CN108846369A - 一种基于机器视觉的齿轮匹配***及其匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉的齿轮匹配***及其匹配方法。齿轮匹配***包括工业相机、工业机器人、机械手爪、气泵、PC机、路由器以及电源；工业相机用于获取齿轮图像，并将图像传送到PC机进行数据处理；工业机器人用于和工业相机、PC机进行实时通信，接受PC机发送的位置坐标和触发信号，实现齿轮匹配；机械手爪安装在工业机器人的第六轴上，气泵给机械手爪提供动能使其完成齿轮搬运工作；PC机用于编程和监视工业相机和工业机器人的运作情况；路由器负责工业相机、机器人控制器和PC机之间的以太网通讯；电源用于为整个齿轮匹配***供电。本发明能控制工业机器人自动完成齿轮匹配，节省了大量人力，同时提高了齿轮啮合的精度和速度。

Description

一种基于机器视觉的齿轮匹配***及其匹配方法
技术领域
本发明涉及齿轮匹配***，特别涉及一种基于机器视觉的齿轮匹配***及其匹配方法。
背景技术
现有的许多齿轮啮合、装配操作仍需要人工完成，既增加了人工成本，费时费力，也无法保证齿轮啮合的精度与效率，存在安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能自动识别定位齿轮，并控制工业机器人自动完成齿轮匹配的一种基于机器视觉的齿轮匹配***及其匹配方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于机器视觉的齿轮匹配***，所述齿轮匹配***包括：
一设置在工作台上的工业相机，工业相机用于获取放置在工件台上的齿轮图像，并将图像信息传送到PC机进行数据处理；
一设置在工作台上的工业机器人，工业机器人用于和工业相机、PC机进行实时通信，能够接受PC机发送的位置坐标和触发信号，最终实现齿轮匹配；本实施例中的工业机器人采用的是工业机器人，其内置数据传输软件MOTOCOM32，数据传输软件MOTOCOM32负责完成NI LabVIEW与机器人控制器之间的通信及数据传输；
一气泵，气泵安装于工业机器人器械手臂顶端，气泵用于给安装在工业机器人上的机械手爪提供动能，，使其能吸取并移动齿轮，完成齿轮匹配；
一PC机，PC机与路由器连接，用于编程和监视工业相机和工业机器人的运作情况；PC机内置NI LabVIEW软件，NI LabVIEW软件用来处理工业相机采集到的图像，并给工业机器人发送旋转角度和移动位移信息；
一路由器，路由器负责工业相机、机器人控制器和PC机之间的以太网通讯；
一电源，电源用于为工业相机、工业机器人、气泵、路由器以及PC机供电。
在本发明的一个实施例中，齿轮匹配***还包括一支架，支架设置在工件台相对的一侧，工业相机固定在与工业机器人位置相对的工件台一侧的支架上，与工业机器人之间保持独立工作。
一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，所述匹配方法包括如下步骤：
步骤(1)、将两个齿轮摆放在工件台上任意位置；
步骤(2)、***初始化，打开通信端口，工业机器人上电；
步骤(3)、工业相机拍照，通过NI LabVIEW视觉助手的几何匹配获取齿轮需旋转的角度；
a.拍摄齿轮的照片，通过NI Lab VIEW的模板匹配确定每个齿轮位置及与模板相差的角度；
b.通过计算得到两个齿轮的角度差值，若角度差是360°/齿数的整数倍，那么该齿轮可以不用调整角度直接匹配；若角度差不是360°/齿数的整数倍，则需要调整一个齿轮转过一个偏转量c，齿轮1角度为a，齿轮2角度为b，该齿轮齿数n，偏转量c＝||a-b|-[|a-b|÷(360÷n)]×(360÷n)|；
c.将需要偏移的角度通过Lab VIEW传输给工业机器人；
步骤(4)、工业机器人调整齿轮角度；
步骤(5)、工业相机拍照，通过NI LabVIEW的图像处理VI库获取齿轮应移动的位移；
步骤(6)、工业机器人调整移动齿轮位置，完成齿轮匹配；
步骤(7)、工业机器人下电，通信端口关闭，***复位。
在本发明的一个实施例中，齿轮是带有安装缺口的外齿轮，根据其缺口部分的连线角度确定齿轮啮合前需要旋转的角度。
在本发明的一个实施例中，步骤(1)中两个齿轮摆放在工件台上工业相机视野范围内任意位置。
在本发明的一个实施例中，步骤(3)中几何匹配是根据齿轮的图像特征获得需要调整的角度。
在本发明的一个实施例中，几何匹配过程中图像处理部分的运行时间为2～3秒，匹配时长约为20秒。
在本发明的一个实施例中，工业机器人的坐标精度达到10-3毫米。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明能自动定位齿轮圆心并通过坐标标定将圆心像素坐标转换成机器人坐标，提高了齿轮定位的精度；能快速通过几何匹配获取齿轮需旋转的角度，提高了效率，减少了***运行时间；能通过专用的数据传输软件MOTOCOM32实现数据传输并控制工业机器人自动完成齿轮匹配，替代费时费力的人工操作，整个流程高效、快速、准确；该***有定位精度高、稳定性强和现实应用性广等优点，可应用于齿轮装配等流水线作业的工程领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明***构成图；
图2为本发明的齿轮匹配方法流程图；
10、工业相机 20、工业机器人 30、气泵 40、PC机 50、路由器 60、电源。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1所示，本发明公开了一种基于机器视觉的齿轮匹配***，齿轮匹配***包括设置在工作台上的工业相机10、设置在工作台上的工业机器人20、气泵30、PC机40、路由器50以及电源60；工件台需要的背景颜色需要与齿轮的颜色对比明显。
工业相机用于获取放置在工件台上的齿轮图像，并将图像传送到PC机进行数据处理。
工业机器人用于和工业相机、PC机进行实时通信，能够接受PC机发送的旋转角度和位移信息以及触发信号，最终实现齿轮匹配；具体为工业机器人带动安装在其第六轴上的两指机械手爪通过气泵分别给左右两指通气来完成齿轮匹配；工业机器人内置数据传输软件，数据传输软件负责完成PC机与机器人控制器之间的通信及数据传输。
气泵安装于工业机器人器械手臂顶端，
气泵用于给安装在工业机器人上的机械手爪提供动能，，使其能吸取并移动齿轮，完成齿轮匹配；
PC机与路由器连接，用于编程和监视工业相机和工业机器人的运作情况；PC机内置NI LabVIEW软件，NI LabVIEW软件用来处理工业相机采集到的图像，并给工业机器人发送坐标信息，通过发送开关信号电子阀门控制气泵。
路由器负责工业相机、机器人控制器和PC机之间的以太网通讯。
电源用于为工业相机、工业机器人、气泵、路由器以及PC机供电。
齿轮匹配***还包括一支架，支架设置在工件台相对的一侧，工业相机固定在与工业机器人位置相对的工件台一侧的支架上，与工业机器人之间保持独立工作。
一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，匹配方法包括如下步骤：
步骤(1)***初始化；
步骤(2)操作人员将两个齿轮摆放在工件台上任意位置，优选为，两个齿轮摆放在工件台上工业相机视野范围内任意位置；齿轮是带有安装缺口的外齿轮，根据其缺口部分的连线角度确定齿轮啮合前需要旋转的角度；
步骤(3)运行程序，通信端口打开，工业机器人上电；
步骤(4)工业相机第一次拍照，获取齿轮图像；
步骤(5)工业相机通过NI LabVIEW视觉助手的几何匹配获取两齿轮角度并计算出其中一个齿轮需旋转的角度；NI LabVIEW调用机器人示教编程器角度程序；几何匹配是根据齿轮的图像特征获得需要调整的角度；几何匹配过程中图像处理部分的运行时间为2～3秒，匹配时长约为20秒；
具体为：
拍摄齿轮的照片，通过NI Lab VIEW的模板匹配确定每个齿轮位置及与模板相差的角度；
通过计算得到两个齿轮的角度差值，若角度差是360°/齿数的整数倍，那么该齿轮可以不用调整角度直接匹配；若角度差不是360°/齿数的整数倍，则需要调整一个齿轮转过一个偏转量c，齿轮1角度为a，齿轮2角度为b，该齿轮齿数n，偏转量c＝||a-b|-[|a-b|÷(360÷n)]×(360÷n)|；
将需要偏移的角度通过Lab VIEW传输给工业机器人；
步骤(6)机器人控制器根据示教编程器角度程序启动工业机器人完成齿轮角度调整；
步骤(7)工业相机第二次拍照，获取齿轮图像；
步骤(8)工业相机通过NI LabVIEW的图像处理函数定位两齿轮圆心坐标，NILabVIEW调用机器人示教编程器坐标程序；
步骤(9)机器人控制器根据示教编程器坐标程序启动工业机器人完成齿轮位置调整；
步骤(10)齿轮匹配完成，停止程序，工业机器人下电，通信端口关闭；
步骤(11)结束。
本发明采用机器视觉技术，实现了齿轮匹配的自动化。、
本发明针对的是同一批次的齿轮，不同的批次可能需要重新设定模板和偏转量。
本发明只需操作人员完成对PC机的操控，工业机器人可自动完成齿轮匹配，相较于人工匹配省时省力，且提高了安全性和智能性。
本发明工业机器人的坐标精度达到10-3毫米。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的齿轮匹配***，其特征在于，所述齿轮匹配***包括：
一设置在工作台上的工业相机，工业相机用于获取放置在工件台上的齿轮图像，并将图像信息传送到PC机进行数据处理；
一设置在工作台上的工业机器人，工业机器人用于和工业相机、PC机进行实时通信，能够接受PC机发送的位置坐标和触发信号，最终实现齿轮匹配；工业机器人内置数据传输软件MOTOCOM32，数据传输软件MOTOCOM32负责完成NI LabVIEW与机器人控制器之间的通信及数据传输；
一气泵，气泵安装于工业机器人器械手臂顶端，气泵用于控制工业机器人的机械手爪工作，吸取齿轮移动，完成齿轮匹配；
一PC机，PC机与路由器连接，用于编程和监视工业相机和工业机器人的运作情况；PC机内置NI LabVIEW软件；NI LabVIEW软件用来处理工业相机采集到的图像，并给工业机器人发送坐标信息；
一路由器，路由器负责工业相机、机器人控制器和PC机之间的以太网通讯；
一电源，电源用于为工业相机、工业机器人、气泵、路由器以及PC机供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的齿轮匹配***，其特征在于，齿轮匹配***还包括一支架，支架设置在工件台相对的一侧，工业相机固定在与工业机器人位置相对的工件台一侧的支架上，与工业机器人之间保持独立工作。
3.一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，其特征在于，所述匹配方法包括如下步骤：
步骤(1)、将两个齿轮摆放在工件台上任意位置；
步骤(2)、***初始化，打开通信端口，工业机器人上电；
步骤(3)、工业相机拍照，通过NI LabVIEW视觉助手的几何匹配获取齿轮需旋转的角度；
a.拍摄齿轮的照片，通过NI Lab VIEW的模板匹配确定每个齿轮位置及与模板相差的角度；
b.通过计算得到两个齿轮的角度差值，若角度差是360°/齿数的整数倍，那么该齿轮可以不用调整角度直接匹配；若角度差不是360°/齿数的整数倍，则需要调整一个齿轮转过一个偏转量c，齿轮1角度为a，齿轮2角度为b，该齿轮齿数n，偏转量c＝||a-b|-[|a-b|÷(360÷n)]×(360÷n)|；
c.将需要偏移的角度通过Lab VIEW传输给工业机器人；
步骤(4)、工业机器人调整齿轮角度；
步骤(5)、工业相机拍照，通过NI LabVIEW的图像处理VI库获取齿轮应移动的位移；
步骤(6)、工业机器人调整移动齿轮位置，完成齿轮匹配；
步骤(7)、工业机器人下电，通信端口关闭，***复位。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，其特征在于，齿轮是带有安装缺口的外齿轮，根据其缺口部分的连线角度确定齿轮啮合前需要旋转的角度。
5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，其特征在于，步骤(1)中两个齿轮摆放在工件台上工业相机视野范围内任意位置。
6.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，其特征在于，步骤(3)中几何匹配是根据齿轮的图像特征获得需要调整的角度。
7.根据权利要求3或6所述的一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，其特征在于，几何匹配过程中图像处理部分的运行时间为2～3秒，匹配时长约为20秒。
8.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的齿轮匹配***的匹配方法，其特征在于，工业机器人的坐标精度达到10-3毫米。
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