CN108918540A - 基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于产品检测技术领域，公开了一种基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置及方法，设置有动力装置；动力装置下端连接有控制装置，动力装置右端外侧焊接有安全装置，安全装置内侧通过螺栓固定有自动视觉检测装置。本发明的运动平台通过第一伺服电机可以控制旋转角度，通过第二伺服电机可以带动运动平台左右移动，通过六轴机械臂可以在产品到达检测位后，带动摄像头按预先设置好的多个零件的最佳检测位依次移动，实现对产品的全方位拍照检测，通过影像显示器可以实时显示当前的测试状态，通过PLC控制器对产品需要检测的位置进行预先设定，并计算出产品合格与否，列出不合格点位，从而实现对产品的自动检测。
Description
技术领域
本发明属于产品检测技术领域，尤其涉及一种基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置及方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：产品零件的捕捉与检测使用人工肉眼检测，随着婴幼儿市场的不断扩大，婴幼儿推车产量逐年上涨，在推车生产过程中，可能因为人工误差造成铆钉缺失，如果流入市场，将造成不小的安全隐患和不良的品牌影响，而人工检测耗费人力的同时会引起视觉疲劳，影响检测质量，不够准确快速。
综上所述，现有技术存在的问题是：耗费人力的同时会引起视觉疲劳；通过人工对产品进行检测，耗费人力的同时会引起视觉疲劳，影响检测质量，不够准确快速。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置及方法，通过六轴机械臂带动摄像头代替人工目视检测产品零件是否缺失，质量是否损伤。
本发明是这样实现的，一种基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置，设置有：
动力装置；
动力装置下端连接有控制装置，动力装置右端外侧焊接有安全装置，安全装置内侧通过螺栓固定有自动视觉检测装置；
所述动力装置设置有运动平台，运动平台上端通过螺栓固定有旋转推料气缸和挡料气缸，运动平台上侧左右两端分别通过螺栓固定有第一位置传感器和第二位置传感器，运动平台下端通过螺栓连接有转台连接板，转台连接板下端栓接有减速机，减速机右端通过轴连接有第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机转轴与转台连接板通过螺栓连接，减速机与下端齿轮轴连接，齿轮滑动卡设有齿条上端；
所述安全装置设置有加厚防护罩，防护罩焊接在齿条右端外侧，防护罩前后分别栓接有4条长条形的安全光栅，防护罩顶端通过螺栓固定有蜂鸣警示灯，防护罩侧面通过铰链铰接有多个防护门；
所述自动视觉检测装置设置有六轴机械臂，六轴机械臂通过螺栓固定在防护罩内侧，六轴机械臂另一端栓接有摄像头；
所述控制装置设置有电控箱，电控箱通过螺栓固定在齿条下侧，电控箱通过数据线连接有PLC控制器和影像显示器，PLC控制器和影像显示器分别嵌装在上端防护门的左右两端；PLC控制器通过数据线与旋转推料气缸、挡料气缸、第一位置传感器、第二位置传感器、减速机、第一伺服电机、第二伺服电机、安全光栅、蜂鸣警示灯和摄像头连接。
进一步，旋转推料气缸侧面通过螺栓固定有后方挡板。
进一步，运动平台下端通过螺栓固定有可调性定位丝杆。
进一步，齿条上侧右端通过螺栓固定有限位开关。
进一步，摄像头侧面通过螺栓固定有照明灯。
本发明另一目的在于提供一种基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法包括：
通过PLC控制器对检测的位置进行预先设定，将要检测的产品放置在运动平台上端，第一位置传感器感应到有物料，PLC控制器启动旋转推料气缸，旋转推料气缸先启动旋转，产品后方挡板落下保护产品；
随后旋转推料气缸前推，使产品移动到达第二位置传感器，同时产品被夹持成功；
两个传感器均感应到有物料后，PLC控制器启动第一伺服电机正向转动，带动齿轮正向转动，齿轮带动齿条正向转动，齿条带动运动平台前移，到达检测位置后停止；
在运动平台带动产品到达检测位后，PLC控制器控制六轴机械臂带动摄像头按预先设置好的多个零件的最佳检测位依次移动，实现对产品的全方位拍照检测；
通过影像显示器实时显示当前的测试状态，PLC控制器计算出产品合格与否，列出不合格点位，实现对产品的自动检测。
进一步，伺服电机加入降维负载力矩观测器，表达式如下：
ω为转子机械角速度；Te为电机输出转矩；TL为负载转矩；J为转动惯量；Bm为粘性阻尼系数；
根据系统期望的特性，选择极点所在的位置，按照上式构造观测器，观测出负载力矩的值；
高精度的伺服系统要求伺服电机在外部出现大的扰动时能保证良好的响应性能。由于负载力矩是很难直接测量的非电物理量，因此需要对其进行在线观测。
机械臂采用遗传算法对机械臂旋转变量值进行修正，遗传算法的适应度函数为：
式中:为第i组理论位姿数据。采用遗传算法搜索出使以上适应度函数最小的个体，即为所需的旋转关节修正量；遗传算法选择操作采用轮盘赌法，即基于适应度比例的选择策略；交叉操作采用均匀交叉算子，交叉率Pc＝0.9；变异操作采用高斯变异自子，变异率初值Pm＝0.1，进化代数自适应调整，令Pm(g)＝0.1－(0.1－0.001)g/G，其中g为当前遗传代数。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法的计算机程序。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明通过后方挡板可以防止产品掉落。
本发明通过可调性定位丝杆可以根据产品尺寸不同调节间距以达到夹持住产品的目的，在旋转移动时产品不会滑落。
本发明通过限位开关可以对运动平台向右侧移动时起到限位作用。
本发明通过照明灯能够保证拍摄每张照片有足够的光源。
本发明的运动平台通过第一伺服电机可以控制旋转角度，通过第二伺服电机可以带动运动平台左右移动，通过六轴机械臂可以在产品到达检测位后，带动摄像头按预先设置好的多个零件的最佳检测位依次移动，实现对产品的全方位拍照检测，通过影像显示器可以实时显示当前的测试状态，通过PLC控制器对产品需要检测的位置进行预先设定，并计算出产品合格与否，列出不合格点位，从而实现对产品的自动检测。
本发明遗传算法具备高效的并行搜索功能，操作简便、容错性强等优点，因此采用遗传算法对机械臂旋转变量值进行修正。
本发明在运动平台带动产品到达检测位后，PLC控制器控制六轴机械臂带动摄像头按预先设置好的多个零件的最佳检测位依次移动，实现对产品的全方位拍照检测。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置结构示意图；
图2是本发明实施例提供的电控箱结构示意图；
图3是本发明实施例提供的六轴机械臂结构示意图；
图4是本发明实施例提供的卸料台结构示意图；
图5是本发明实施例提供的运动平台结构示意图；
图6是本发明实施例提供的转台连接板结构示意图；
图中：1、运动平台；2、电控箱；3、六轴机械臂；4、摄像头；5、卸料台；6、防护罩；7、安全光栅；8、防护门；9、PLC控制器；10、影像显示器；11、蜂鸣警示灯；12、第一位置传感器；13、后方挡板；14、第二位置传感器；15、旋转推料气缸；16、可调性定位丝杆；17、挡料气缸；18、物料夹持板；19、转台连接板；20、第二伺服电机；21、第一伺服电机；22、减速机；23、导轨；24、限位开关；25、齿轮；26、齿条。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1至图6所示，本发明实施例提供的基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置包括：运动平台1、电控箱2、六轴机械臂3、摄像头4、卸料台5、防护罩6、安全光栅7、防护门8、PLC控制器9、影像显示器10、蜂鸣警示灯11、第一位置传感器12、后方挡板13、第二位置传感器14、旋转推料气缸15、可调性定位丝杆16、挡料气缸17、物料夹持板18、转台连接板19、第二伺服电机20、第一伺服电机21、减速机22、导轨23、限位开关24、齿轮25、齿条26。
运动平台1上端通过螺栓固定有旋转推料气缸15和挡料气缸17，运动平台1上侧左右两端分别通过螺栓固定有第一位置传感器12和第二位置传感器14，运动平台1下端通过螺栓连接有转台连接板19，转台连接板19下端栓接有减速机22，减速机22右端通过轴连接有第一伺服电机21和第二伺服电机20，第一伺服电机21转轴与转台连接板19通过螺栓连接，减速机22与下端齿轮25轴连接，齿轮25滑动卡设有齿条26上端；物料夹持板18通过螺丝固定在可调性丝杆16上。限位开关24通过螺丝固定在铝型材上，当运动平台1靠近时，遮光片遮挡限位开关24光线，限位开关24把信号传递给PLC控制器9，PLC控制器让运动平台1停止。
防护罩6焊接在齿条26右端外侧，防护罩6前后分别栓接有4条长条形的安全光栅7，防护罩6顶端通过螺栓固定有蜂鸣警示灯11，防护罩6侧面通过铰链铰接有多个防护门8；
六轴机械臂3通过螺栓固定在防护罩6内侧，六轴机械臂3另一端栓接有摄像头4；
电控箱2通过螺栓固定在齿条26下侧，电控箱2通过数据线连接有PLC控制器9和影像显示器10，PLC控制器9和影像显示器10分别嵌装在上端防护门8的左右两端；PLC控制器9通过数据线与旋转推料气缸15、挡料气缸17、第一位置传感器12、第二位置传感器14、减速机22、第一伺服电机21、第二伺服电机20、安全光栅7、蜂鸣警示灯11和摄像头4连接。
作为优选，旋转推料气缸15侧面通过螺栓固定有后方挡板13。
作为优选，运动平台1下端通过螺栓固定有可调性定位丝杆16。
作为优选，齿条26上侧右端通过螺栓固定有限位开关24。
作为优选，影响显示器10侧面通过螺栓固定有急停开关。
本发明在使用时，通过PLC控制器9对产品需要检测的位置进行预先设定，将要检测的产品放置在运动平台1上端，第一位置传感器12感应到有物料，PLC控制器9启动旋转推料气缸15，旋转推料气缸15先启动旋转，产品后方挡板13落下保护产品，随后旋转推料气缸15前推，使产品移动到达第二位置传感器14，同时产品被夹持成功，两个传感器均感应到有物料后，PLC控制器9启动第一伺服电机21正向转动，带动齿轮25正向转动，齿轮25带动齿条26正向转动，齿条26带动运动平台1前移，到达检测位置后停止，在运动平台1带动产品到达检测位后，PLC控制器9控制六轴机械臂3带动摄像头4按预先设置好的多个零件的最佳检测位依次移动，实现对产品的全方位拍照检测，通过影像显示器10可以实时显示当前的测试状态，PLC控制器9计算出产品合格与否，列出不合格点位，从而实现对产品的自动检测。
在设备处于工作状态时，当安全光栅检测到有物体进入时，设备立即处于暂停状态，安装于顶部的蜂鸣警示灯11亮红灯并发出报警，当设备处于正常工作时蜂鸣警示灯11亮绿灯，当设备紧急停止时亮红灯，如待机状态亮黄灯加绿灯；在设备处于工作状态时，如果打开防护门，设备立即进入暂停状态。
摄像头4拍摄的照片将自动与预先设置好的多组标准图片进行对比，并设定误差范围，如超出误差范围，将被判定为“NG”，如在误差范围内，则判定为“OK”，被检测产品只要有1个或多个零件被判定为“NG”，PLC控制器9先启动第一伺服电机21反向转动，带动齿轮25反向转动，齿轮25带动齿条26反向转动，齿条26带动运动平台1后移至物料到位的位置，接着启动第二伺服电机20，带动齿轮25，齿轮25带动转台连接板19转动将产品旋转，运送至卸料台5进行区别；如所有零件检测为“OK”，第一伺服电机21正向转动，带动齿轮25正向转动，齿轮25带动齿条26正向转动，齿条26带动运动平台1前移，将产品向带至流水线。
下面结合具体分析对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供的基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法包括：
通过PLC控制器对检测的位置进行预先设定，将要检测的产品放置在运动平台上端，第一位置传感器感应到有物料，PLC控制器启动旋转推料气缸，旋转推料气缸先启动旋转，产品后方挡板落下保护产品；
随后旋转推料气缸前推，使产品移动到达第二位置传感器，同时产品被夹持成功；
两个传感器均感应到有物料后，PLC控制器启动第一伺服电机正向转动，带动齿轮正向转动，齿轮带动齿条正向转动，齿条带动运动平台前移，到达检测位置后停止；
在运动平台带动产品到达检测位后，PLC控制器控制六轴机械臂带动摄像头按预先设置好的多个零件的最佳检测位依次移动，实现对产品的全方位拍照检测；
通过影像显示器实时显示当前的测试状态，PLC控制器计算出产品合格与否，列出不合格点位，实现对产品的自动检测。
进一步，伺服电机加入降维负载力矩观测器，表达式如下：
ω为转子机械角速度；Te为电机输出转矩；TL为负载转矩；J为转动惯量；Bm为粘性阻尼系数；
根据系统期望的特性，选择极点所在的位置，按照上式构造观测器，观测出负载力矩的值；
高精度的伺服系统要求伺服电机在外部出现大的扰动时能保证良好的响应性能。由于负载力矩是很难直接测量的非电物理量，因此需要对其进行在线观测。
机械臂采用遗传算法对机械臂旋转变量值进行修正，遗传算法的适应度函数为：
式中:为第i组理论位姿数据。采用遗传算法搜索出使以上适应度函数最小的个体，即为所需的旋转关节修正量；遗传算法选择操作采用轮盘赌法，即基于适应度比例的选择策略；交叉操作采用均匀交叉算子，交叉率Pc＝0.9；变异操作采用高斯变异自子，变异率初值Pm＝0.1，进化代数自适应调整，令Pm(g)＝0.1－(0.1－0.001)g/G，其中g为当前遗传代数。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置，其特征在于，所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置设置有：
动力装置；
动力装置下端连接有控制装置，动力装置右端外侧焊接有安全装置，安全装置内侧通过螺栓固定有自动视觉检测装置；
所述动力装置设置有运动平台，运动平台上端通过螺栓固定有旋转推料气缸和挡料气缸，运动平台上侧左右两端分别通过螺栓固定有第一位置传感器和第二位置传感器，运动平台下端通过螺栓连接有转台连接板，转台连接板下端栓接有减速机，减速机右端通过轴连接有第一伺服电机和第二伺服电机，第一伺服电机转轴与转台连接板通过螺栓连接，减速机与下端齿轮轴连接，齿轮滑动卡设有齿条上端；
所述安全装置设置有加厚防护罩，防护罩焊接在齿条右端外侧，防护罩前后分别栓接有4条长条形的安全光栅，防护罩顶端通过螺栓固定有蜂鸣警示灯，防护罩侧面通过铰链铰接有多个防护门；
所述自动视觉检测装置设置有六轴机械臂，六轴机械臂通过螺栓固定在防护罩内侧，六轴机械臂另一端栓接有摄像头；
所述控制装置设置有电控箱，电控箱通过螺栓固定在齿条下侧，电控箱通过数据线连接有PLC控制器和影像显示器，PLC控制器和影像显示器分别嵌装在上端防护门的左右两端；PLC控制器通过数据线与旋转推料气缸、挡料气缸、第一位置传感器、第二位置传感器、减速机、第一伺服电机、第二伺服电机、安全光栅、蜂鸣警示灯和摄像头连接。
2.如权利要求1所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置，其特征在于，旋转推料气缸侧面通过螺栓固定有后方挡板。
3.如权利要求1所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置，其特征在于，运动平台下端通过螺栓固定有可调性定位丝杆。
4.如权利要求1所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置，其特征在于，齿条上侧右端通过螺栓固定有限位开关。
5.如权利要求1所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置，其特征在于，摄像头侧面通过螺栓固定有照明灯。
6.一种应用权利要求1所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测装置的基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法，其特征在于，所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法包括：
通过PLC控制器对检测的位置进行预先设定，将要检测的产品放置在运动平台上端，第一位置传感器感应到有物料，PLC控制器启动旋转推料气缸，旋转推料气缸先启动旋转，产品后方挡板落下保护产品；
随后旋转推料气缸前推，使产品移动到达第二位置传感器，同时产品被夹持成功；
两个传感器均感应到有物料后，PLC控制器启动第一伺服电机正向转动，带动齿轮正向转动，齿轮带动齿条正向转动，齿条带动运动平台前移，到达检测位置后停止；
在运动平台带动产品到达检测位后，PLC控制器控制六轴机械臂带动摄像头按预先设置好的多个零件的最佳检测位依次移动，实现对产品的全方位拍照检测；
通过影像显示器实时显示当前的测试状态，PLC控制器计算出产品合格与否，列出不合格点位，实现对产品的自动检测。
7.如权利要求6所述的基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法，其特征在于，伺服电机加入降维负载力矩观测器，表达式如下：
ω为转子机械角速度；Te为电机输出转矩；TL为负载转矩；J为转动惯量；Bm为粘性阻尼系数；
根据系统期望的特性，选择极点所在的位置，按照上式构造观测器，观测出负载力矩的值；
机械臂采用遗传算法对机械臂旋转变量值进行修正，遗传算法的适应度函数为：
式中:为第i组理论位姿数据。采用遗传算法搜索出使以上适应度函数最小的个体，即为所需的旋转关节修正量；遗传算法选择操作采用轮盘赌法，即基于适应度比例的选择策略；交叉操作采用均匀交叉算子，交叉率Pc＝0.9；变异操作采用高斯变异自子，变异率初值Pm＝0.1，进化代数自适应调整，令Pm(g)＝0.1－(0.1－0.001)g/G，其中g为当前遗传代数。
8.一种实现权利要求6～7任意一项所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法的计算机程序。
9.一种实现权利要求6～7任意一项所述基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求6-7任意一项所述的基于机械臂摄像视觉对产品零件的捕捉与检测方法。
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