CN113639641A - 一种工件基准面定位检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工件基准面定位检测装置和方法。装置中的待检测目标工件放置在工件运输传送模块上，工件固定夹设置在靠近运输传送模块末端的一侧，图像采集检测模块设置在靠近运输传送模块末端的另一侧，工件固定夹分别与工件运输传送模块和图像采集检测模块电连接。当接近传感器检测到目标工件时，工件运输传送模块停止，同时工件固定夹将待检测目标工件固定；图像采集检测模块的工业相机、激光位移传感器对目标工件基准面的关键点进行采集，进而获得基准面的相关信息，实现工件的基准面定位检测。本发明采用非接触的方式对工件基准面进行定位检测，实现基准面自动检测，提高了检测精度和效率。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉领域的一种工件定位检测装置，具体涉及了一种工件基准面定位检测装置和方法。
背景技术
基准面定位检测是工件尺寸检测过程中的重要部分，基准面能够保证加工精度、提高检测精度、降低检测难度。基准面的准确定位给测量提供一个尺度和位置参考，提高和保证其他各个面尺寸、位置的检测精度，提高检测速度和效率。
随着信息技术和机器人技术飞速的发展，机器人控制技术所涵盖的内容越来越丰富。工业机器人作为一种新兴的数字控制设备，一经问世就得到了广泛的关注，经过国内外的专家学者和科研人员的不断探索，功能得到逐渐完善。其中机器人技术和视觉技术相结合被广泛运用在物体识别、虚拟现实、工业检测等领域，视觉技术可以在多种条件下灵活的获得物体的立体信息、位置信息、尺寸信息等。
随着工业的不断发展，工件基准面定位检测向着自动化、快速化、高精度的方向发展，传统的人工定位检测方法操作麻烦，工序复杂，效率低下，检测准确度与操作人员的操作方式有关，存在较强的不确定性，不符合现在和未来工业发展趋势。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种工件基准面定位检测装置和方法，本发明采用机器人机械臂与相机、激光位移传感器相结合，使用机器视觉技术进行非接触式的检测方法，能够实现对工件基准面的快速定位、高效测量、高精度检测，可以实现对大型待检测工件基准面快速、高精度定位检测，解放人力，提高检测效率，提高基准面检测的自动化。
为实现发明的目的，本发明采用的技术方案如下：
一、一种工件基准面定位检测装置
装置包括工件运输传送模块、工件固定夹、图像采集检测模块；
待检测目标工件放置在工件运输传送模块上，工件固定夹设置在靠近运输传送模块末端的一侧，图像采集检测模块设置在靠近运输传送模块末端的另一侧，工件固定夹分别与工件运输传送模块和图像采集检测模块电连接；待检测目标工件从工件运输传送模块的起始端传送至末端，当前待检测目标工件传送至靠近末端时，工件运输传送模块停止传送并且工件固定夹对当前待检测目标工件进行固定，图像采集检测模块定位和检测当前待检测目标工件的基准面，之后工件运输传送模块继续传送，开始下一个待检测目标工件的基准面的定位和检测。
所述工件运输传送模块包括带式传送机、传送带控制器和接近传感器；
带式传送机主要由传送带和机架组成，传送带安装在机架上，所述待检测目标工件放置在传送带上进行传送，靠近传送带起始端的机架一侧上固定安装有传送带控制器，靠近传送带末端的机架一侧固定安装有接近传感器和工件固定夹，接近传感器设置在工件固定夹的两个夹持端之间，接近传感器用于检测待检测目标工件，工件固定夹用于固定待检测目标工件；传送带控制器分别与接近传感器和工件固定夹电连接，接近传感器也与工件固定夹电连接，靠近传送带末端的机架另一侧设置有图像采集检测模块，工件固定夹与图像采集检测模块电连接。
所述图像采集检测模块包括基座、工业相机、激光位移传感器、置物架、六轴机械臂和机械臂控制器；
六轴机械臂的底部固定安装在基座中，机械臂控制器固定安装在基座的一侧并控制六轴机械臂的运动，机械臂控制器与工件固定夹电连接，工业相机和激光位移传感器通过置物架固定安装在六轴机械臂的执行端，工业相机和激光位移传感器的光轴平行，工业相机用于拍摄待检测目标工件，激光位移传感器用于检测待检测目标工件基准面上的关键点的高度。
所述接近传感器、工件固定夹、图像采集检测模块与传送带末端之间均设置有间隔
二、一种工件基准面定位检测方法
方法包括以下步骤：
1)根据待检测目标工件的形状及大小确定待检测目标工件的基准面，寻找并确定基准面的各个关键点，根据基准面的各个关键点建立待检测目标工件的基本坐标系，从而确定基准面的各个关键点在基本坐标系中的坐标；
2)对工业相机进行标定后获得工业相机坐标系，基于工业相机坐标系对六轴机械臂进行手眼标定后，获得工业相机和六轴机械臂之间的位置转换矩阵；
3)根据工业相机和六轴机械臂之间的位置转换矩阵，利用六轴机械臂、工业相机和激光位移传感器检测基准面的各个关键点，获得各个关键点的高度；
4)根据基准面的各个关键点在基本坐标系中的坐标以及各个关键点的高度，利用多项式拟合的方法对基准面进行平面拟合，获得基准面的平面边界参数和各个关键点的法向量，实现基准面的定位和检测。
所述关键点的个数至少为三个。
所述步骤3)具体为：
3.1)控制六轴机械臂运动，使得工业相机位于待检测目标工件的基准面的正上方，从而检测到基准面的各个关键点，获得各个关键点在工业相机坐标系中的坐标；
3.2)根据工业相机和六轴机械臂之间的位置转换矩阵对各个关键点在工业相机坐标系中的坐标进行坐标转换，获得各个关键点在六轴机械臂坐标系中的坐标；
3.3)根据各个关键点在六轴机械臂坐标系中的坐标，再控制六轴机械臂运动，使得激光位移传感器运动到各个关键点的正上方，激光位移传感器依次对各个关键点的高度进行检测，获得各个关键点的高度。
所述高度的零参考面为基准面所在平面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将六轴机械臂和机器视觉相结合，通过工业相机无接触式的自动检测定位工件基准面上关键点的高度信息，进一步获得基准面信息，在提高检测精度和速度的同时，节省了人力，降低了产品的不合格率，提高了生产的自动化程度。
附图说明
图1为本发明装置的总体结构图。
图2为本发明装置的局部放大图。
图3为本发明方法的流程图。
图4为基准面的各个关键点分布图。
图中：1.带式传送机、2.传送带控制器、3.待检测目标工件、4.工业相机、5.激光位移传感器、6.六轴机械臂、7.工件固定夹、8.接近传感器、9.机械臂控制器、10.置物架。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，装置包括工件运输传送模块、工件固定夹7、图像采集检测模块；
待检测目标工件3放置在工件运输传送模块上，工件固定夹7设置在靠近运输传送模块末端的一侧，图像采集检测模块设置在靠近运输传送模块末端的另一侧，工件固定夹7分别与工件运输传送模块和图像采集检测模块电连接；待检测目标工件3从工件运输传送模块的起始端传送至末端，当前待检测目标工件3传送至靠近末端时，工件运输传送模块停止传送并且工件固定夹7对当前待检测目标工件3进行固定，图像采集检测模块定位和检测当前待检测目标工件3的基准面，之后工件运输传送模块继续传送，开始下一个待检测目标工件3的基准面的定位和检测。
工件运输传送模块包括带式传送机1、传送带控制器2和接近传感器8；
带式传送机1主要由传送带和机架组成，传送带安装在机架上，待检测目标工件3放置在传送带上进行传送，靠近传送带起始端的机架一侧上固定安装有传送带控制器2，靠近传送带末端的机架一侧固定安装有接近传感器8和工件固定夹7，接近传感器8设置在工件固定夹7的两个夹持端之间，接近传感器8用于检测待检测目标工件3，工件固定夹7用于固定待检测目标工件3；传送带控制器2分别与接近传感器8和工件固定夹7电连接，接近传感器8也与工件固定夹7电连接，靠近传送带末端的机架另一侧设置有图像采集检测模块，工件固定夹7与图像采集检测模块电连接。
如图2所示，图像采集检测模块包括基座、工业相机4、激光位移传感器5、置物架10、六轴机械臂6和机械臂控制器9；
六轴机械臂6的底部固定安装在基座中，基座与地面固定连接，机械臂控制器9固定安装在基座的一侧并控制六轴机械臂6的运动，机械臂控制器9与工件固定夹7电连接，工业相机4和激光位移传感器5通过置物架10固定安装在六轴机械臂6的执行端，工业相机4和激光位移传感器5的光轴平行，工业相机4用于拍摄待检测目标工件3，激光位移传感器5用于检测待检测目标工件3基准面上的关键点的高度。
接近传感器8、工件固定夹7、图像采集检测模块与传送带末端之间均设置有间隔，具体实施中，接近传感器8距离传送带末端0.5米，工件固定夹7的较远夹持端距离传送带末端0.7米，图像采集检测模块的六轴机械臂6距离传送带末端0.7米。
本发明装置的具体实施过程如下：
带式传送机1通电启动，传送带匀速将待检测目标工件3运输传送到工件固定夹7处，当待检测目标工件3到达机架上接近传感器8，接近传感器8检测到待检测目标工件3时向传送带控制器2和工件固定夹7发出信号，传送带控制器2控制传送带停止运动，工件固定夹7的两个夹持端往传送带的中间伸，从而固定待检测目标工件3，其中待检测目标工件3固定在工件固定夹7的两个夹持端之间。随后工件固定夹7向六轴机械臂控制器9发出动作信号，六轴机械臂开始运动到工件基准面前方，工业相机4拍摄采集待检测目标工件3的图像信息，之后机械臂控制器9控制机械臂逐个移动到基准面关键点位置，激光位移传感器采集工件基准面关键点位置信息，至少采集三个关键点位置信息，如图4。关键点具体为在基准面上设有的孔、槽、定位柱、凸起等。
工业相机4和激光位移传感器5对检测目标工件3的图像和位置信息采集结束后，机械臂控制器9发出指令控制六轴机械臂6返回初始位置，同时向工件固定夹7发送信号，使工件固定夹7做出动作松开待检测目标工件3，松开目标工件后工件固定夹7向传送带控制器2发送信号，带式传送带1恢复匀速运动，将检测过后符合检测标准的工件运送到生产线下一环节。
本发明方法的具体实施过程如下：
1)根据待检测目标工件3的形状及大小确定待检测目标工件3的基准面，寻找并确定基准面的各个关键点(至少选取三个点)，如图4所示，根据基准面的各个关键点建立待检测目标工件3的基本坐标系，从而确定基准面的各个关键点在基本坐标系中的坐标；
2)采用张正友相机标定法对工业相机进行标定后获得工业相机坐标系，基于工业相机坐标系采用九点标定法对六轴机械臂6进行手眼标定后，获得工业相机和六轴机械臂6之间的位置转换矩阵；
3)根据工业相机和六轴机械臂6之间的位置转换矩阵，利用六轴机械臂6、工业相机和激光位移传感器检测基准面的各个关键点，获得各个关键点的高度；
步骤3)具体为：
3.1)控制六轴机械臂6运动，使得工业相机位于待检测目标工件3的基准面的正上方，从而检测到基准面的各个关键点，获得各个关键点在工业相机坐标系中的坐标；
3.2)根据工业相机和六轴机械臂6之间的位置转换矩阵对各个关键点在工业相机坐标系中的坐标进行坐标转换，获得各个关键点在六轴机械臂6坐标系中的坐标；
3.3)根据各个关键点在六轴机械臂6坐标系中的坐标，再控制六轴机械臂6运动，使得激光位移传感器运动到各个关键点的正上方，激光位移传感器依次对各个关键点的高度进行检测，获得各个关键点的高度，之后六轴机械臂6回到初始位置，其中高度的零参考面为基准面所在平面。
4)根据基准面的各个关键点在基本坐标系中的坐标以及各个关键点的高度，利用多项式拟合的方法对基准面进行平面拟合，多项式拟合的方法为最小二乘法，获得基准面的平面边界参数和各个关键点的法向量，实现基准面的定位和检测。
平面的方程可表示为：
z＝a0x+a1y+a2
最小二乘法原理公式：
S＝min∑[(a0xi+a1yi+a2)-zi]2
对a0 a1 a2求偏导数：
其中，a0 a1 a2为待求系数，均为常数，a0表示平面的方程的第一系数，a1表示平面的方程的第二系数，a2表示平面的方程的第三系数，x表示基本坐标系的X轴上的坐标值，y表示基本坐标系的Y轴上的坐标值，z表示基本坐标系的Z轴上的坐标值，xi表示第i个关键点在基本坐标系的X轴坐标，yi表示第i个关键点在基本坐标系的Y轴坐标，zi表示第i个关键点在基本坐标系的Z轴坐标，S表示所有关键点的最小方差，n表示关键点的个数。
求解出a0 a1 a2即可得到拟合平面数学模型，向量(a0,a1,-1)为拟合平面的法相量，即基准面法向量，将求得的法向量和标准件(满足生产工艺精度要求的标准工件)基准面法向量进行对比，计算两法向量之间的夹角α，即可实现工件基准面定位检测。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种工件基准面定位检测装置，其特征在于：包括工件运输传送模块、工件固定夹(7)、图像采集检测模块；
待检测目标工件(3)放置在工件运输传送模块上，工件固定夹(7)设置在靠近运输传送模块末端的一侧，图像采集检测模块设置在靠近运输传送模块末端的另一侧，工件固定夹(7)分别与工件运输传送模块和图像采集检测模块电连接；待检测目标工件(3)从工件运输传送模块的起始端传送至末端，当前待检测目标工件(3)传送至靠近末端时，工件运输传送模块停止传送并且工件固定夹(7)对当前待检测目标工件(3)进行固定，图像采集检测模块定位和检测当前待检测目标工件(3)的基准面，之后工件运输传送模块继续传送，开始下一个待检测目标工件(3)的基准面的定位和检测。
2.根据权利要求1所述的一种工件基准面定位检测装置，其特征在于：所述工件运输传送模块包括带式传送机(1)、传送带控制器(2)和接近传感器(8)；
带式传送机(1)主要由传送带和机架组成，传送带安装在机架上，所述待检测目标工件(3)放置在传送带上进行传送，靠近传送带起始端的机架一侧上固定安装有传送带控制器(2)，靠近传送带末端的机架一侧固定安装有接近传感器(8)和工件固定夹(7)，接近传感器(8)设置在工件固定夹(7)的两个夹持端之间，接近传感器(8)用于检测待检测目标工件(3)，工件固定夹(7)用于固定待检测目标工件(3)；传送带控制器(2)分别与接近传感器(8)和工件固定夹(7)电连接，接近传感器(8)也与工件固定夹(7)电连接，靠近传送带末端的机架另一侧设置有图像采集检测模块，工件固定夹(7)与图像采集检测模块电连接。
3.根据权利要求1所述的一种工件基准面定位检测装置，其特征在于：所述图像采集检测模块包括基座、工业相机(4)、激光位移传感器(5)、置物架(10)、六轴机械臂(6)和机械臂控制器(9)；
六轴机械臂(6)的底部固定安装在基座中，机械臂控制器(9)固定安装在基座的一侧并控制六轴机械臂(6)的运动，机械臂控制器(9)与工件固定夹(7)电连接，工业相机(4)和激光位移传感器(5)通过置物架(10)固定安装在六轴机械臂(6)的执行端，工业相机(4)和激光位移传感器(5)的光轴平行，工业相机(4)用于拍摄待检测目标工件(3)，激光位移传感器(5)用于检测待检测目标工件(3)基准面上的关键点的高度。
4.根据权利要求2所述的一种工件基准面定位检测装置，其特征在于：所述接近传感器(8)、工件固定夹(7)、图像采集检测模块与传送带末端之间均设置有间隔。
5.一种工件基准面定位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据待检测目标工件(3)的形状及大小确定待检测目标工件(3)的基准面，寻找并确定基准面的各个关键点，根据基准面的各个关键点建立待检测目标工件(3)的基本坐标系，从而确定基准面的各个关键点在基本坐标系中的坐标；
2)对工业相机进行标定后获得工业相机坐标系，基于工业相机坐标系对六轴机械臂(6)进行手眼标定后，获得工业相机和六轴机械臂(6)之间的位置转换矩阵；
3)根据工业相机和六轴机械臂(6)之间的位置转换矩阵，利用六轴机械臂(6)、工业相机和激光位移传感器检测基准面的各个关键点，获得各个关键点的高度；
4)根据基准面的各个关键点在基本坐标系中的坐标以及各个关键点的高度，利用多项式拟合的方法对基准面进行平面拟合，获得基准面的平面边界参数和各个关键点的法向量，实现基准面的定位和检测。
6.根据权利要求5所述的一种工件基准面定位检测方法，其特征在于，所述关键点的个数至少为三个。
7.根据权利要求5所述的一种工件基准面定位检测方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：
3.1)控制六轴机械臂(6)运动，使得工业相机位于待检测目标工件(3)的基准面的正上方，从而检测到基准面的各个关键点，获得各个关键点在工业相机坐标系中的坐标；
3.2)根据工业相机和六轴机械臂(6)之间的位置转换矩阵对各个关键点在工业相机坐标系中的坐标进行坐标转换，获得各个关键点在六轴机械臂(6)坐标系中的坐标；
3.3)根据各个关键点在六轴机械臂(6)坐标系中的坐标，再控制六轴机械臂(6)运动，使得激光位移传感器运动到各个关键点的正上方，激光位移传感器依次对各个关键点的高度进行检测，获得各个关键点的高度。
8.根据权利要求5所述的一种工件基准面定位检测方法，其特征在于，所述高度的零参考面为基准面所在平面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20211112 |
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