CN114472209A - 一种工业缺陷智能检测教学实训装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人工智能缺陷检测技术领域，尤其涉及一种工业缺陷智能检测教学实训装置，包括FPGA智能边缘计算设备、传送带机构、视觉检测机构、分拣机构、可视化展示模块和操作台机构；本发明具有以下有益效果：本发明系统占用面积小、结构设备简单、易于操作、安装调试方便，成本低，可根据需要进行模块组装和系统组装，为教学提供充足空间，能更好的在教室、实验室开展演示、教学与实训的目的。在教学方面，本装置支持FPGA教学、人工智能教学、除了实训教学外，还可以用作比赛设备。
Description
技术领域
本发明属于人工智能缺陷检测技术领域，尤其涉及一种工业缺陷智能检测教学实训装置。
背景技术
德国政府“工业4.0”战略的提出，在全球范围内引发了新一轮的工业转型竞赛，而“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统相结合的手段，将制造业向智能化转型。
中国政府立足于国际产业变革大势，在新的国际国内环境下，借鉴德国工业4.0计划，也推出了“中国制造2025”这个既定方略。互联网+制造就是“工业4.0”，它的一个核心就是智能制造。“工业4.0”项目分为三大主题：一是智能工厂、二是智能生产、三是智能物流。很显然，要真正实现“工业4.0”，这一整套系统的设备是非常庞大的，现有设备多存在着以下缺点：1、专机专用，灵活性低，可拓展性小；2、结构复杂、体积庞大、安装运输调试困难、成本高等缺点，这不但不利于设备的批量生产，而且也难以在教学领域推广使用。
为此，如何提供一种符合工业4.0要求、占地面积小，结构设备简单、易于操作、安装调试方便、成本低，可根据需要进行模块组装的工业缺陷智能检测教学实训装置，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种工业缺陷智能检测教学实训装置，能够解决现有技术当中存在的缺陷，提供了一种符合工业4.0要求、占地面积小，结构设备简单、易于操作、安装调试方便，成本低，可根据需要进行模块组装的智能检测教学实训装置，同时本发明还内置有基于FPGA的智能边缘计算设备，利用人工智能深度学习技术对工业缺陷进行实时检测并提供统计分析等功能，可以为学校及企业展现一条工业4.0示范线及其实训操作。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：包括FPGA智能边缘计算设备1、传送带机构2、视觉检测机构、分拣机构、可视化展示模块和操作台机构13；
所述操作台机构13的表面由凹槽构成，凹槽内布置有FPGA智能边缘计算设备1、传送带机构2、视觉检测机构、分拣机构和可视化展示模块，所述操作台机构13的内部设有设备收纳盒；所有摆放在所述操作台机构13上的设备都可以轻易拆卸组装，非常方便的模块化替换各个设备，并可以支持摆放位置的调节，同时操作台也可用作设备收纳柜，方便设备的整体移动、运输、保存等。
所述传送带机构2主要负责铝板的传送与良品铝板的分拣功能，每个铝板在传送带上都会经过视觉检测机构，如果检测没有问题，铝板会通过传送带自动下料到良品仓储区域；
所述视觉检测机构由工业相机4，光源5和井式遮光仓3组成，所述工业相机4的位置可上下调节，所述光源5的位置和照射角度都可以调节；所述井式遮光仓3具备遮挡外部光源的功能，减少对内部光源的影响；所述视觉检测机构会实时采集铝板图片发送给FPGA智能边缘计算设备1进行缺陷检测；
所述缺陷分拣机构主要由分拣台8、机械臂6、不良品仓7和缺陷报警装置9组成，当检测到有缺陷的铝板时，机械臂6会将其从传送带机构2上抓取出来并放置到不良品仓7中，同时缺陷报警装置9会自动报警提示有检测到缺陷；
所述可视化展示模块主要由显示器10、可调节支撑架、键盘、鼠标组成，主要负责展示缺陷检测的实时画面和检测数据统计分析图表；
所述FPGA智能边缘计算设备1会负责所有机械的启停控制，包括工业相机4，光源5，传送带机构2，显示器10和机械臂6，所述FPGA智能边缘计算设备1会采集铝板表面图像并通过深度学习算法检测铝板是否存在缺陷，如果存在缺陷则控制机械臂6进行分拣操作。
所述FPGA智能边缘计算设备1分别与传送带机构2、工业相机4、光源5、机械臂6、缺陷报警装置9、显示器10、鼠标键盘12电性连接。
为了方便缺陷铝板分拣，将所述分拣台8与传送带机构2通过合页式支架连接，在不使用时可以方便折叠一体收纳，将所述机械臂6通过螺钉固定在操作台机构13上，所述分拣台8上设有不良品仓7，所述FPGA智能边缘计算设备1放在传送带机构2的下方，内部设备可方便拿出进行组装调试。
为了提高铝板缺陷检测的准确率，所述光源5和工业相机4的安装位置非常关键，使用井式遮光仓3起到遮挡外部光源的作用，降低光源干扰。两个所述光源5通过螺丝固定在井式遮光仓3的两侧，且可以调节位置和照射角度。所述光源5的颜色为蓝色。所述工业相机4通过立柱从井式遮光仓3顶部安装，通过螺丝固定，并可上下调节位置。所述井式遮光仓3外部透明有机玻璃采用蓝色，可过滤其他光线，只保留蓝色，进一步降低外部光源对检测精度的影响。
所述操作台机构13表面有固定凹槽，将传送带机构2、分拣台8、可调节支架11、缺陷报警装置9通过L型支架及螺丝固定到凹槽中，可根据需求调节位置及要安装的设备。
所述操作台机构13里面设有设备收纳盒，不同的设备有不同的尺寸形状，每个收纳盒都可以固定位置，收纳盒里面有海绵垫，方便运输，防止碰撞。
所述操作台机构13里面分为三层，第一层摆放井式遮光仓收纳盒16、机械臂收纳盒17、工业相机与光源收纳盒19、良品仓及其他零件收纳盒20，第二层摆放显示器收纳盒18、FPGA智能边缘计算设备收纳盒21，第三层摆放传送带收纳盒22。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
1、从技术方案可以看出，本发明主要是针对高校相关专业教学实训使用，并且符合“工业4.0”技术背景，结合FPGA、人工智能等技术，将工业产线缺陷检测场景复刻为一台小型实训设备，并内设FPGA智能边缘计算设备、传送带机构、视觉检测机构、缺陷分拣机构、可视化展示模块、操作台机构等。
2、本发明系统占用面积小、结构设备简单、易于操作、安装调试方便，成本低，可根据需要进行模块组装和系统组装，为教学提供充足空间，能更好的在教室、实验室开展演示、教学与实训的目的。
3、在教学方面，本装置支持FPGA教学、人工智能教学、除了实训教学外，还可以用作比赛设备。
附图说明
为了更加清晰的理解本发明，通过结合说明书附图与示意性实施例，进一步介绍本公开，附图与实施例是用来解释说明，并不构成对公开的限定。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中图1的主视图；
图3为本发明中操作台机构的内部结构图。
图中所示：1、FPGA智能边缘计算设备；2、传送带机构；3、井式遮光仓；4、工业相机；5、光源；6、机械臂；7、不良品仓；8、分拣台；9、缺陷报警装置；10、显示器；11、可调节支撑架；12、键盘、鼠标；13、操作台机构；14、良品仓储盒；15、铝板；16、井式遮光仓收纳盒；17、机械臂收纳盒；18、显示器收纳盒；19、工业相机与光源收纳盒；20、良品仓及其他零件收纳盒；21、FPGA智能边缘计算设备收纳盒；22、传送带收纳盒。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种工业缺陷智能检测教学实训装置，如图1和图2所示，包括FPGA智能边缘计算设备1、传送带机构2、视觉检测机构、分拣机构、可视化展示模块和操作台机构13；
所述操作台机构13的表面由凹槽构成，凹槽内布置有FPGA智能边缘计算设备1、传送带机构2、视觉检测机构、分拣机构和可视化展示模块，所述操作台机构13的内部设有设备收纳盒；所有摆放在所述操作台机构13上的设备都可以轻易拆卸组装，非常方便的模块化替换各个设备，并可以支持摆放位置的调节，同时操作台也可用作设备收纳柜，方便设备的整体移动、运输、保存等。
所述传送带机构2主要负责铝板的传送与良品铝板的分拣功能，每个铝板在传送带上都会经过视觉检测机构，如果检测没有问题，铝板会通过传送带自动下料到良品仓储区域；
所述视觉检测机构由工业相机4，光源5和井式遮光仓3组成，所述工业相机4的位置可上下调节，所述光源5的位置和照射角度都可以调节；所述井式遮光仓3具备遮挡外部光源的功能，减少对内部光源的影响；所述视觉检测机构会实时采集铝板图片发送给FPGA智能边缘计算设备1进行缺陷检测；
所述缺陷分拣机构主要由分拣台8、机械臂6、不良品仓7和缺陷报警装置9组成，当检测到有缺陷的铝板时，机械臂6会将其从传送带机构2上抓取出来并放置到不良品仓7中，同时缺陷报警装置9会自动报警提示有检测到缺陷；
所述可视化展示模块主要由显示器10、可调节支撑架、键盘、鼠标组成，主要负责展示缺陷检测的实时画面和检测数据统计分析图表；
所述FPGA智能边缘计算设备1会负责所有机械的启停控制，包括工业相机4，光源5，传送带机构2，显示器10和机械臂6，所述FPGA智能边缘计算设备1会采集铝板表面图像并通过深度学习算法检测铝板是否存在缺陷，如果存在缺陷则控制机械臂6进行分拣操作。
所述FPGA智能边缘计算设备1分别与传送带机构2、工业相机4、光源5、机械臂6、缺陷报警装置9、显示器10、鼠标键盘12电性连接。
为了方便缺陷铝板分拣，将所述分拣台8与传送带机构2通过合页式支架连接，在不使用时可以方便折叠一体收纳，将所述机械臂6通过螺钉固定在操作台机构13上，所述分拣台8上设有不良品仓7，所述FPGA智能边缘计算设备1放在传送带机构2的下方，内部设备可方便拿出进行组装调试。
为了提高铝板缺陷检测的准确率，所述光源5和工业相机4的安装位置非常关键，使用井式遮光仓3起到遮挡外部光源的作用，降低光源干扰。两个所述光源5通过螺丝固定在井式遮光仓3的两侧，且可以调节位置和照射角度。所述光源5的颜色为蓝色。所述工业相机4通过立柱从井式遮光仓3顶部安装，通过螺丝固定，并可上下调节位置。所述井式遮光仓3外部透明有机玻璃采用蓝色，可过滤其他光线，只保留蓝色，进一步降低外部光源对检测精度的影响。
所述操作台机构13表面有固定凹槽，将传送带机构2、分拣台8、可调节支架11、缺陷报警装置9通过L型支架及螺丝固定到凹槽中，可根据需求调节位置及要安装的设备。
所述操作台机构13里面设有设备收纳盒，不同的设备有不同的尺寸形状，每个收纳盒都可以固定位置，收纳盒里面有海绵垫，方便运输，防止碰撞。
如图3所示，所述操作台机构13里面分为三层，第一层摆放井式遮光仓收纳盒16、机械臂收纳盒17、工业相机与光源收纳盒19、良品仓及其他零件收纳盒20，第二层摆放显示器收纳盒18、FPGA智能边缘计算设备收纳盒21，第三层摆放传送带收纳盒22。
本发明的工作流程为：
首先，设备上电，按桌体上的FPGA智能边缘计算设备1的开关按钮，此时传送带机构2开始传输、工业相机4开始采集图像、光源5灯光亮起、机械臂6处于通电待命状态、缺陷报警装置9处于通电状态绿灯亮起、显示器10启动开始展示缺陷检测管理界面，同时FPGA智能边缘计算设备1内部的FPGA设备开始进行深度学习算法的计算与应用程序的运行。
然后，人工将铝板放置到传送带机构2的最右边，此时铝板通过传送带机构2的传输进入井式遮光仓3区域内，工业相机4会自动采集铝板图片并传输给FPGA智能边缘计算设备1进行检测，并将实时检测结果和统计数据发送到显示器10上进行可视化展示。如果该铝板15是有缺陷的，FPGA智能边缘计算设备1会控制分拣台8上的机械臂6去将该铝板15抓取出并放置到不良品仓7的位置，如果该铝板15是没有缺陷的良品，则机械臂6不会去做抓取动作，该铝板15会随着传送带机构2继续传输进良品仓14中。
最后，可通过鼠标键盘12操作显示器10上的缺陷检测管理界面中的功能，查看缺陷统计图等信息。
在不需要设备运行或者异地运输时可将设备拆卸下来放入操作台13的收纳盒中。这样就形成了工业缺陷检测的上料、传输、检测、分拣、入仓的整个流程。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)
1.一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：包括FPGA智能边缘计算设备(1)、传送带机构(2)、视觉检测机构、分拣机构、可视化展示模块和操作台机构(13)；
所述操作台机构(13)的表面由凹槽构成，凹槽内布置有FPGA智能边缘计算设备(1)、传送带机构(2)、视觉检测机构、分拣机构和可视化展示模块，所述操作台机构(13)的内部设有设备收纳盒；
所述传送带机构(2)主要负责铝板的传送与良品铝板的分拣，每个铝板在传送带上都会经过视觉检测机构，如果检测没有问题，铝板会通过传送带自动下料到良品仓储区域；
所述视觉检测机构由工业相机(4)，光源(5)和井式遮光仓(3)组成，所述工业相机(4)的位置可上下调节，所述光源(5)的位置和照射角度都可调节；所述井式遮光仓(3)具备遮挡外部光源的功能，减少对内部光源的影响；所述视觉检测机构会实时采集铝板图片发送给FPGA智能边缘计算设备(1)进行缺陷检测；
所述缺陷分拣机构主要由分拣台(8)、机械臂(6)、不良品仓(7)和缺陷报警装置(9)组成，当检测到有缺陷的铝板时，机械臂(6)会将其从传送带机构(2)上抓取出来并放置到不良品仓(7)中，同时缺陷报警装置(9)会自动报警提示有检测到缺陷；
所述可视化展示模块主要由显示器(10)、可调节支撑架、键盘、鼠标组成，主要负责展示缺陷检测的实时画面和检测数据统计分析图表；
所述FPGA智能边缘计算设备(1)会负责所有机械的启停控制，包括工业相机(4)，光源(5)，传送带机构(2)，显示器(10)和机械臂(6)，所述FPGA智能边缘计算设备(1)会采集铝板表面图像并通过深度学习算法检测铝板是否存在缺陷，如果存在缺陷则控制机械臂(6)进行分拣操作。
2.根据权利要求1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述FPGA智能边缘计算设备(1)分别与传送带机构(2)、工业相机(4)、光源(5)、机械臂(6)、缺陷报警装置(9)、显示器(10)、鼠标键盘(12)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述分拣台(8)与传送带机构(2)通过合页式支架连接；所述机械臂(6)通过螺钉固定在操作台机构(13)上，所述分拣台(8)上设有不良品仓(7)；所述FPGA智能边缘计算设备(1)放在传送带机构(2)的下方。
4.根据权利要求1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述井式遮光仓(3)的两侧通过螺丝固定安装有两个光源(5),两个所述光源(5)的颜色为蓝色。
5.根据权利要求1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述工业相机(4)通过立柱与螺丝安装在井式遮光仓(3)的内顶部。
6.根据权利要求1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述井式遮光仓(3)外部透明有机玻璃采用蓝色。
7.根据权利要求1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述操作台机构(13)表面有固定凹槽，将传送带机构(2)、分拣台(8)、可调节支架(11)、缺陷报警装置(9)通过L型支架及螺丝固定到凹槽中，可根据需求调节位置及要安装的设备。
8.根据权利要求1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述操作台机构(13)里面设有设备收纳盒，不同的设备有不同的尺寸形状，每个收纳盒都可以固定位置，收纳盒里面有海绵垫。
9.根据权利要求(1所述的一种工业缺陷智能检测教学实训装置，其特征在于：所述操作台机构(13)里面分为三层，第一层摆放井式遮光仓收纳盒(16)、机械臂收纳盒(17)、工业相机与光源收纳盒(19)、良品仓及其他零件收纳盒(20)，第二层摆放显示器收纳盒(18)、FPGA智能边缘计算设备收纳盒(21)，第三层摆放传送带收纳盒(22)。
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