CN217900756U - 一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置及自动化加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置及自动化加工系统，属于视觉检测技术领域。本实用新型的自动测量装置包括承载机构以及安装调整机构，所述的承载机构上放置有待测物，承载机构上设有工作台，工作台下方设有光源，安装调整机构上设有视觉传感器，视觉传感器的光轴与工作台的轴线相互平行，所述的安装调整机构用于对视觉传感器的位置及姿态进行调节。本实用新型不仅可以通过视觉传感器，自动获取待测物的尺寸信息，提高工作效率且精度高；还可以对视觉传感器实现四个自由度的调整，进一步保证测量的准确性。

Description

一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置及自动化加工 系统

技术领域

本实用新型属于视觉检测技术领域，更具体地说，涉及一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置及自动化加工系统。

背景技术

在机械加工领域，零件尺寸测量是零件加工过程中必不可少的环节，不管是在零件毛坯尺寸预检阶段，还是在加工尺寸合格性检测阶段，都需要对零件尺寸进行测量。但在传统加工过程中，零件尺寸的测量，多依赖人工离线的检测方式，该检测方式多为接触式测量，难以满足自动化生产的需求。随着自动化加工设备的广泛应用，加工制造过程的自动化水平越来越高，零件加工的速度、节拍越来越快，人工检测方式由于存在效率低、精度一致性差、过度依赖于检测人员的水平等问题，无法和智能化、自动化生产过程相匹配。

经检索，中国专利申请号为201610550217.9的申请案，公开了一种视觉检测装置及其视觉检测方法，该申请案通过捕获半导体器件的外部图像，来检测半导体器件的状态。但该申请案中，相机与半导体器件之间的工作距离无法调整。

实用新型内容

1、要解决的问题

针对现有对零件尺寸的测量，采用人工接触式测量的方式，导致效率低、精度差的问题，本实用新型提供了一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置及自动化加工系统。采用本实用新型的技术方案不仅可以通过视觉传感器，自动获取零件的尺寸信息，提高工作效率且精度高；还可以对视觉传感器实现四个自由度的调整，进一步保证测量的准确性。

2、技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，包括承载机构以及安装调整机构，所述的承载机构上放置有待测物，所述的承载机构上设有工作台，工作台下方设有光源，安装调整机构上设有视觉传感器，视觉传感器的光轴与工作台的轴线相互平行，所述的安装调整机构用于对视觉传感器的位置及姿态进行调节。

进一步地，所述的安装调整机构包括支撑杆以及固定于该支撑杆上的第一调节单元，该第一调节单元包括导杆、滑块以及伸缩杆，其中，滑块沿着导杆做竖直方向的往返移动，伸缩杆沿着滑块做水平方向的伸缩移动。

进一步地，所述的伸缩杆上设有第二调节单元，该第二调节单元包括微调导轨以及与该微调导轨相配合的微调滑座。

进一步地，所述的微调滑座上设有角度调节单元，视觉传感器设置在角度调节单元上，该角度调节单元包括底座、该底座上连接有第一蜗杆、第一蜗杆带动第一旋转件转动；该第一旋转件通过转接件连接第二蜗杆，第二蜗杆带动第二旋转件进行转动。

进一步地，所述的承载机构包括平台面板，该平台面板上设有支撑柱，支撑柱上安装有工作台。

进一步地，所述的光源为平板光源，该平板光源上开设有供支撑柱穿过的通孔，平板光源位于工作台与平台面板之间，且平板光源与工作台平行设置。

进一步地，所述的安装调整机构还包括安装底座以及支撑底座，支撑杆的一端固定于安装底座上，另一端连接支撑底座，第一调节单元的导杆固定于该支撑底座上。

进一步地，所述的导杆设有两根，滑块套设在导杆上，滑块上还加工有供伸缩杆移动的槽孔。

进一步地，还包括控制器，所述的控制器用于控制视觉传感器获取待测物的图像信息，同时根据获取的图像信息得到待测物的尺寸信息。

本实用新型的一种自动化加工系统，包括上述的自动测量装置。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，采用视觉传感器获取待测零件的图像信息，解算零件尺寸参数，测量效率高、一致性好，有效提升零件生产加工的效率，以及零件加工的智能化、自动化水平；另外，该测量方式，零件位置不影响检测的结果，省去了复杂的定位夹紧装置，简化了测量装置的结构；

(2)本实用新型的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，调整机构可以实现四个自由度的调整，其中，两个移动自由度、两个旋转自由度。两个移动自由度的调整包括调整相机距待测零件的距离，零件成像后在图像中的位置；两个旋转自由度用于调整相机的姿态，使得相加成像平面严格平行于零件表面；通过调整四个自由度使得相机能够获得全面、完整的图像信息，以获得更加准确的测量结果；

(3)本实用新型的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，视觉传感器用于拍摄包含零件所需测量特征尺寸的图像信息，视觉传感器与被测零件之间非接触，能够实现零件尺寸非接触测量，视觉传感器与被测零件之间留有充足的操作空间，可方便外部自动化设备进行零件取放操作，便于实现零件的自动化加工。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置的结构示意图；

图2为本实用新型中承载机构的结构示意图；

图3为本实用新型中安装调整机构的结构示意图；

图4为本实用新型中角度调节单元的结构示意图；

图5为本实用新型中相机姿态调节示意图；

图6为本实用新型中自动化加工系统的工作流程图。

图中：1、承载机构；11、工作台；12、平台面板；13、支撑柱；

2、光源；

3、安装调整机构；31、支撑杆；32、第一调节单元；321、导杆；322、滑块；323、伸缩杆；33、第二调节单元；331、微调导轨；332、微调滑座；34、角度调节单元；341、底座；342、第一蜗杆；343、第一旋转件；344、转接件；345、第二蜗杆；346、第二旋转件；347、第一导向件；348、第二导向件；35、安装底座；36、支撑底座；

4、视觉传感器；5、控制器；6、待测物。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置包括承载机构1、光源2、安装调整机构3、视觉传感器4、控制器5，其中：所述承载机构1用于放置待检测尺寸的待测物6，本实施例中的待测物6为具有一定厚度的圆盘零件，检测尺寸为零件最大外径，以及零件可加工到的最大成品的外径尺寸。零件平放在承载机构1上，除可测外径尺寸，对于其他类型的零件亦可以检测边长、跨度、面积等尺寸参数。设置光源2的目的一方面为视觉传感器4提供照明，另一方面是为了凸显待测物6的外轮廓特征，便于视觉传感器4获取包含所测特征尺寸的图像信息，考虑到视觉传感器4的感光特性，光源2的光强和光色应可以调整。

如图2所示，承载机构1包含安装框架，安装框架通过螺钉固定安装有平台面板12，平台面板12上安装有支撑柱13，支撑柱13上方安装工作台11，为适应不同尺寸范围零件的测量，工作台11的大小可根据待测物6的尺寸大小进行调换。

为了清晰、准确地获取待测物6的外轮廓信息，光源2采用平板光源，平板光源中心开设有通孔，平板光源安装在平台面板12上，支撑柱13通过平板光源上的通孔安装到平台面板12上，且平板光源与工作台11平行设置，以保证光平面平行于工作台11的上表面。

视觉传感器4通过安装调整机构3安装在工作台11上方，用于拍摄包含零件所需测量特征尺寸的图像信息，一般使用工业级相机，视觉传感器4与被测零件之间非接触，能够实现零件尺寸的非接触测量。视觉传感器4与待测物6之间留有充足的操作空间，可方便外部自动化设备进行待测物6的取放操作，便于实现零件的自动化加工。

本实施例中视觉传感器4采用单相机的方式，未采用其它的辅助测量装置，所以对相机的位置和姿态有严格的要求。为了精确地对待测物6的外轮廓尺寸进行测量，要求相机光轴与工作台11轴线平行，且尽可能保证相机光轴与工作台11轴线重合。

由于加工零件和装配过程不可避免的存在误差，需要在安装后对相机的位置和姿态进行调整，以保证相机与工作台11的位置关系，因此要求相机的安装装置具备一定范围的微调功能。本实施例中的安装调整机构3包括第一调节单元32、第二调节单元33以及角度调节单元34，可实现四个自由度的调整，两个移动自由度、两个旋转自由度。

具体地，如图3所示，安装调整机构3包括依次固定连接的安装底座35、支撑杆31以及支撑底座36。其中，支撑杆31的高度可根据相机内部参数如焦距、相机感光元件尺寸以及待测物6外轮廓尺寸范围粗略计算得到。支撑底座36上通过双安装孔安装有用于调整相机高度的导杆321，导杆321采用圆柱形杆件，易于获取，通过双导杆321保证结构的稳定性；高度调整滑块322通过安装孔套在导杆321上，可方便调整相机的高度，待滑块322调至所需高度后通过旋钮螺钉固定。伸缩杆323用于调整相机的伸缩位置，伸缩杆323采用方形杆件，通过高度调整滑块322上的方孔与高度调整滑块322连接，能够实现伸缩杆323在水平方向的伸缩运动。伸缩杆323上方设有滑槽，可设计成燕尾槽形式，当伸缩杆323调整到位后，通过旋钮螺钉带动梯形螺母实现伸缩杆323位置固定。伸缩杆323主要进行相机伸缩位置的粗调整，待调整到位后，通过固定于伸缩杆323上的微调导轨331以及与该微调导轨331相配合的微调滑座332实现相机位置的精细调整。为保证相机光轴与工作台11轴线平行，需要在调整相机的高度位置和伸缩位置后调整相机的姿态，姿态调整通过角度调节单元34完成，该角度调节单元34可以实现相机在2个垂直方向上角度的调整。角度调节单元34可通过多种传动方式实现相机两垂直方向的角度调整，如蜗轮蜗杆传动方式等，结构实现简单。具体到本实施例中，结合图4、图5所示，角度调节单元34包括与微调滑座332相连接的底座341，绕Y轴旋转的第一蜗杆342安装在底座341上，第一蜗杆342旋转带动第一旋转件343绕Y轴转动，第一旋转件343上有部分蜗轮的齿形，第一蜗杆342、第一旋转件343配合实现蜗轮蜗杆传动；绕X轴旋转的转接件344与第一旋转件343相固定，绕X轴旋转的第二蜗杆345安装在转接件344上，第二蜗杆345旋转带动第二旋转件346绕X轴转动，第二旋转件346上有部分蜗轮的齿形，第二蜗杆345、第二旋转件346配合实现蜗轮蜗杆传动；角度调节单元34的设置实现了相机两个方向角度的调整，保证相机成像平面平行于零件表面。第一旋转件343带动相机绕空间Y轴的旋转靠底座341、第一旋转件343上的导向圆柱面以及第一导向件347实现，转接件344带动相机绕空间X轴的旋转靠转接件344、第二旋转件346上的导向圆柱面以及第二导向件348实现。图5中，X为伸缩杆323的伸缩方向，Z为竖直方向，曲线的箭头方向为角度调节方向。

通过上述安装调整机构3可实现相机四个自由度的调整，两个移动自由度、两个旋转自由度。两个移动自由度的调整包括调整相机距测量零件的距离，零件成像后在图像中的位置；两个旋转自由度用于调整相机的姿态，使得相加成像平面严格平行于零件表面。通过调整四个自由度使得相机能够获得全面、完整包含零件特征尺寸信息的图像，方便后续图像信息的处理，以及特征尺寸提取计算。

由于待测物6平放在承载机构1上，且待测物6存在一定的厚度，在使用视觉传感器4获取待测物6外径尺寸的图像信息过程中，要求相机成像平面与待测物6轴线垂直，待测物6要在相机的视野内，并保证获取图像的清晰度，这样获取的图像信息才能避免噪声的干扰，反映待测物6最真实的尺寸信息。另外，当待测物6质量比较大，由于待测物6厚度上的差异，不管是采用人工方式，还是采用自动上料装置，不可避免的将会产生冲击，引起结构振动，为了消除结构振动对相机的影响，安装调整机构3和承载机构1独立安装，采用非一体方式设计。

本实施例的测量装置，由于相机的视野尺寸大于待测物6的尺寸，在进行零件尺寸测量时，对零件摆放的绝对位置没有严格的要求，因此可省去复杂的定位夹紧辅助装置，简化系统的机械结构，使用简单。为实现待测物6尺寸的自动化测量，测量装置配置有用于人机界面显示、调度控制、图像信号采集与解算、实现与外部设备进行数据交换的控制器5。控制器5能够响应外部指令，实现相机采集图像的调度控制，更改相机进行数据采集时的相机的内外参数，对采集到的图像信号进行处理与计算，获取零件的尺寸信息，并对零件的尺寸信息进行显示，控制器5预留数据输入与输出通讯接口，能够与自动化加工装置配合，在线检测零件尺寸，检测效率高、精度一致性好，能够帮助实现零件加工、检测全过程自动化，有效提升零件生产加工效率。可将本控制器作为零件自动化加工检测工作站的某一单元。

实施例2

本实施例的一种自动化加工系统，包括实施例1中的自动测量装置，另外还配备有机器人或其它自动化装置进行待测物6的取放工作。该自动化加工系统的具体工作流程(参考图5)如下：

1、系统安装与粗调；

2、开机启动，相机采集系统调试，相机参数标定；

3、在相机参数标定完成的基础上，调整相机的位置姿态，确保相机的位置和姿态能够满足获取一定尺寸范围零件清晰图像信息的需求；

4、校核测试系统测量精度，满足测量精度情况下，置系统于等待状态；

5、等待系统结构外部自动化装置将零件置于工作台上，接收零件放置完成信号；

6、接收到零件放置完成信号后，控制器控制相机按照设定参数获取零件二维图像信息；

7、对图像进行预处理、零件轮廓信息提取、数据点降采样、数据点拟合、轮廓尺寸计算等操作，获取零件尺寸信息；

8、通过数据输入输出接口将计算得到零件尺寸信息传递到下一环节，并通知自动化取放零件装置将零件提取放置到下一环节；

9、重复4到8直至完成所有零件的加工检测工作。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，包括承载机构(1)以及安装调整机构(3)，所述的承载机构(1)上放置有待测物(6)，其特征在于：所述的承载机构(1)上设有工作台(11)，工作台(11)下方设有光源(2)，安装调整机构(3)上设有视觉传感器(4)，视觉传感器(4)的光轴与工作台(11)的轴线相互平行，所述的安装调整机构(3)对视觉传感器(4)的位置及姿态进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：所述的安装调整机构(3)包括支撑杆(31)以及固定于该支撑杆(31)上的第一调节单元(32)，该第一调节单元(32)包括导杆(321)、滑块(322)以及伸缩杆(323)，其中，滑块(322)沿着导杆(321)做竖直方向的往返移动，伸缩杆(323)沿着滑块(322)做水平方向的伸缩移动。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：所述的伸缩杆(323)上设有第二调节单元(33)，该第二调节单元(33)包括微调导轨(331)以及与该微调导轨(331)相配合的微调滑座(332)。

4.根据权利要求3所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：所述的微调滑座(332)上设有角度调节单元(34)，视觉传感器(4)设置在角度调节单元(34)上，该角度调节单元(34)包括底座(341)、该底座(341)上连接有第一蜗杆(342)、第一蜗杆(342)带动第一旋转件(343)转动；该第一旋转件(343)通过转接件(344)连接第二蜗杆(345)，第二蜗杆(345)带动第二旋转件(346)进行转动。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：所述的承载机构(1)包括平台面板(12)，该平台面板(12)上设有支撑柱(13)，支撑柱(13)上安装有工作台(11)。

6.根据权利要求5所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：所述的光源(2)为平板光源，该平板光源上开设有供支撑柱(13)穿过的通孔，平板光源位于工作台(11)与平台面板(12)之间，且平板光源与工作台(11)平行设置。

7.根据权利要求6所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：所述的安装调整机构(3)还包括安装底座(35)以及支撑底座(36)，支撑杆(31)的一端固定于安装底座(35)上，另一端连接支撑底座(36)，第一调节单元(32)的导杆(321)固定于该支撑底座(36)上。

8.根据权利要求7所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：所述的导杆(321)设有两根，滑块(322)套设在导杆(321)上，滑块(322)上还加工有供伸缩杆(323)移动的槽孔。

9.根据权利要求8所述的一种基于视觉传感的零件尺寸自动测量装置，其特征在于：还包括控制器(5)，所述的控制器(5)用于控制视觉传感器(4)获取待测物(6)的图像信息，同时根据获取的图像信息得到待测物(6)的尺寸信息。

10.一种自动化加工系统，其特征在于：包括权利要求1-9中任一项所述的自动测量装置。

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