CN116519793A - 工件内部缺陷的检测设备、检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件内部缺陷的检测设备、检测方法，检测设备包括：底座，以及上料机构，其安装在底座上，用于输送工件；超声检测机构，其安装在底座上，用于检测工件；机械手机构，其安装在底座上，用于从上料机构中拾取工件并放置到超声检测机构内进行检测；下料机构，其安装在底座上，当工件检测完成后，机械手机构将工件放到下料机构上进行下料。本发明能够实现对工件焊接缺陷的自动化检测，一方面，可以提高检测结果的一致性、检测准确率、防止漏检；另一方面，可以显著提高检测效率和分类效率。

Description

工件内部缺陷的检测设备、检测方法

技术领域

本发明涉及缺陷检测技术领域，具体涉及一种工件内部缺陷的检测设备、检测方法。

背景技术

对于焊接工件，焊接后会有一定概率存在缺陷，例如没有焊接到位等问题。因此，在出场之前需要对工件质量进行检测。现有的检测方式是，采用焊缝检测仪器，工作人员手持焊缝检测仪器的探头在工件表面探测，记录有缺陷的工件。这种检测方式至少存在以下缺点：

(1)焊接缺陷只有经验丰富的工作人员才能分辨出来，对操作人员的要求较高，导致检测结果的一致性较低；

(2)工件需要人工一个个进行检测，检测后再对工件质量进行分类整理，导致检测时间长、检测速度慢；并且，工作人员的劳动强度也较大；

(3)探头一般仅做垂直于工件表面的探测，不容易发现平行于焊缝等容易被忽视的缺陷，导致漏检。

发明内容

本发明旨在解决现有技术存在的技术问题之一。

为此，本发明提供一种工件内部缺陷的检测设备、检测方法，能够实现对工件焊接缺陷的自动化检测，一方面，可以提高检测结果的一致性、检测准确率、防止漏检；另一方面，可以显著提高检测效率和分类效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工件内部缺陷的检测设备，包括：底座，以及上料机构，其安装在所述底座上，用于输送工件；超声检测机构，其安装在所述底座上，用于检测工件；机械手机构，其安装在所述底座上，用于从所述上料机构中拾取所述工件并放置到所述超声检测机构内进行检测；下料机构，其安装在所述底座上，当所述工件检测完成后，所述机械手机构将所述工件放到所述下料机构上进行下料。

进一步的，所述机械手机构包括：两个第一机械手组件和第二机械手组件，两个所述第一机械手组件的前、后两侧，所述第二机械手组件位于所述超声检测机构靠近所述下料机构的一侧。

进一步的，所述上料机构包括两个上料输送组件，两个所述上料输送组件分别位于所述超声检测机构的前、后两侧，一所述第一机械手组件能够从一所述上料输送组件上拾取工件，另一所述第一机械手组件能够从另一所述上料输送组件上拾取工件。

进一步的，所述下料机构包括：两个第一下料输送组件和第二下料输送组件，所述第二下料输送组件位于两个所述第一下料输送组件之间，所述第一机械手组件能够将检测完的工件放置到所述第一下料输送组件上，所述第二机械手组件能够从所述第一下料输送组件上拾取不良工件放置到所述第二下料输送组件上。

进一步的，所述第一机械手组件包括：第一机械手本体，其一端安装在所述底座上；第一连接块，其与所述第一机械手本体相连接；第一安装板，其与所述第一连接块相连接；多个拾取模块，多个所述拾取模块与所述第一安装板相连接，所述拾取模块用于拾取工件。

进一步的，所述拾取模块包括：拾取固定块，其与所述第一安装板固定连接；拾取滑动单元，其安装在所述拾取固定块上；第一拾取单元，其与所述拾取滑动单元相连接；第二拾取单元，其与所述拾取滑动单元相连接；拾取驱动件，所述拾取驱动件的顶端与所述拾取固定块连接，所述拾取驱动件的底端同时与所述第一拾取单元、第二拾取单元连接，所述拾取驱动件能够驱动所述第一拾取单元、第二拾取单元夹紧或松开所述工件。

进一步的，所述第一拾取单元包括：第一拾取连接块、第一支撑块、第一支撑条和两个第一拾取件，所述拾取连接块与所述拾取滑动单元连接，所述第一支撑块与所述第一拾取连接块连接，所述拾取驱动件与所述第一拾取连接块连接，所述第一支撑条与所述第一支撑块连接，两个所述第一拾取件的顶端分别固定在所述第一支撑条的两端。

进一步的，所述第一拾取件包括：第一拾取连接部和第一拾取夹紧部，所述第一拾取连接部的顶端与所述第一支撑条固定连接，所述第一拾取连接部的底端与所述第一拾取夹紧部连接，所述第一拾取夹紧部上设有拾取限位部。

进一步的，所述上料输送组件包括：上料底板，其安装在所述底座上；上料滑动模块，其安装在所述上料底板上；上料放置板，其与所述上料滑动模块相连接；上料驱动模块，其与所述上料放置板相连接，所述上料驱动模块能够带动所述上料放置板沿所述上料滑动模块移动。

进一步的，所述上料底板和所述上料放置板之间还设有第一滑动板和第二滑动板，所述上料放置板上设有多个限位柱，所述第一滑动板上设有第一限位部，所述第二滑动板上设有第二限位部，所述第一限位部、第二限位部均贯穿所述上料放置板。

本发明还提供一种工件内部缺陷的检测方法，采用所述的检测设备，所述检测方法包括以下步骤：S1：工作人员将多个工件放置在上料机构上，通过机械手机构将所述工件拾取并放入超声检测机构内进行检测；S2：检测完成后，所述机械手机构将所述工件放置到下料机构上进行分类下料。

进一步的，对所述工件的检测过程包括：

利用超声波传感器采集所述工件的回波数据，将所述回波数据从三维数组转换成二维工件图像；

根据所述二维工件图像，识别出所述工件存在的缺陷区域以及缺陷尺寸；根据所述缺陷尺寸对所述工件进行质量分类；

其中，二维工件图像的转换过程包括：

从所述三维数组中选取待检测区域D，记所述待检测区域D内的数据点坐标为(x,y,z)，x，y分别表示待检测区域D内点的长度、宽度，z表示回波强度；再判断所述数据点坐标(x,y,z)的有效性，若是有效数据，则进行转换，否则，不转换；

计算所述数据点坐标(x,y,z)中每个参数的最大值max和最小值min，并根据公式gray(x,y)＝255*(y*width+x)/(max-min)分别计算出每个点的灰度值形成二维工件图像，其中，width表示待检测区域D的总宽度；

将所述二维工件图像以字节形式进行保存。

进一步的，对所述工件进行质量分类包括：

从所述二维工件图像中截取出工件所在的区域A，以所述工件的左上角为原点建立坐标系；

将所述区域A等间隔划分成多个子区域A₁～A_n；

计算所述子区域中相邻像素点之间的灰度差值，筛选出灰度差值属于阈值范围s内的区域B，并且所述区域B包含的像素数量超过20，对所述区域B进行最小矩形换算，并计算出所述最小矩形的长度值和宽度值；

计算所述区域B的面积，根据所述面积的大小将所述工件分成良品、风险品、不良品。

本发明的有益效果是，

(1)能够一次性对多个工件进行检测，并且，多个机械手之间循环进行，能够将传输和检测之间进行无缝衔接，有效提升检测速度，提高检测效率；

(2)通过机械手代替常规的夹具，能够实现对工件特定角度的检测，防止漏检；

(3)通过算法对超声检测结果进行处理，能够提高检测结果的一致性和准确率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的检测设备的结构示意图。

图2是本发明的检测设备的俯视图。

图3是本发明的第一机械手组件的结构示意图。

图4是本发明的拾取模块的结构示意图。

图5是本发明的拾取单元的结构示意图。

图6是本发明的上料输送组件的俯视图。

图7是本发明的上料输送组件的立体图。

图8是本发明的超声检测机构的俯视图。

图9是本发明的超声检测的轨迹示意图。

图10是本发明的第二机械手组件的结构示意图。

图11是本发明的超声波采集图像的示意图。

图12是本发明的二维工件图像的示意图。

图中：1、底座；2、上料机构；3、超声检测机构；4、机械手机构；5、下料机构；21、上料输送组件；211、上料底板；212、上料滑动模块；213、上料放置板；214、上料驱动模块；2121、上料滑轨；2122、上料滑块；2141、电机；2142、同步轮；2143、同步带；215、第一滑动板；216、第二滑动板；2131、限位柱；2151、第一限位部；2161、第二限位部；31、超声波传感器；32、超声检测箱体；33、安装座；41、第一机械手组件；42、第二机械手组件；411、第一机械手本体；412、第一连接块；413、第一安装板；414、拾取模块；421、第二机械手本体；422、第二连接块；423、视觉机构；4141、拾取固定块；4142、拾取滑动单元；4143、第一拾取单元；4144、第二拾取单元；4145、拾取驱动件；41421、拾取滑轨；41422、拾取滑块；41431、第一拾取连接块；41432、第一支撑块；41433、第一支撑条；41434、第一拾取件；41435、第一拾取连接部；41436、第一拾取夹紧部；41437、拾取限位部；41438、连接件；51、第一下料输送组件；52、第二下料输送组件；511、第一传送带；512、第一传送驱动模块；521、第二传送带；522、第二传送驱动模块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图10所示，本发明的工件内部缺陷的检测设备，包括：底座1、上料机构2、超声检测机构3、机械手机构4和下料机构5，上料机构2安装在底座1上，用于输送工件；超声检测机构3安装在底座1上，用于检测工件；机械手机构4安装在底座1上，用于从上料机构2中拾取工件并放置到超声检测机构3内进行检测；下料机构5安装在底座1上，当工件检测完成后，机械手机构4将工件放到下料机构5上进行下料。

需要说明的是，上料机构2、超声检测机构3、机械手机构4、下料机构5均与工控机连接。本发明通过机械手机构4自动拾取工件放置到超声检测机构3内进行检测，超声检测机构3可以将检测结果发送给工控机，检测完后，机械手机构4将工件移动至下料机构5上进行下料。由此，可以实现对工件的自动化检测，减少人工参与带来的检测误差，不仅可以提高检测结果的一致性，还能够显著提高检测效率。

需要说明的是，本发明所说的工件例如是手机的环形金属边框，金属边框采用钢和铝焊接形成。在焊接过程中，有一定概率会存在空鼓，未焊实等问题，而这些问题是肉眼无法分辨出来的。

例如，机械手机构4包括：两个第一机械手组件41和第二机械手组件42，两个第一机械手组件41分别位于超声检测机构3的前、后两侧，第二机械手组件42位于超声检测机构3靠近下料机构5的一侧。上料机构2包括两个上料输送组件21，两个上料输送组件21分别位于超声检测机构3的前、后两侧，一第一机械手组件41能够从一上料输送组件21上拾取工件，另一第一机械手组件41能够从另一上料输送组件21上拾取工件。下料机构5包括：两个第一下料输送组件51和第二下料输送组件52，第二下料输送组件52位于两个第一下料输送组件51之间，第一机械手组件41能够将检测完的工件放置到第一下料输送组件51上，第二机械手组件42能够从第一下料输送组件51上拾取不良工件放置到第二下料输送组件52上。

换言之，检测设备的整体布局为：两个上料输送组件21位于底座1的左侧区域，两个第一下料输送组件51和第二下料输送组件52位于底座1的右侧区域，超声检测机构3位于底座1的中部区域，两个第一机械手组件41和第二机械手组件42位于超声检测机构3的周围。这样，能够提升底座1整体的利用率，提高空间的紧凑性，从而可以缩小检测设备整体的尺寸，有利于节约成本。并且，本发明通过对上料机构2、机械手机构4、下料机构5的改进，能够实现工件传输和工件检测无缝衔接，显著提高检测效率。

例如，两个上料输送组件21同时上料，两个第一机械手组件41同时分别从两个上料输送组件21上拾取工件，第一个第一机械手组件41先将工件送入超声检测机构3内进行检测，检测完成后，第一个第一机械手组件41先将工件移出超声检测机构3，此时，第二个第一机械手组件41将工件送入超声检测机构3内进行检测。此时，第一个第一机械手组件41将检测完的工件放置到第一个第一下料输送组件51上，然后继续从上料输送组件21上拾取工件。检测完成后，第二个第一机械手组件41将工件移出超声检测机构3并放置到第二个第一下料输送组件51上，然后继续从上料输送组件21上拾取工件。以此继续循环，可以提升工件上料、工件检测、工件下料的整体工作效率，实现输送和检测的无缝衔接。第二机械手组件42可以从两个第一下料输送组件51上拾取不良工件放置到第二下料输送组件52上，以此实现对工件检测结果的快速分类(良品/不良品/风险产品)。

具体的，第一机械手组件41包括：第一机械手本体411、第一连接块412、第一安装板413和多个拾取模块414，第一机械手本体411一端安装在底座1上，第一连接块412与第一机械手本体411相连接，第一安装板413与第一连接块412相连接，多个拾取模块414与第一安装板413相连接，拾取模块414用于拾取工件。第一机械手本体411的马达输出端与第一连接块412连接，通过第一机械手本体411可以带动拾取模块414全方位移动，并且，第一机械手本体411还能够带动第一连接块412、第一安装板413旋转。一个拾取模块414可以拾取一个工件。在本发明中，拾取模块414的数量例如是四个，即，第一机械手组件41可以同时拾取四个工件进行检测。第一安装板413例如是矩形，第一安装板413的两侧均设置两个拾取模块414。

例如，拾取模块414包括：拾取固定块4141、拾取滑动单元4142、第一拾取单元4143、第二拾取单元4144及拾取驱动件4145，拾取固定块4141与第一安装板413固定连接，拾取滑动单元4142安装在拾取固定块4141上，第一拾取单元4143、第二拾取单元4144均与拾取滑动单元4142相连接，拾取驱动件4145的顶端与拾取固定块4141连接，拾取驱动件4145的底端同时与第一拾取单元4143、第二拾取单元4144连接，拾取驱动件4145能够驱动第一拾取单元4143、第二拾取单元4144夹紧或松开工件。需要说明的是，拾取滑动单元4142包括拾取滑轨41421和两个拾取滑块41422，两个拾取滑块41422均与拾取滑轨41421滑动连接，第一拾取单元4143与一个拾取滑块41422连接，第二拾取单元4144与另一个拾取滑块41422连接。拾取驱动件4145例如是夹爪气缸，拾取驱动件4145的两个夹爪分别与第一拾取单元4143、第二拾取单元4144连接。当拾取驱动件4145的两个夹爪相互远离时，可以带动第一拾取单元4143、第二拾取单元4144沿拾取滑轨41421滑动实现远离，从而将工件夹紧。当拾取驱动件4145的两个夹爪相互靠近时，可以带动第一拾取单元4143、第二拾取单元4144沿拾取滑轨41421滑动实现靠近，从而将工件松开。拾取滑动单元4142能够提高第一拾取单元4143、第二拾取单元4144在移动时的稳定性。

第一拾取单元4143的结构与第二拾取单元4144的结构相同，此处以第一拾取单元4143为例进行具体说明。

第一拾取单元4143包括：第一拾取连接块41431、第一支撑块41432、第一支撑条41433和两个第一拾取件41434，第一拾取连接块41431与拾取滑动单元4142连接，第一支撑块41432与第一拾取连接块41431连接，拾取驱动件4145与第一拾取连接块41431连接，第一支撑条41433与第一支撑块41432连接，两个第一拾取件41434的顶端分别固定在第一支撑条41433的两端。第一拾取件41434包括：第一拾取连接部41435和第一拾取夹紧部41436，第一拾取连接部41435的顶端与第一支撑条41433固定连接，第一拾取连接部41435的底端与第一拾取夹紧部41436连接，第一拾取夹紧部41436上设有拾取限位部41437。需要说明的是，第一拾取连接块41431与拾取滑块41422相连接，拾取驱动件4145的一夹爪通过连接件41438与第一拾取连接块41431连接，由此，通过第一拾取连接块41431可以将拾取驱动件4145的动作与第一支撑块41432的移动关联起来，实现对工件的夹紧/松开。拾取限位部41437能够增大与工件的接触面积，提高对工件拾取的稳定性。

当需要拾取工件时，拾取驱动件4145带动第一拾取单元4143的结构与第二拾取单元4144相互靠近，使得第一拾取单元4143和第二拾取单元4144的拾取件均位于工件的内圈，然后，拾取驱动件4145带动第一拾取单元4143的结构与第二拾取单元4144相互远离，直至四个限位部与工件的内表面相抵接，实现对工件的夹紧拾取。需要说明的是，与常规的夹取方式(即，夹爪相互靠近时夹紧工件，夹爪相互远离时松开工件)不同，在本发明中，当拾取驱动件4145的夹爪相互远离时，夹紧工件；夹爪相互靠近时，松开工件。这样设计的目的是：1)为了提高检测效率，本发明的第一机械手组件41可以同时拾取多个工件，如果本发明采用常规的夹取方式，那么在初始状态时，拾取件需要先位于工件的外圈外，然后再相互靠近夹紧工件，这会导致拾取模块414占用的面积会增大，多个拾取模块414更会成倍的增加占用面积；而采用本发明的夹取方式，在初始状态时，夹爪之间的距离做到最小也不会影响夹取工件，可以显著减小占用的面积，从而提高检测设备整体的空间利用率和紧凑性；2)从内圈夹取工件不会干扰超声检测检测机构3对工件进行检测，如果拾取件与工件外圈接触，那么也会占用外圈的一部分面积，影响检测效果。

上料输送组件21包括：上料底板211、上料滑动模块212、上料放置板213及上料驱动模块214，上料底板211安装在底座1上，上料滑动模块212安装在上料底板211上，上料放置板213与上料滑动模块212相连接，上料驱动模块214与上料放置板213相连接，上料驱动模块214能够带动上料放置板213沿上料滑动模块212移动。需要说明的是，上料滑动模块212包括两个上料滑轨2121，两个上料滑轨2121分别设置在上料底板211相对的两侧，每个上料滑轨2121上设置有多个上料滑块2122，上料滑块2122与上料滑轨2121之间滑动连接。上料放置板213的两侧均与上料滑块2122连接。上料驱动模块214包括：电机2141、同步轮2142和同步带2143，同步带2143套设在同步轮2142上，在电机2141与同步轮2142传动连接，在电机2141的驱动下，同步带2143可以沿上料滑轨2121所在的方向移动，同步带2143上设置有连接件，该连接件与上料放置板213的一侧固定连接，由此，当同步带2143移动时可以带动上料放置板213沿上料滑轨2121向靠近超声检测机构3的方向移动；当电机2141反转时可以改变同步带2143的移动方向，从而带动上料放置板213回到初始位置。由此，可以实现工件的输送。

需要说明的是，上料底板211和上料放置板213之间还设有第一滑动板215和第二滑动板216，上料放置板213上设有多个限位柱2131，第一滑动板215上设有第一限位部2151，第二滑动板216上设有第二限位部2161，第一限位部2151、第二限位部2161均贯穿上料放置板213。例如，上料放置板213开设有用于第一限位部2151、第二限位部2161穿过的腰形孔，第一滑动板215和第二滑动板216分别与两个气缸(图中未示出)连接，一气缸能够带动第一滑动板215沿平行于上料滑轨2121的方向移动，另一气缸能够带动第二滑动板216沿垂直于上料滑轨2121的方向移动移动。当工件放置到上料放置板213上时，首先将工件的两侧与限位柱2131抵靠，然后启动气缸，带动第一限位部2151、第二限位部2161抵住工件的另外两侧，这样，能够防止工件在输送过程中发生移位或者掉落。

例如，上料输送组件21的上方设有扫码枪(图中未示出)，能够扫描工件上的二维码并发送给工控机，从将超声检测结果与工件一一对应起来。

超声检测机构3包括多个超声波传感器31、超声检测箱体32以及安装座33，超声检测箱体32嵌设在底座1上，超声检测箱体32的底面低于底座1的上表面，安装座33固定在超声检测箱体32的底面，超声波传感器31安装在安装座33上。例如，超声波传感器31的数量为四个，两两为一组。当第一机械手组件41带着四个工件进入超声检测箱体32内时，一组超声波传感器31对第一安装板413一侧的两个工件进行检测，另一组超声波传感器31对第一安装板413另一侧的两个工件进行检测。由此可以实现一次性对四个工件进行检测，进一步提升检测效率。

需要说明的是，当工件刚进入超声检测箱体32内时，工件的长度方向与超声检测箱体32的长度方向保持平行，首先，第一机械手组件41带着四个工件平行通过超声波传感器31的检测区域，然后，将工件进行旋转使得工件长度方向与超声检测箱体32长度方向形成10°的夹角再次通过超声波传感器31的检测区域，检测完成后，第一机械手组件41将四个工件移出超声检测箱体32。这样，能够对工件进行全方位的检测，发现平行于焊缝或夹角小于10°的一些缺陷，防止漏检。换言之，本发明的机械手组件具有两个作用：一是实现自动化检测，二是能够实现对工件在特定角度的偏移，防止漏检。

需要说明的是，第一下料输送组件51包括第一传送带511和第一传送驱动模块512，第一传送驱动模块512能够带动第一传送带511移动。第二下料输送组件52包括：第二传送带521和第二传送驱动模块522，第二传送驱动模块522能够带动第二传送带521移动。例如，第一传送带511采用绿色，第二传送带521采用红色，这样，通过颜色可以快速区分工件的检测结果。

例如，第二机械手组件42包括第二机械手本体421、第二连接块422、一个拾取模块414以及视觉机构423，第二机械手本体421的一端与底座1连接，第二机械手本体421的另一端(即马达输出端)与第二连接块422，第二连接块422与拾取模块414连接，视觉机构423固定在拾取模块414的一侧，视觉机构423的拍摄方向朝下。超声检测机构3将检测结果发送给工控机后，工控机可以对工件质量进行分类。工控机可以发送指令给第二机械手组件42，带动视觉机构423对第一下料输送组件51上的工件进行拍照，视觉机构423将拍摄的图像发送给工控机，工控机根据质量分类结果定位不良工件所在的位置，并控制第二机械手组件42将不良工件从第一下料输送组件51上拾取至第二下料输送组件52上。

本发明的检测设备，通过结构的改进，一方面，能够实现对工件的自动化检测，工件传输和检测之间的做到无缝衔接，显著提高检测效率，本发明的检测设备的检测速度可以达到1.1s/pcs，与现有技术相比，出货量提升了10倍，并且，检测后的产品不需要准备额外的区域停滞，节省了车间的使用空间；另一方面，能够实现0％的漏检率，极大的改善了出货品质，减少了60％的品控人力资源。

本发明还提供了一种工件内部缺陷的检测方法，该检测方法上述的采用检测设备。该检测方法包括以下步骤：S1：工作人员将多个工件放置在上料机构2上，通过机械手机构4将工件拾取并放入超声检测机构3内进行检测；S2：检测完成后，机械手机构4将工件放置到下料机构5上进行分类下料。对工件的检测过程包括：利用超声波传感器31采集工件的回波数据，将回波数据从三维数组转换成二维工件图像；根据二维工件图像，识别出工件存在的缺陷区域以及缺陷尺寸；根据缺陷尺寸对工件进行质量分类。

需要说明的是，如果工件在焊接时有地方未焊接好，那么超声波传感器31采集的回波数据在缺陷处的强度比正常的位置要高(如图11所示，颜色越深表示回波强度越高)。但是直接对回波数据进行处理，无法快速区分出工件的焊接质量。因此，本发明将回波数据转换成二维工件图像，转换后的图像如图12所示，从二维工件图像中可以看出，有一些位置是特别亮的，这些位置即为可能的缺陷位置。本申请将回波数据转换成二维工件图像后，可以通过算法处理自动获取缺陷区域，从而进行分类，能够提高检测结果的一致性和检测速度。

例如，二维工件图像的转换过程包括：从三维数组中选取待检测区域D，记待检测区域D内的数据点坐标为(x,y,z)，x，y分别表示待检测区域D内点的长度、宽度，z表示回波强度；再判断数据点坐标(x,y,z)的有效性，若是有效数据，则进行转换，否则，不转换；计算数据点坐标(x,y,z)中每个参数的最大值max和最小值min，并根据公式gray(x,y)＝255*(y*width+x)/(max-min)分别计算出每个点的灰度值形成二维工件图像，其中，width表示待检测区域D的总宽度；将二维工件图像以字节形式进行保存。

获取二维工件图像后，对工件进行质量分类包括：从二维工件图像中截取出工件所在的区域A，以工件的左上角为原点建立坐标系；将区域A等间隔划分成多个子区域A₁～A_n；计算子区域中相邻像素点之间的灰度差值，筛选出灰度差值属于阈值范围s内的区域B，并且区域B包含的像素数量超过20，对区域B进行最小矩形换算，并计算出最小矩形的长度值和宽度值；计算区域B的面积，根据面积的大小将工件分成良品、风险品、不良品。

需要说明的是，转换后的二维工件图像包括背景区域和工件区域，为了减少检测的运算量，首先从二维工件图像中截取出工件所在的区域A。根据灰度值≤120抓取工件的上边界与左边界，设上边界与左边界的交点O为原点构建坐标系，将区域A选取出来。然后将区域A等分为四个区域A₁～A₄，记坐标点(0,0)、(400,35)构建的矩形为区域A₁，记坐标点(401,0)、(800,35)构建的矩形为区域A₂，记坐标点(801,0)、(1200,35)构建的矩形为区域A₃，记坐标点(1201,0)、(1600,35)构建的矩形为区域A₄。划分区域的目的是便于根据分类结构了解工件的哪个区域内焊接最容易出现不良，从而可以对焊接工艺进行改进，提升后续的良品率。然后，计算每个子区域中相邻像素点之间的灰度差值，筛选出灰度差值属于阈值范围s(例如，s＝2～20，当灰度差值超过20时，认为该区域属于工件自身的镂空处，需要排除，阈值范围最小值设置2是为了排除像素灰度自身波动的影响)内的区域B，此时，当区域B内的像素点数量超过20时，认为是缺陷区域，再对所述区域B进行最小矩形换算，并计算出所述最小矩形的长度值和宽度值；计算所述区域B的面积，若面积≤0.05mm，则记为良品；若0.05mm＜面积＜0.08mm，则记为风险产品；若面积≥0.08mm，则记为不良品。

由此，通过算法自动识别工件所在的缺陷区域以及缺陷的大小，能够提高检测结果的一致性和准确率，本发明对同一工件进行重复性检测的结果偏差小于3％，能够有效防止上下游之间对检测结果的判定不一致。

综上所述，与现有技术相比，本发明的工件内部缺陷的检测设备、检测方法至少具有以下优点：(1)能够一次性对多个工件进行检测，并且，多个机械手之间循环进行，能够将传输和检测之间进行无缝衔接，有效提升检测速度，提高检测效率；(2)通过机械手代替常规的夹具，能够实现对工件特定角度的检测，防止漏检；(3)通过算法对超声检测结果进行处理，能够提高检测结果的一致性和准确率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (13)

1.一种工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，包括：

底座(1)，以及

上料机构(2)，其安装在所述底座(1)上，用于输送工件；

超声检测机构(3)，其安装在所述底座(1)上，用于检测工件；

机械手机构(4)，其安装在所述底座(1)上，用于从所述上料机构(2)中拾取所述工件并放置到所述超声检测机构(3)内进行检测；

下料机构(5)，其安装在所述底座(1)上，当所述工件检测完成后，所述机械手机构(4)将所述工件放到所述下料机构(5)上进行下料。

2.如权利要求1所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述机械手机构(4)包括：两个第一机械手组件(41)和第二机械手组件(42)，两个所述第一机械手组件(41分别位于所述超声检测机构(3)的前、后两侧，所述第二机械手组件(42)位于所述超声检测机构(3)靠近所述下料机构(5)的一侧。

3.如权利要求2所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述上料机构(2)包括两个上料输送组件(21)，两个所述上料输送组件(21)分别位于所述超声检测机构(3)的前、后两侧，一所述第一机械手组件(41)能够从一所述上料输送组件(21)上拾取工件，另一所述第一机械手组件(41)能够从另一所述上料输送组件(21)上拾取工件。

4.如权利要求2所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述下料机构(5)包括：两个第一下料输送组件(51)和第二下料输送组件(52)，所述第二下料输送组件(52)位于两个所述第一下料输送组件(51)之间，所述第一机械手组件(41)能够将检测完的工件放置到所述第一下料输送组件(51)上，所述第二机械手组件(42)能够从所述第一下料输送组件(51)上拾取不良工件放置到所述第二下料输送组件(52)上。

5.如权利要求2所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述第一机械手组件(41)包括：

第一机械手本体(411)，其一端安装在所述底座(1)上；

第一连接块(412)，其与所述第一机械手本体(411)相连接；

第一安装板(413)，其与所述第一连接块(412)相连接；

多个拾取模块(414)，多个所述拾取模块(414)与所述第一安装板(413)相连接，所述拾取模块(414)用于拾取工件。

6.如权利要求5所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述拾取模块(414)包括：

拾取固定块(4141)，其与所述第一安装板(413)固定连接；

拾取滑动单元(4142)，其安装在所述拾取固定块(4141)上；

第一拾取单元(4143)，其与所述拾取滑动单元(4142)相连接；

第二拾取单元(4144)，其与所述拾取滑动单元(4142)相连接；

拾取驱动件(4145)，所述拾取驱动件(4145)的顶端与所述拾取固定块(4141)连接，所述拾取驱动件(4145)的底端同时与所述第一拾取单元(4143)、第二拾取单元(4144)连接，所述拾取驱动件(4145)能够驱动所述第一拾取单元(4143)、第二拾取单元(4144)夹紧或松开所述工件。

7.如权利要求6所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述第一拾取单元(4143)包括：第一拾取连接块(41431)、第一支撑块(41432)、第一支撑条(41433)和两个第一拾取件(41434)，所述第一拾取连接块(41431)与所述拾取滑动单元(4142)连接，所述第一支撑块(41432)与所述第一拾取连接块(41431)连接，所述拾取驱动件(4145)与所述第一拾取连接块(41431)连接，所述第一支撑条(41433)与所述第一支撑块(41432)连接，两个所述第一拾取件(41434)的顶端分别固定在所述第一支撑条(41433)的两端。

8.如权利要求7所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述第一拾取件(41434)包括：第一拾取连接部(41435)和第一拾取夹紧部(41436)，所述第一拾取连接部(41435)的顶端与所述第一支撑条(41433)固定连接，所述第一拾取连接部(41435)的底端与所述第一拾取夹紧部(41436)连接，所述第一拾取夹紧部(41436)上设有拾取限位部(41437)。

9.如权利要求3所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述上料输送组件(21)包括：

上料底板(211)，其安装在所述底座(1)上；

上料滑动模块(212)，其安装在所述上料底板(211)上；

上料放置板(213)，其与所述上料滑动模块(212)相连接；

上料驱动模块(214)，其与所述上料放置板(213)相连接，所述上料驱动模块(214)能够带动所述上料放置板(213)沿所述上料滑动模块(212)移动。

10.如权利要求9所述的工件内部缺陷的检测设备，其特征在于，所述上料底板(211)和所述上料放置板(213)之间还设有第一滑动板(215)和第二滑动板(216)，所述上料放置板(213)上设有多个限位柱(2131)，所述第一滑动板(215)上设有第一限位部(2151)，所述第二滑动板(216)上设有第二限位部(2161)，所述第一限位部(5151)、第二限位部(2161)均贯穿所述上料放置板(213)。

11.一种工件内部缺陷的检测方法，其特征在于，采用如权利要求1～10任一项所述的检测设备，所述检测方法包括以下步骤：

S1：工作人员将多个工件放置在上料机构(2)上，通过机械手机构(4)将所述工件拾取并放入超声检测机构(3)内进行检测；

S2：检测完成后，所述机械手机构(4)将所述工件放置到下料机构(5)上进行分类下料。

12.如权利要求11所述的检测方法，其特征在于，对所述工件的检测过程包括：

利用超声波传感器(31)采集所述工件的回波数据，将所述回波数据从三维数组转换成二维工件图像；

根据所述二维工件图像，识别出所述工件存在的缺陷区域以及缺陷尺寸；根据所述缺陷尺寸对所述工件进行质量分类；

其中，二维工件图像的转换过程包括：

从所述三维数组中选取待检测区域D，记所述待检测区域D内的数据点坐标为(x,y,z)，x，y分别表示待检测区域D内点的长度、宽度，z表示回波强度；再判断所述数据点坐标(x,y,z)的有效性，若是有效数据，则进行转换，否则，不转换；

计算所述数据点坐标(x,y,z)中每个参数的最大值max和最小值min，并根据公式gray(x,y)＝255*(y*width+x)/(max-min)分别计算出每个点的灰度值形成二维工件图像，其中，width表示待检测区域D的总宽度；

将所述二维工件图像以字节形式进行保存。

13.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，对所述工件进行质量分类包括：

从所述二维工件图像中截取出工件所在的区域A，以所述工件的左上角为原点建立坐标系；

将所述区域A等间隔划分成多个子区域A₁～A_n；

计算所述子区域中相邻像素点之间的灰度差值，筛选出灰度差值属于阈值范围s内的区域B，并且所述区域B包含的像素数量超过20，对所述区域B进行最小矩形换算，并计算出所述最小矩形的长度值和宽度值；

计算所述区域B的面积，根据所述面积的大小将所述工件分成良品、风险品、不良品。