为OV7725摄像头，所述颜色采集模块为TCS230传感器，所述控制模块为K60芯片。
较佳地，所述图像采集模块为单目摄像头、双目摄像头或多目摄像头。
较佳地，所述工件分拣系统还包含用以照射工件的照明模块。
较佳地，所述工件分拣系统还包含连接于控制模块的蜂鸣器模块；所述控制模块可在接收所述图像采集模块采集的形状信息后控制所述蜂鸣器模块产生蜂鸣信号。
较佳地，所述控制模块存储有不同颜色与RGB值对应关系的预设信息，所述颜色采集模块用以将所采集的颜色信息转化为RGB值，所述控制模块通过判断所述颜色采集模块所转化的RGB值与所述预设信息的对应关系判断所述颜色采集模块所采集的颜色信息。
较佳地，所述工件分拣系统还包含多个不同颜色的滤镜模块；所述预设信息为各滤镜模块的颜色与颜色采集模块对各滤镜模块所过滤后的光线进行转化后的RGB值的对应关系信息。
本发明另提供一种工件分拣系统的控制方法，包含以下步骤：S1：使控制模块控制颜色采集模块进行工作以采集工件的颜色信息，并在控制模块接收颜色采集模块采集的颜色信息后使控制模块执行步骤S2；S2：使控制模块判断所述颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息是否相符，当控制模块判断颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息不相符时，使控制模块控制机械手模块不进行工作；当控制模块判断采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符时，使控制模块执行步骤S3；S3：使控制模块控制图像采集模块采集工件的形状信息，并在控制模块接收图像采集模块采集的形状信息后使控制模块执行步骤S4；S4：使控制模块判断所述图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息是否相符，当控制模块判断图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息不相符时，使控制模块控制机械手模块不进行工作；当控制模块判断图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时，使控制模块控制机械手模块移动工件。
较佳地，所述控制模块存储有不同颜色与RGB值对应关系的预设信息，所述颜色采集模块用以将所采集的颜色信息转化为RGB值，所述控制模块通过判断所述颜色采集模块所转化的RGB值与所述预设信息的对应关系判断所述颜色采集模块所采集的颜色信息；所述工件分拣系统还包含多个不同颜色的滤镜模块；所述预设信息为各滤镜模块的颜色与颜色采集模块对各滤镜模块所过滤后的光线进行转化后的RGB值的对应关系信息。
较佳地，在步骤S3中，使控制模块控制图像采集模块采集工件的形状信息的步骤包含以下步骤：S31：采用工件的图像的步骤；S32：对所采集的工件的图像进行预处理以突显与采集形状信息相关的信息；S33：对经预处理的图像进行图像二值化处理，形成工件的像素图；S34：自工件的像素图中提取与工件形状相关的边长特征或面积特征。
通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：本发明的工件分拣系统可对工件的颜色和形状进行自动判断，并可在工件的颜色和形状与预设的颜色信息和形状信息相一致时控制机械手模块移动工件。相较于人工分拣方式，具有高效率且可确保经分拣的工件的具有一致性。
附图说明
图1绘示了本发明一实施例的工件分拣系统各模块的电性关系图；
图2绘示了机械手模块操控工件的流程图，
图3绘示了控制模块控制图像处理模块获得工件的形状信息的步骤；
图4绘示了控制模块控制图像处理模块对所采集的工件图像二值化处理的效果图；
图5绘示了一实施例用以进行边长识别方式的示意图；
图6绘示了一实施例用以进行面积识别方式的预设数据数据图；
图7绘示了一实施例的滤镜模块与颜色采集模块所转化的RGB值的关系图；
图8绘示了一实施例各颜色与预设的RGB值的对应关系图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
结合图1，本发明的一种工件分拣系统，包含：用以采集工件的颜色信息的颜色采集模块、用以采集工件的形状信息的图像采集模块、机械手模块和控制模块；颜色采集模块、图像采集模块和机械手模块分别与控制模块电连接；控制模块用以在颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符且图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时控制机械手模块将工件自工件放置区移出。
图像采集模块可为OV7725摄像头，该摄像头能够实现高速传输以及硬件二值化，其在图像采集方面速度较高。颜色采集模块可为TCS230传感器，TCS230传感器是一款把可编程的光转为频率的转化器。控制模块可为飞思卡尔公司的K60芯片，其具有可扩展性、集成性、连接性、通信、安全等特性，具有多路快速的16位模数转换、数模转换的集成，而且信号转换高效率，可编程运放功能好。其采用了高性能的ARM Cortex-M4内核，相对以往K系列的产品，K60具有以太网、全功能USB、硬件加密等功能。控制模块上可包含存储有预设的形状信息和预设的颜色信息的存储单元，以及对比预设的形状信息和图像采集模块采集的形状信息的对比单元。本发明所选择的机械手模块例如是奥松机器人科技公司的AS-6DOF型号的机构手，该机器手的主体结构是由铝合金支架、铝合金机械手爪、多个MG-996R舵机组成。本发明的工件分拣系统还可包含连接于控制模块的显示编辑模块，其例如为PC主机，用户可通过显示编辑模块对控制模块的控制流程、预设的形状信息、预设的颜色信息进行进行预先设置。
结合图2，在颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符且图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时，控制模块控制机械手模块首先自工件放置区抓取工件，进一步地机械手将移动工件至工件归纳区，且在工件移动至工件归纳区后放置工件。本发明所采用的机械手模块在X、Y、Z轴上的运动是互相独立的。
OV7725摄像头能够应对于静态工件的形状识别。OV7725摄像头属于灰度识别，其需要一个相对的背景环境才能使工件在摄像头中明显展现出来，以此排除相关的干扰，因而本发明的工件分拣系统还包含用以照射工件的照明模块，照明模块可增强工件与工件放置区的底色区域的对比度，以便减少控制模块的图像处理压力和避免误差。图像采集模块可为单目摄像头、双目摄像头或多目摄像头。
结合图3，图像采集模块采用OV7725摄像头时，其配合控制模块对工件的形状信息进行采集大致包含以下步骤：首先控制模块控制图像采集模块采集工件的图像。OV7725摄像头自身带有对图像进行预处理的软件程序，采集模块采集工件的图像的过程中，会先对所采集的图像进行预处理，以除去图像中与采集形状信息无关紧要的信息，从而使对后续采集形状信息有用的信息更加凸显出来，使得后面图像处理上更为便捷，突显与采集形状信息相关的信息是预处理的主要目的。预处理的效果会极大作用到对工件整体信息特征的提取。图像预处理的技术是较为成熟的技术，图像采集模块通常自身带有图像预处理的功能，故不再赘述。进一步地，控制模块接收图像采集模块所采集的图像信息并提取图像的特征信息。结合图4，该步骤先使图像二值化，在灰度图像中达到设定时，使图像灰度值小于阈值的地方值设定为0，使图像灰度值大于阈值的地方设定为255，即使图像偏白的地方更白，图像偏暗的地方更黑，通常图像就变成了黑白的二值图像，上述设定值是量化后的图像的灰度信息，“0”表示对应为白色，“255”表示对应为黑色。在对图像二值化处理后，即可形成工件的像素图。用以对图像进行二值化处理的程序可写先写入于控制模块内。根据工件的像素图，可进一步提取与工件形状信息相关的特征信息。通常选择的提取特征信息是与工件的形状信息相关的轮廓特征、边长特征、周长特征、面积特征等，这些信息是区分工件形状的依据，控制模块结合该些特征信息，可区分出工件的形状，例如为三角形、长方形、圆或正方形。举例而言，在工件实际为三角形、长方形、圆或正方形其中之一时，可以通过边长特征判断出工件的具体形状，具体而言，结合图5，在中心线上，长方形的边长为最长，其次是正方形与圆形，最小为三角形。在进行边长特征识别时，进行两次识别扫描，第一次沿工件中心线A进行，第二次沿工件边缘线B进行。第一次判断，判断工件沿中心线A的长度与正方形的边长长度L的关系(L对应相应像素值)，如工件沿中心线A的长度小于L，则控制模块直接判断该工件为三角形；如大于L，则判断为长方形；如约等与正方形的边长，则进行第二次识别以判断工件沿边缘线B的长度与正方形边长长度L的关系，在工件沿边缘线B的长度小于正方形边长长度L时，则可以判断为圆形，反之则为正方形。在工件实际为三角形、长方形、圆或正方形其中之一时，可以通过面积特征判断出工件的具体形状，具体而言，结合图6，实际工件的经图像采集模块所采集的面的面积数据与对应的像素点关系可预先存储于控制模块内，进而当图像采集模块在采集工件的图像信息后，可进一步根据图像二值化处理后图像的像素信息与形状的对应关系图判断出工件具体属于哪一特定的形状。从图6的表格中可以看出，在实际测试时，通过面积特征判断工件的形状的成功率可达90％。进一步地，控制模块结合图像采集模块采集的特征信息控制模块判断工件的形状是否与预设的形状信息相符。
工件分拣系统还包含连接于控制模块的蜂鸣器模块；控制模块可在接收图像采集模块采集的形状信息后控制所述蜂鸣器模块产生蜂鸣信号。通过配置蜂鸣器模块，可确保不会存在图像采集模块异常工作。
颜色采集模块与工件的不能够距离工件太远，以免影响颜色采集的准确性。在颜色采集模块为TCS230传感器是，其与工件的较佳距离为0.5m至2m。TCS230颜色传感器是基于三基色感应原理所设计的传感器，三基色就是红色，绿色和蓝色，也称为RGB。TCS230颜色传感器通过将所采集的工件的颜色信息转化为相应的RGB对应的参数值，控制模块根据该些对应的参数值判断工件的颜色。在TSC230传感器采集工件的颜色信息前，一般需要对TSC230传感器进行白平衡程序。在理想的测试状态下，当采集白色物件时，颜色采集模块所转换的对应的RGB应为(255、255、255)，但由于TCS230传感器等低端的传感器可能存在采集上的误差，导致所转换的数据并不与实际的颜色信息相对应。为了应对TSC230传感器所存在的误差问题，本申请的工件分拣系统还包含有滤镜模块，滤镜模块是TCS230传感器在做白平衡的时候能够作为一种辅助调整参数的工具。本发明可包含红、绿、蓝三个滤镜模块。结合图7，TCS230传感器进行白平衡时，其对应转化的RGB为(254、253、254)；TCS230传感器在对红色滤镜模块的颜色信息进行转化时，其对应转化的RGB为(248、76、49)；TCS230传感器在对蓝色滤镜模块的颜色信息进行转化时，其对应转化的RGB为(89、118、242)；TCS230传感器在对绿色滤镜模块的颜色信息进行转化时，其对应转化的RGB为(121、218、106)。从图7的信息可以看出，TCS230传感器所转化的RGB数值与理想的RGB数值存在偏差，具体而言，理想状态下，白平衡对应的RGB应为(255、255、255)、红色滤镜模块对应的RGB应为(255、0、0)、绿色滤镜模块对应的RGB应为(0、255、0)、蓝色滤镜模块对应的RGB应为(0、0、255)。为了使在采用TCS230传感器对工件颜色进行采集并转化相应RGB值后，控制模块仍可较为准确地判断工件的实际颜色，应对控制模块存储的不同颜色与RGB值对应关系的预设信息进行预先校正。具体而言，结合图8，控制模块存储有不同颜色与RGB值对应关系的预设信息，控制模块通过判断颜色采集模块所转化的RGB值与所述预设信息的对应关系判断颜色采集模块所采集的颜色信息。滤镜模块的数量和颜色根据工件可能实际存在的颜色进行筛选。预设信息为各滤镜模块的颜色与颜色采集模块对各滤镜模块所过滤后的光线进行转化后的RGB值的对应关系信息。控制模块预先存储有各颜色与TCS230传感器所转化的各颜色RGB值的对应关系的信息后，在实际进行分拣时，TCS230采集工件颜色并转化为相应RGB值后，控制模块即可根据所转化的RGB值与图8各颜色所对应的RGB值的对应关系判断出工件的实际颜色，并进一步判断所采集的工件的实际颜色与预设的颜色是否相符。本技术方案可通过配置滤镜模块以进行辅助校准，避免了TCS230传感器等低端传感存在的不能准确转化工件颜色RGB值所导致的控制模块无法正确判断工件颜色的问题。
本发明另提供一种前述的工件分拣系统的控制方法，包含以下步骤：S1：使控制模块控制颜色采集模块进行工作以采集工件的颜色信息，并在控制模块接收颜色采集模块采集的颜色信息后使控制模块执行步骤S2；S2：使控制模块判断所述颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息是否相符，当控制模块判断颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息不相符时，使控制模块控制机械手模块不进行工作；当控制模块判断采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符时，使控制模块执行步骤S3；S3：使控制模块控制图像采集模块采集工件的形状信息，并在控制模块接收图像采集模块采集的形状信息后使控制模块执行步骤S4；S4：使控制模块判断所述图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息是否相符，当控制模块判断图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息不相符时，使控制模块控制机械手模块不进行工作；当控制模块判断图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时，使控制模块控制机械手模块移动工件。
所述控制模块存储有不同颜色与RGB值对应关系的预设信息，所述颜色采集模块用以将所采集的颜色信息转化为RGB值，所述控制模块通过判断所述颜色采集模块所转化的RGB值与所述预设信息的对应关系判断所述颜色采集模块所采集的颜色信息；所述工件分拣系统还包含多个不同颜色的滤镜模块；所述预设信息为各滤镜模块的颜色与颜色采集模块对各滤镜模块所过滤后的光线进行转化后的RGB值的对应关系信息。
在步骤S1中，在使控制模块控制颜色采集模块进行工作以采集工件的颜色信息的步骤之前，还包含将滤镜模块配置于颜色采集模块上的步骤。在步骤S3中，使控制模块控制图像采集模块采集工件的形状信息的步骤包含以下步骤：S31：采用工件的图像的步骤；S32：对所采集的工件的图像进行预处理以突显与采集形状信息相关的信息；S33：对经预处理的图像进行图像二值化处理，形成工件的像素图；S34：自工件的像素图中提取与工件形状相关的边长信息或面积信息。
本发明的工件分拣系统可对工件的颜色和形状进行自动判断，并可在工件的颜色和形状与预设的颜色信息和形状信息相一致时控制机械手模块移动工件。相较于人工分拣方式，具有高效率且可确保经分拣的工件的具有一致性。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工件分拣系统，其特征在于，包含：用以采集工件的颜色信息的颜色采集模块、用以采集工件的形状信息的图像采集模块、机械手模块和控制模块；颜色采集模块、图像采集模块和机械手模块分别与控制模块电连接；所述控制模块用以在所述颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符且所述图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时控制所述机械手模块将工件自工件放置区移出。
2.根据权利要求1所述的工件分拣系统，其特征在于，所述图像采集模块为OV7725摄像头，所述颜色采集模块为TCS230传感器，所述控制模块为K60芯片。
3.根据权利要求1所述的工件分拣系统，其特征在于，所述图像采集模块为单目摄像头、双目摄像头或多目摄像头。
4.根据权利要求1所述的工件分拣系统，其特征在于，所述工件分拣系统还包含用以照射工件的照明模块。
5.根据权利要求1所述的工件分拣系统，其特征在于，所述工件分拣系统还包含连接于控制模块的蜂鸣器模块；所述控制模块可在接收所述图像采集模块采集的形状信息后控制所述蜂鸣器模块产生蜂鸣信号。
6.根据权利要求1所述的工件分拣系统，其特征在于，所述控制模块存储有不同颜色与RGB值对应关系的预设信息，所述颜色采集模块用以将所采集的颜色信息转化为RGB值，所述控制模块通过判断所述颜色采集模块所转化的RGB值与所述预设信息的对应关系判断所述颜色采集模块所采集的颜色信息。
7.根据权利要求6所述的工件分拣系统，其特征在于，所述工件分拣系统还包含多个不同颜色的滤镜模块；所述预设信息为各滤镜模块的颜色与颜色采集模块对各滤镜模块所过滤后的光线进行转化后的RGB值的对应关系信息。
8.一种权利要求1所述的工件分拣系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1：使控制模块控制颜色采集模块进行工作以采集工件的颜色信息，并在控制模块接收颜色采集模块采集的颜色信息后使控制模块执行步骤S2；
S2：使控制模块判断所述颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息是否相符，当控制模块判断颜色采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息不相符时，使控制模块控制机械手模块不进行工作；当控制模块判断采集模块采集的颜色信息与预设的颜色信息相符时，使控制模块执行步骤S3；
S3：使控制模块控制图像采集模块采集工件的形状信息，并在控制模块接收图像采集模块采集的形状信息后使控制模块执行步骤S4；
S4：使控制模块判断所述图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息是否相符，当控制模块判断图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息不相符时，使控制模块控制机械手模块不进行工作；当控制模块判断图像采集模块采集的形状信息与预设的形状信息相符时，使控制模块控制机械手模块移动工件。
9.根据权利要求8所述的工件分拣系统的控制方法，其特征在于，所述控制模块存储有不同颜色与RGB值对应关系的预设信息，所述颜色采集模块用以将所采集的颜色信息转化为RGB值，所述控制模块通过判断所述颜色采集模块所转化的RGB值与所述预设信息的对应关系判断所述颜色采集模块所采集的颜色信息；所述工件分拣系统还包含多个不同颜色的滤镜模块；所述预设信息为各滤镜模块的颜色与颜色采集模块对各滤镜模块所过滤后的光线进行转化后的RGB值的对应关系信息。
10.根据权利要求8所述的工件分拣系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中使控制模块控制图像采集模块采集工件的形状信息的步骤包含以下步骤：
S31：采用工件的图像的步骤；
S32：对所采集的工件的图像进行预处理以突显与采集形状信息相关的信息；
S33：对经预处理的图像进行图像二值化处理，形成工件的像素图；
S34：自工件的像素图中提取与工件形状相关的边长特征或面积特征。
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