CN211178438U - 基于机器视觉防错的光学自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于机器视觉防错的光学自动测量装置，成本较低、易于实现，且具有普适性。基于机器视觉防错的光学自动测量装置包括工业PLC、工业机器人、机器人控制器、光学测头、光学测头控制器和测量工作台，还包括工业相机系统，其包括工业相机和图像处理控制单元，工业相机用于采集图像，图像处理控制单元用于处理及分析工业相机采集的图像并输出分析结果至工业PLC。本实用新型采用工业相机系统机器视觉防错，工业相机检测范围大，零件特征识别准确，识别算法成熟稳定，对于零件防错具有普适性，从而降低了防错成本，提高自动化程度；本实用新型稳定性强，具有近乎100%的识别率，安全系数高。

Description

基于机器视觉防错的光学自动测量装置

技术领域

本实用新型属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于机器视觉防错和自动的光学自动测量装置。

背景技术

伴随科技的进步，光学自动测量系统已登上时代的舞台，其较传统CMM测量具有测量效率高、非接触、不受振动及环境影响、自动化程度高等特点，备受当代工业自动化测量的青睐。而随着近年光学自动测量的不断发展壮大，使用者对其系统稳定性、安全性、智能性提出了更高的要求，而光学测量产品属高精密昂贵产品，光学自动测量系统一般将光学测量产品搭载工业机器人、导轨等使用，如果操作员操作不当（例如放错零件或调错自动测量程序），会导致撞机，损失惨重。

当前市场上光学自动测量系统防错主要有以下几种方式：

人工防错：通过技术规范约束操作人员，对错完全依赖操作人员，属人工防错，出错几率较高，不可控；

扫码枪、RFID开环半自动防错：该技术将编码片或者RFID芯片与测量支架一一对应，通过扫描测量支架上的编码片或识别RFID芯片携带信息来自动调用相应的程序，但是实际应用中测量支架造价高，一种测量支架往往对应多个零件，单纯靠识别测量支架来进行防错显然属于开环控制，并不能保证支架上零件与程序的一一对应，还是有撞机的风险，只是风险相较人工防错有所降低，而对所有零件加装区别元件，成本昂贵，造成零件报废，得不偿失；

测量支架加装定制传感器：该技术通过支架上加装接近开关、光纤传感器、激光传感器等检测元件，实现对不同零件的区分，测量支架兼容的零件数量越多，对应所需的传感器也越多，会造成成本增加同时会增加支架结构和布线的复杂性，属定制开发，不具普适性，再者接近开关、光纤传感器、激光传感器等所能检测和识别的特征微乎其微，并不能精确的判定待测零件的位置是否正确。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于机器视觉防错的光学自动测量装置，成本较低、易于实现，且具有普适性。

为达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案是，

一种基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其包括工业PLC、工业机器人、机器人控制器、光学测头、光学测头控制器和用于放置待测零件的测量工作台，所述工业机器人与所述机器人控制器通信连接，所述光学测头安装在所述工业机器人的机械臂末端并与所述光学测头控制器通信连接；其特征在于，所述光学自动测量装置还包括：

工业相机系统，其包括工业相机和与所述工业相机通信连接的图像处理控制单元，所述工业相机用于采集图像，所述图像处理控制单元用于处理及分析所述工业相机采集的图像并输出分析结果至所述工业PLC；

所述机器人控制器、所述光学测头控制器、所述图像处理控制单元及所述工业PLC互联通信。

所述工业相机安装在所述工业机器人的机械臂末端。

所述工业机器人为六轴机器人，所述工业相机安装在所述工业机器人的六轴法兰周向侧面上。

所述基于机器视觉防错的光学自动测量装置还包括导轨，所述导轨包括固定在工业测量现场的基面上的导轨本体和与所述导轨本体滑动配合的机器人抬升座，所述工业机器人固定在所述机器人抬升座上，所述机器人抬升座可在所述机器人控制器的动作控制程序控制下沿着所述导轨本体移动。

所述工业相机的数量至少为一个，工业测量现场的基面上固定有与所述工业相机一一对应的固定支架，所述工业相机对应安装在所述固定支架上。

所述工业相机安装在所述固定支架的顶端，当所述固定支架为多个时，多个所述固定支架高度不等。

所述工业相机的数量至少为一个，工业测量现场的基面上固定有固定支架，所述工业机器人和所述固定支架的总数不少于所述工业相机的数量，其中一部分所述工业相机安装在所述工业机器人的机械臂末端上，另一部分所述工业相机安装在所述固定支架上。

所述测量工作台为测量转台或固定式的测量平台。

所述测量工作台的个数为一个或多个，当其为所述测量转台时，可配置有至少一条自动料线。

所述工业相机为CCD或者CMOS相机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和积极效果：

1、本实用新型采用工业相机系统进行机器视觉防错，工业PLC对工业相机分析结果进行逻辑处理后统筹工业机器人与光学测头动作逻辑以实现视觉防错功能，工业相机检测范围大，零件特征识别准确，识别算法成熟稳定，对于零件防错具有普适性，从而降低了防错成本；

2、本实用新型自动化程度高，稳定性强，具有近乎100%的识别率，安全系数高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型基于机器视觉防错的光学自动测量装置的立体结构示意图；

图2为图1中A部结构放大图；

图3为本实用新型最佳实施例中基于机器视觉防错的光学自动测量装置的工作原理流程图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参照图1至图3，本实施例一种基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其包括工业PLC1、工业机器人2、机器人控制器3、光学测头4、光学测头控制器5和用于放置待测零件的测量工作台6，具体地，测量工作台6上设置有工件支架7用以定位待测零件。工业机器人2与机器人控制器3通信连接，使得机器人控制器3实现对工业机器人2的动作控制；光学测头4安装在工业机器人2的机械臂末端，工业机器人2搭载光学测头4，到达指定的测量位置进行测量，一个测量位置完成后，工业机器人2 移动光学测头4至下一个测量位置，在此过程中，测量路径可通过工业机器人2 的自动化编程实现，光学测头4与光学测头控制器5通信连接，光学测头控制器5对光学测头4的测量进行控制。

与现有技术不同的是，本实施例光学自动测量装置还包括工业相机系统，其包括工业相机8-1和与工业相机8-1通信连接的图像处理控制单元8-2。其中，工业相机8-1用于采集待测零件图像，用于处理及分析工业相机8-1采集的图像并输出分析结果至工业PLC1，由工业PLC1做出相应逻辑响应；

其中，机器人控制器3、光学测头控制器5、图像处理控制单元8-2及工业PLC1通过工业以太网（比如Profinet）或现场总线实现互联通信，如图3所示。

作为一种具体的实施方式，本实施例中机器人控制器3、光学测头控制器5及图像处理控制单元8-2均分别与工业PLC1通信连接，即机器人控制器3与工业PLC1通信连接，光学测头控制器5与工业PLC1通信连接，图像处理控制单元8-2与工业PLC1通信连接。具体地，工业相机系统采用目前市场成熟产品，比如CCD相机系统或CMOS相机系统及其他能够通过物体图像（外形，色差，特殊特征等）对工件进行识别区分的相机单元，并根据应用场合精心选型，通过调整工业相机8-1与待测零件9的距离及角度，设置相机拍照参数，编写相机识别零件程序，完成零件视觉识别功能。工业PLC1连接光学测头控制器5和机器人控制器3实现信号交互，自动测量过程中通过机器人控制器3传递回来的到位测量信号，调用相应触发测量程序并发送信号至光学测头控制器5，以控制光学测头4开始测量。

在工业机器人2搭载光学测头4对待测零件9进行测量之前，先由工业相机8-1对待测零件9进行拍照采集并存储照片图像，并经图像处理控制单元8-2对工业相机8-1采集图像进行处理和分析，对待测零件9进行识别，以判断当前待测零件9是否与光学自动测量装置当前所调用的自动测量程序对应，以避免测量工作台6上放错零件或者调错自动测量程序，并将分析结果发送至工业PLC1，由工业PLC1控制光学自动测量装置下步动作。若当前待测零件9与光学自动测量装置当前所调用的自动测量程序一致，则工业PLC1发送信号至机器人控制器3，机器人控制器3控制工业机器人2执行下一步机器人路径开始测量程序，若不一致则工业PLC1发送信号至机器人控制器3，机器人控制器3控制工业机器人2停机，进行故障处理或者工业相机获取拍照指令，采集图像，然后由图像处理控制单元8-2对图像进行处理，识别出零件信息，传递信号至光学测头控制器调用对应该零件的测量程序。

对于待测零件9较多，且区分难度大的工位，工业相机8-1优选安装在工业机器人2的机械臂末端，如图1和图2所示。以工业机器人2为六轴机器人为例，工业相机8-1安装在工业机器人2的六轴法兰2-1的周向侧面上，具体可在六轴法兰上增设一结构件，比如卡箍等来固定工业相机8-1，光学测头4也安装在六轴法兰2-1的轴向方向上，其安装形式同现有技术。工业机器人2在搭载光学测头4的同时也搭载工业相机8-1，实现工业相机8-1与待测零件9的距离及角度控制，锁定拍照姿态，并在自动运行中实现工业相机8-1自动移动和与工业PLC1逻辑交互。工业相机8-1搭载于工业机器人2具有高柔性和高自由度，能够实现工业相机8-1与待测零件9距离和角度的轻松快速调节，几乎适用所有检测零件及环境，大幅提升检测成功率，且高效、安全、智能。

其中工业机器人2可以是安装在固定底座上的工业机器人，其本身不能移动，或者是可移动机器人。优选地，为满足大尺寸零件或多工位测量的防错及测量要求，扩大测量范围，提高自动化测量程度，如图1所示，本实施例基于机器视觉防错的光学自动测量装置还包括导轨10，导轨10包括固定在工业测量现场的基面上的导轨本体10-1和与导轨本体10-1滑动配合的机器人抬升座10-2，即机器人抬升座10-2可沿导轨本体10-1滑动，工业机器人2固定在机器人抬升座10-2上，机器人抬升座10-2在机器人控制器3的动作控制程序控制下在导轨本体10-2上自动移动，机器人抬升座10-2作为工业机器人的第七轴带动工业机器人2整体移动，从而满足大尺寸零件多角度的测量和图像采集，或者是多工位测量的防错及测量要求。

作为另外一种具体实施方式，对于待测零件9较少，区分难度不大的工位，工业相机8-1可采用固定工位测量，此时工业相机8-1的数量至少为一个，可在工业测量现场的基面上固定有与工业相机8-1一一对应的固定支架11，工业相机8-1可对应安装在固定支架11上。即工业相机8-1在工位内固定式安装，必要时通过设置多处固定支架11，将多个工业相机8-1一一对应设置在各固定支架11上，由多个工业相机8-1在不同的固定工位进行图像采集，采集的图像共同由图像处理控制单元处理后发送至工业PLC1，也能满足防错要求。

进一步地，工业相机8-1安装在固定支架11的顶端，当固定支架11为多个时，多个固定支架11高度不等，从而使得工业相机8-1相对待测零件9拍照角度和距离不等，实现多角度图像采集。

对于工业相机8-1的数量为多个的情况，可采用工业机器人2和固定支架11组合的方式搭载工业相机8-1，此时的工业机器人2和固定支架11总数不少于工业相机8-1的数量，其中一部分工业相机8-1安装在工业机器人2的机械臂末端上，另一部分工业相机8-1安装在固定支架11上，工业机器人2和固定支架11的数量可多个，根据具体的测量工况具体配置工业机器人2和固定支架11的数量及其设置位置。

对于测量工作台6，其数量可以为一个或多个，实现多工位测量时的零件防错，其可以为可转动的测量转台或者是固定式的测量平台。测量转台可以是独立转台，或是配置有至少一条自动料线的转台料线组合形式等，本实施例对其具体形式不做具体限制。

综上所述，本实施例基于视觉防错的光学自动测量装置，工业相机8-1设置形式灵活多样，同时可搭配不同的光学测量工位，实现待测零件的柔性防错功能，实用性和通用性强。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其包括工业PLC、工业机器人、机器人控制器、光学测头、光学测头控制器和用于放置待测零件的测量工作台，所述工业机器人与所述机器人控制器通信连接，所述光学测头安装在所述工业机器人的机械臂末端并与所述光学测头控制器通信连接；其特征在于，所述光学自动测量装置还包括：

工业相机系统，其包括工业相机和与所述工业相机通信连接的图像处理控制单元，所述工业相机用于采集图像，所述图像处理控制单元用于处理及分析所述工业相机采集的图像并输出分析结果至所述工业PLC；

所述机器人控制器、所述光学测头控制器、所述图像处理控制单元及所述工业PLC互联通信。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述工业相机安装在所述工业机器人的机械臂末端。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述工业机器人为六轴机器人，所述工业相机安装在所述工业机器人的六轴法兰周向侧面上。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，所述基于机器视觉防错的光学自动测量装置还包括导轨，所述导轨包括固定在工业测量现场的基面上的导轨本体和与所述导轨本体滑动配合的机器人抬升座，所述工业机器人固定在所述机器人抬升座上，所述机器人抬升座可在所述机器人控制器的动作控制程序控制下沿着所述导轨本体移动。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述工业相机的数量至少为一个，工业测量现场的基面上固定有与所述工业相机一一对应的固定支架，所述工业相机对应安装在所述固定支架上。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述工业相机安装在所述固定支架的顶端，当所述固定支架为多个时，多个所述固定支架高度不等。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述工业相机的数量至少为一个，工业测量现场的基面上固定有固定支架，所述工业机器人和所述固定支架的总数与所述工业相机的数量相等，其中一部分所述工业相机安装在所述工业机器人的机械臂末端上，另一部分所述工业相机安装在所述固定支架上。

8.根据权利要求5所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述测量工作台为测量转台或固定式的测量平台。

9.根据权利要求8所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述测量工作台的个数为一个或多个，当其为所述测量转台时，可配置有至少一条自动料线。

10.根据权利要求1所述的基于机器视觉防错的光学自动测量装置，其特征在于，

所述工业相机为CCD或者CMOS相机。

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