CN219122053U - 一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，包括视觉定位装置、料盘、机器人本体、机械夹爪、显微镜，视觉定位装置包括工作台、支撑柱、工业相机、光源、第一承载机构，支撑柱、第一承载机构分别固定在工作台上，工业相机、光源分别固定在支撑柱上；显微镜包括显微镜本体、显微镜驱动、第二承载机构，显微镜驱动分别连接显微镜本体、第二承载机构；料盘包括相连接的料盘本体、定位机构，料盘本体上设置有用于安装试样的试样固定位，定位机构分别与第一承载机构、第二承载机构匹配；机械夹爪固定在机器人本体上。本实用新型的优点是：通过自动化的手段，实现了料盘上金相试样的自动视觉定位、自动显微拍摄、以及自动上下料。

Description

一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，属于视觉识别的技术领域。

背景技术

金相是指金属或合金的化学成分以及各种成分在合金内部的物理状态和化学状态。传统的金相检验需要检验员对试样进行磨抛、腐蚀等过程后，在高倍镜头下拍摄试样图像以及对高倍下的试样成分分析，耗时费力，且检验人员的技术要求较高，评级主观性强。

目前，现有技术中，尚且无法实现金相检验的自动化图像采集，其原因之一是显微镜的拍摄区域需要预先定位，之后才能根据定位好的区域进行放大拍摄，而该过程目前缺乏有效的自动化手段。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，可实现试样定位、显微拍摄、上下料的金相检验过程全自动化。

技术方案：一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，包括视觉定位装置、料盘、机器人本体、机械夹爪、显微镜，所述视觉定位装置包括工作台、支撑柱、工业相机、光源、第一承载机构，所述支撑柱、第一承载机构分别固定在所述工作台上，所述工业相机、光源分别固定在所述支撑柱上，所述工业相机、光源、第一承载机构由上至下依次间隔设置，且所述工业相机、光源均朝向所述第一承载机构；所述显微镜包括显微镜本体、显微镜驱动、第二承载机构，所述显微镜驱动分别连接所述显微镜本体、第二承载机构；所述料盘包括相连接的料盘本体、定位机构，所述料盘本体上设置有用于安装试样的试样固定位，所述定位机构分别与所述第一承载机构、第二承载机构匹配；所述机械夹爪固定在所述机器人本体上，且其活动范围覆盖所述视觉定位装置、显微镜，以在所述机械夹爪夹取所述料盘后分别将其放入第一承载机构、第二承载机构。

本实用新型的原理是：使用时，首先通过料盘上的试样固定位固定金相试样，然后通过机械夹爪夹取料盘，并通过定位机构与第一承载机构的对位匹配将料盘放置到第一承载机构上，然后工业相机、光源启动，拍摄料盘图像，并通过图像识别技术，进行料盘上试样位置的定位。完成定位后，机械夹爪继续夹取料盘，通过定位机构与第二承载机构的对位匹配将料盘放置到第二承载机构上，然后显微镜驱动根据图像识别技术的定位将料盘移动至显微镜本体上合适的位置，启动显微镜本体，按照预设的放大倍数，进行金相试样既定位置的放大扫描，从而获得试样的金相组织图像，以供评级使用。

进一步，所述机械夹爪包括法兰、气动手指、连接杆、夹头，所述法兰一端连接所述机器人本体、另一端连接所述气动手指，所述气动手指至少具有三指，且每个手指分别通过连接杆连接所述夹头，所有的所述夹头分别夹设所述料盘的外圆形成固定。本结构中，通过气动手指同步驱动所有夹头打开或闭合，进行料盘的取放作业。

进一步，所述夹头前端设置有外扩的帽体，以进一步起到对料盘的限位作用。

进一步，所述机械夹爪还包括补偿单元，所述法兰通过所述补偿单元连接所述气动手指，在一定范围内起到浮动装夹的作用。

进一步，所述机械夹爪还包括第一定位传感器，所述第一定位传感器固定在所述法兰上，且朝向所述夹头，以检测夹头是否完成了料盘的装夹。

进一步，所述第一承载机构采用圆柱套筒，所述圆柱套筒上开设中心孔，并设置有销轴，所述定位机构包括中心柱、销孔，所述中心柱固定在所述料盘本体上，所述销孔开设在所述料盘本体上，所述中心柱、销轴分别与所述中心孔、销孔对位匹配，以进行料盘的定位承载。

进一步，所述视觉定位装置还包括中空的固定框，所述固定框安装在所述支撑柱上，所述光源沿所述固定框的下沿设置，所述工业相机的拍摄路线穿过所述固定框内部，朝向所述第一承载机构，以获得更好的打光和拍摄效果。

进一步，所述料盘上设置有周向均布的多个试样固定位，所述视觉定位装置还包括旋转驱动，所述第一承载机构通过所述旋转驱动连接所述工作台；所述旋转驱动控制所述第一承载机构旋转，带动每个所述试样固定位分别到达所述工业相机的拍摄点。本结构中，可通过第一承载机构的旋转分别进行多个试样固定位的拍摄，从而一次装夹即可进行多个试样的视觉定位，大幅提高工作效率。

进一步，所述料盘上还开设有原点定位孔，所述视觉定位装置还包括第二定位传感器，所述第二定位传感器固定在所述支撑柱上，且与所述原点定位孔对位匹配。本结构中，为方便记录每个试样固定位内固定的试样的定位坐标系，对试样固定位进行了编号，以原点定位孔对应的试样固定位作为1号，之后料盘旋转固定角度后达到2号试样固定位，依次累计，直到完成所有试样固定位编号的视觉定位，然后将试样定位坐标系、试样编号一一对应的传输给显微镜进行金相结构的图像采集，从而获得与之对应的图像，使得实验过程更加精准。

进一步，所述视觉定位装置还包括第三定位传感器，所述第三定位传感器固定在所述工作台上，且朝向所述第一承载机构，以检测第一承载机构上是否承载有料盘。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点是：通过自动化的手段，实现了料盘上金相试样的自动视觉定位、自动显微拍摄、以及自动上下料。同时，可通过一次装夹实现多个试样的金相组织图像采集，提高了工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为视觉定位装置承载料盘后的立体结构示意图；

图3为料盘的立体结构示意图；

图4为视觉定位装置的立体结构示意图；

图5为图4中A位置的放大示意图；

图6为机械夹爪夹取料盘后的立体结构示意图；

图7为显微镜的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，如附图1所示，包括视觉定位装置1、料盘2、机器人本体3、机械夹爪4、显微镜5。

如附图2所示，视觉定位装置1包括工作台11、支撑柱12、工业相机13、光源14、第一承载机构15、固定框16、旋转驱动17、第二定位传感器18、第三定位传感器19。支撑柱12、第一承载机构15、第三定位传感器19分别固定在工作台11上，第一承载机构15通过旋转驱动17连接工作台11。工业相机13、固定框16、第二定位传感器18分别固定在支撑柱12上，固定框16采用中空结构，光源14沿固定框的下沿设置，且朝向第一承载机构15，以对第一承载机构15上的料盘打光，获得更好的拍摄效果。工业相机13、光源14、第一承载机构15由上至下依次间隔设置，工业相机13的拍摄路线穿过固定框16内部，朝向第一承载机构15，以拍摄第一承载机构15上的料盘的区域图像。第三定位传感器19朝向第一承载机构15，以检测第一承载机构15上是否承载有料盘。

如附图3所示，料盘2包括相连接的料盘本体21、定位机构22，料盘本体21上设置有周向均布的多个试样固定位21，并开设有原点定位孔25，该试样固定位21a用于安装试样，原点定位孔25与第二定位传感器18对位匹配。定位机构22分别与第一承载机构15、第二承载机构53匹配，具体的，定位机构22包括中心柱23、销孔24，中心柱23固定在料盘本体21上，销孔24开设在料盘本体21上。如附图4、5所示，第一承载机构15采用圆柱套筒，圆柱套筒上开设中心孔15a，并设置有销轴15b，中心柱23、销轴15b分别与中心孔15a、销孔24对位匹配。第二承载机构53的结构与第一承载机构15相同。

如附图6所示，机械夹爪4包括法兰41、气动手指42、连接杆43、夹头44、补偿单元45、第一定位传感器46。法兰41一端连接机器人本体3、另一端通过补偿单元45连接气动手指42，气动手指42至少具有三指，且每个手指分别通过连接杆43连接夹头44，所有的夹头44分别夹设料盘2的外圆形成固定。夹头44前端设置有外扩的帽体44a。第一定位传感器46固定在法兰41上，且朝向夹头44。机械夹爪4的活动范围覆盖视觉定位装置1、显微镜5，以在机械夹爪4夹取料盘2后分别将其放入第一承载机构15、第二承载机构53。

如附图7所示，显微镜5包括显微镜本体51、显微镜驱动52、第二承载机构53。显微镜驱动52分别连接显微镜本体51、第二承载机构53。本实施例中显微镜驱动52具体包括横向显微镜驱动、纵向显微镜驱动、旋转显微镜驱动，纵向显微镜驱动固定在显微镜本体51上，纵向显微镜驱动安装在横向显微镜驱动上，旋转显微镜驱动安装在纵向显微镜驱动上，第二承载机构53固定在旋转显微镜驱动上。横向显微镜驱动、纵向显微镜驱动一方面可以将第二承载机构53移出显微镜本体51以进行料盘的上料，又可以将第二承载机构53移动到显微镜本体51内部进行显微扫描和拍摄作业，在拍摄过程中，旋转显微镜驱动可以配合横向显微镜驱动、纵向显微镜驱动依次将定位好的多个试样固定位分别送达显微镜本体51的拍摄位置，从而依次进行扫描图像采集。

本实施例的金相检验图像采集系统使用时，首先通过人工在料盘上的多个试样固定位分别固定金相试样，具体的，可以将试样的图像采集表面固定到与中心柱所在表面相反的一面，从而使得定位与图像采集互不影响。

然后，机器人本体3驱动机械夹爪4夹取料盘，即气动手指42驱动夹头44同步夹紧料盘的外圆，形成固定，并通过第一定位传感器46检测夹头处是否完成了夹持作业。此过程中，补偿单元45可以起到在一定范围的浮动夹持功效，从而辅助固定。同时，夹持时，应将料盘设置有中心柱的一面朝向外侧，以便于后续与第一承载机构15、第二承载机构53的对接。

之后，机器人本体3驱动机械夹爪4到达视觉定位装置1处，将料盘放入第一承载机构15，通过中心柱23与中心孔15a、销轴15b与销孔24的对位完成料盘的固定，并通过第三定位传感器19检测第一承载机构15是否完成了料盘的固定。

再之后，旋转驱动17启动，通过第一承载机构15带动料盘旋转，过程中，第二定位传感器18启动，在料盘的旋转过程中寻找料盘上的原点定位孔25，当料盘旋转至原点定位孔25与第二定位传感器18对应的位置时，旋转驱动17停止，工业相机13和光源14同步启动，对料盘表面设定好的试样固定位区域进行拍摄，从而获得1号试样区域的图像，然后采用视觉识别技术识别图像中的试样所在的坐标系，最终获得1号图像待放大扫描区域的精确定位。

完成1号定位后，旋转驱动17再次启动，根据多个试样固定位之间的角度关系，预设旋转角度，并再次启动工业相机13和光源14，采用相同的方法获得2号图像待放大扫描区域的精确定位。

依次循环，带动每个试样固定位分别到达工业相机13的拍摄点，完成所有试样固定位中试样的待放大扫描区域的精确定位，并将所有的定位信息传输给显微镜。

之后，机器人本体3驱动机械夹爪4到达视觉定位装置1处，从第一承载机构15上取下料盘，并移动至第二承载机构53处，由于本实施例中第二承载机构53与第一承载机构15采用相同结构，因此定位过程也相同。完成第二承载机构53的定位承载后，显微镜驱动52带动料盘到达显微镜本体51内，并根据接收到的所有待放大扫描区域的定位信息，按照预设的放大倍数，依次进行放大扫描，获取所有金相试样的金相结构图像，从而完成整个自动化图像采集过程。

Claims (10)

1.一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：包括视觉定位装置（1）、料盘（2）、机器人本体（3）、机械夹爪（4）、显微镜（5），所述视觉定位装置（1）包括工作台（11）、支撑柱（12）、工业相机（13）、光源（14）、第一承载机构（15），所述支撑柱（12）、第一承载机构（15）分别固定在所述工作台（11）上，所述工业相机（13）、光源（14）分别固定在所述支撑柱（12）上，所述工业相机（13）、光源（14）、第一承载机构（15）由上至下依次间隔设置，且所述工业相机（13）、光源（14）均朝向所述第一承载机构（15）；所述显微镜（5）包括显微镜本体（51）、显微镜驱动（52）、第二承载机构（53），所述显微镜驱动（52）分别连接所述显微镜本体（51）、第二承载机构（53）；所述料盘（2）包括相连接的料盘本体（21）、定位机构（22），所述料盘本体（21）上设置有用于安装试样的试样固定位（21a），所述定位机构（22）分别与所述第一承载机构（15）、第二承载机构（53）匹配；所述机械夹爪（4）固定在所述机器人本体（3）上，且其活动范围覆盖所述视觉定位装置（1）、显微镜（5），以在所述机械夹爪（4）夹取所述料盘（2）后分别将其放入第一承载机构（15）、第二承载机构（53）。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述机械夹爪（4）包括法兰（41）、气动手指（42）、连接杆（43）、夹头（44），所述法兰（41）一端连接所述机器人本体（3）、另一端连接所述气动手指（42），所述气动手指（42）至少具有三指，且每个手指分别通过连接杆（43）连接所述夹头（44），所有的所述夹头（44）分别夹设所述料盘（2）的外圆形成固定。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述夹头（44）前端设置有外扩的帽体（44a）。

4.根据权利要求2所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述机械夹爪（4）还包括补偿单元（45），所述法兰（41）通过所述补偿单元（45）连接所述气动手指（42）。

5.根据权利要求2所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述机械夹爪（4）还包括第一定位传感器（46），所述第一定位传感器（46）固定在所述法兰（41）上，且朝向所述夹头（44）。

6.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述第一承载机构（15）采用圆柱套筒，所述圆柱套筒上开设中心孔（15a），并设置有销轴（15b），所述定位机构（22）包括中心柱（23）、销孔（24），所述中心柱（23）固定在所述料盘本体（21）上，所述销孔（24）开设在所述料盘本体（21）上，所述中心柱（23）、销轴（15b）分别与所述中心孔（15a）、销孔（24）对位匹配。

7.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述视觉定位装置（1）还包括中空的固定框（16），所述固定框（16）安装在所述支撑柱（12）上，所述光源（14）沿所述固定框的下沿设置，所述工业相机（13）的拍摄路线穿过所述固定框（16）内部，朝向所述第一承载机构（15）。

8.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述料盘（2）上设置有周向均布的多个试样固定位（21a），所述视觉定位装置（1）还包括旋转驱动（17），所述第一承载机构（15）通过所述旋转驱动（17）连接所述工作台（11）；所述旋转驱动（17）控制所述第一承载机构（15）旋转，带动每个所述试样固定位分别到达所述工业相机（13）的拍摄点。

9.根据权利要求8所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述料盘（2）上还开设有原点定位孔（25），所述视觉定位装置（1）还包括第二定位传感器（18），所述第二定位传感器（18）固定在所述支撑柱（12）上，且与所述原点定位孔（25）对位匹配。

10.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的金相检验图像采集系统，其特征在于：所述视觉定位装置（1）还包括第三定位传感器（19），所述第三定位传感器（19）固定在所述工作台（11）上，且朝向所述第一承载机构（15）。

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