CN112317363B - 一种工业产品智能检测***及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工业产品智能检测***及检测方法，包括机器人模组、检测模组、转运模组，智能检测***中通过设置机器人模组、检测模组、转运模组可实现对产品全程无间断检测，满足产品检测无人化工作环境，特别是危险工作环境的无人化，本发明的机械臂和升降机构可以根据被检测产品的颜色判断所需的遮光罩，并实现自动更换遮光罩，因此使得最大限度地增强图像中产品颜色和背景颜色的对比度，使主控端在识别产品轮廓更准确、更全面。

Description

一种工业产品智能检测***及检测方法

技术领域

本发明涉及工业产品检测的技术领域，具体涉及一种工业产品智能检测***及检测方法。

背景技术

制造业是现代工业的基石，为了推进智能制造的发展，中国发布了《中国制造2025》，全面推进制造强国战略紧密围绕重点制造领域关键环节，提出关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制等工程。

在生产过程智能优化控制过程中，对产品的检测是一道重要的工序，该工序要求检测准确度高、检测速度快、全程无间断检测、危险工作环境无人化操作等要求，而传统人工或半自动的方式已无法达到上述要求。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的在于解决产品检测过程中传统检测方案无法满足检测准确度、检测速度快、全程无间断检测、危险工作环境无人化操作等要求而提出一种工业产品智能检测***及检测方法。

(二)技术方案

本发明可以通过以下技术方案实现：一种工业产品智能检测***，包括机器人模组、检测模组、转运模组；所述机器人模组包括机械臂、第一升降机构、第二升降机构、第一夹具和第二夹具，所述第一升降机构安装在所述机械臂上，所述第一升降机构与所述第一夹具连接，所述第二升降机构与所述第二夹具连接；

所述检测模组包括底板、CCD相机、遮光罩及光源，所述底板上设置有调节座，所述CCD相机安装在所述调节座上，所述光源通过连接卡与所述调节座连接，并沿所述CCD相机的拍摄方向打光；

作为本发明的一种优选方案，所述转运模组包括安装支架、空料盘升降机构、码垛料盘升降机构、横移机械手，所述码垛料盘升降机构包括第三伺服电机、第二传动丝杆和第三伺服电机安装在固定板上并与所述第二传动丝杆一端连接，所述第二传动丝杆的另一端通过轴承固定在所述底座面板上，所述固定板下方两侧分别设置导向杆，所述导向杆贯穿移载板并延伸固定至所述底座面板，所述移载板可在所述导向杆中上下移动，所述空料升降机构与所述码垛料盘升降机构结构一致，此处不再赘述。

作为本发明的一种优选方案，所述第一升降机构包括L型外壳和第一升降杆，所述第一升降杆两端分别设置有第一滚珠花键和第二滚珠花键，所述第二滚珠花键外部套有第一同步轮，所述第一同步轮与第一同步带传动连接，所述第一同步带的另一端连接有第二同步轮，所述第二同步轮通过连接轴与第一伺服电机连接，所述第一伺服电机固定在所述L型外壳内，所述第一升降机还包括第一传动丝杆，所述第一传动丝杆一端与固定在所述L型外壳的第二伺服电机连接，所述外壳内设置有辅助卡板，所述辅助卡板的一侧上设置有第三轴承，所述第一传动丝杆的另一端与所述第三轴承活动连接，所述第一传动丝杆套设有传动卡板，所述传动卡板的一端设置有第二轴承，所述第二轴承套于所述第一升降杆，所述第一升降杆可在所述第二轴承内转动。

作为本发明的一种优选方案，所述第一夹具包括三角连接板和三根连接柱，所述连接柱分别设置在所述三角连接板下方的边角位置，所述连接柱上分别设置有第一吸盘，所述三角连接板上方中心位置设置有第一轴承，所述第一升降杆套于所述第三轴承第一轴承并与位于所述三角连接板下方的第二升降机构连接，所述第二升降机构设置有双轴气缸，所述双轴气缸的推杆端与所述第二夹具连接，所述第二夹具包括气动卡盘，所述气动卡盘上安装有卡爪。

作为本发明的一种优选方案，所述横移机械手包括第四伺服电机、直线模块和第二导轨，所述第四伺服电机安装在固定架上，所述固定架两端分别安装有第三同步轮和第四同步轮，所述第三同步轮、所述第四同步轮分别于第三同步带传动连接，所述第四伺服电机与所述第三同步轮连接，所述直线模块安装在所述第二导轨上并与第二同步带连接，所述直线模块的一端通过连接块与第二气缸连接，所述第二气缸与连接板连接，连接板两侧设置有第二吸盘。

另外本发明还提供一种工业产品的检测方法，具体包括以下步骤：

步骤100、选择遮光罩，主控端根据被检测产品不同的颜色判断所需的遮光罩并发出指令，机械臂和第一升降机构工作，第一夹具夹取待对应的遮光罩，并将遮光罩放置在检测模组的底板上；

步骤200、夹取测产品，机械臂、第二升降机构和第二夹具夹工作，将被检测产品放入遮光罩内，第二伺服电机通过同步带和滚珠花键驱动第一升降杆旋转，从而带动驱动第二夹具旋转，使待测产品在CCD相机前旋转；

步骤300、图像处理，将CCD相机采集被检测产品图像输入主控端进行图像处理；

步骤400、判断被检测产品，根据预设的条件判断被检测产品是否合格；

步骤500、分拣产品，若产品合格则分拣到码垛料盘，若产品不合格则分拣到废品料盘。

作为本发明的一种优选方案，在所述步骤步骤300中，图像处理的具体步骤包括:

(1)对采集的图像进行滤波及灰度化处理；

(2)利用霍夫圆变换得到被检测产品的特征点位置；

作为本发明的一种优选方案，在所述步骤步骤400中，判断被检测产品是否合格的具体步骤包括:

(1)将检测到的特征点与模板图像的特征点进行匹配，匹配之后分别计算被检测图像中被检测产品所占像素数与模板图像中模板所占像素数。

(2)若被检测产品面积大于模板面积且超过设定的阈值，则产品存在缺陷，则判定为不合格产品。

(3)若被检测产品面积小于模板面积且超过设定的阈值，则产品存在缺陷，则判定为不合格产品。

(4)若被检测产品不满足以上步骤(3)或步骤(4)的条件，则判定为合格产品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中的智能检测***中通过设置机器人模组、检测模组、转运模组可实现对产品全程无间断检测，满足产品检测无人化工作环境，特别是危险工作环境的无人化。

2、本发明的机械臂和升降机构可以根据被检测产品的颜色判断所需的遮光罩，因此使得最大限度地增强图像中产品颜色和背景颜色的对比度，使主控端在识别产品轮廓更准确、更全面，同时该设计可以实现无需人手操作即可更换遮光罩，提高产品检测的效率，以及检测对人体有害产品时，全程无需人员参与，保证工作人员的人身安全。

3、传动机械的传统设计中，若实现夹具同时能升降和自旋转的功能，则需要在设计两套以上且不同轴的传动机构，而本发明中的第一升降杆的升降功能和自旋转功能集成在L型外壳内，第一夹具和第二夹具安装在同一轴向线，本设计紧凑，比传统的设计更节省零部件，以及更节省空间。

4、本发明中的转运机构通过设置横移机械手和料仓升降机构，通过与控制端程序控制，可以实现高效地码垛并实时转运被检测产品，全程无需人员参与，提高产品检测效率。

附图说明

图1：为本发明整体立体结构示意图；

图2：为图1中A处放大示意图；

图3：为本发明中第一升降机构的内部结构示意图；

图4：为本发明中检测模组的结构示意图；

图5：为本发明中转运模组的结构示意图；

图6：为本发明转运模组中料仓升降机构的结构示意图；

图7：为本发明横移机械机构示意图；

图8：为本发明的产品检测方法流程图；

附图标记：

1-机器人模组；2-检测模组；3-转运模组；101-第一升降机构；102-第一夹具；103-第二升降机构；104-第二夹具；105-机械臂；10110-第一轴承；10111- 第一滚珠花键；10112-第一升降杆；10113-L型外壳；10114-第二轴承；10115- 辅助卡板；10116-第二滚珠花键；10117-安装座；10118-第一伺服电机；10119- 传动卡板；10120-第一传动丝杆；10121-第三轴承；10122-第二伺服电机；10123- 第一同步轮；10124-第一同步带；10125-第二同步轮；1021-三角连接板；1022- 连接柱；1023-第一吸盘；1041-气动卡盘；1042-卡爪；201-遮光罩；202-光源； 203-CCD相机；204-底板；205-调节座；206-连接卡；301-安装支架；302-空料盘升降机构；303-码垛料盘升降机构；304-横移机械手；3031-第三伺服电机；3032-固定板；3033-导向杆；3034-第二传动丝杆；3035-移载板；3036-底座面板；3037-第一导轨；3038-码垛料盘；3039-空料盘；3041-第四伺服电机；3042- 第三同步轮；3043-第二同步带；3044-直线模块；3045-连接块；3046-固定架； 3047-第四同步轮；3048-第二导轨；3049-第二气缸；3050-连接板；3051-第二吸盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种工业产品智能检测***，包括机器人模组 1、检测模组2、转运模组3；所述机器人模组1包括机械臂105、第一升降机构101、第二升降机构103、第一夹具102和第二夹具104，所述第一升降机构 101安装在所述机械臂105上，所述第一升降机构101与所述第一夹具连接102，所述第二升降机构103与所述第二夹具104连接，机器人模组1、检查模组2、转运模组3均连接到控制柜并由主控端控制程序控制，可自动地将生产线完成的产品进行检测并将合格产品进行码垛，本实施例中各模组具体的结构和连接关系将在下文中详细阐述。

如图2所示，所述第一夹具102包括三角连接板1021和三根连接柱1022，所述连接柱1022分别设置在所述三角连接板1021下方的三个边角位置，连接柱1022可以使用通管，通管内部设置通气软管，通气软管与第一吸盘1023连接，其作用在于更换检测模组2的遮光罩201，工作时，第一夹具102通过第一吸盘1023将遮光罩201吸附起来，并在第一升降机构101和机械臂105的联动配合下，将遮光罩201放置到特定区域，并在特定区域将新的遮光罩201重新放置到检测模组中，从而是实现遮光罩的更换功能，需要说明的是，此处所说的特定区域用于放置待更换的遮光罩的地方，可以根据实际应用中的具***置，因此附图中并没有标明。

所述三角连接板1021上方中心位置设置有第一轴承10110，所述第一轴承 10110的外圈固定在位于所述三角连接板1021，所述第一升降杆10112套于所述第一轴承10110的内圈，且贯穿所述三角连接板1021并与位于其下方的第二升降机构103连接，所述第二升降机构103设置有双轴气缸1031，所述双轴气缸1031与所述第二夹具104连接，所述第二夹具104包括气动卡盘1041，所述气动卡盘1041上安装有卡爪1042，具体地，所述第一升降杆10112与所述双轴气缸1031连接，所述双轴气缸1031的推出杆与所述气动卡盘1041连接，工作时，双轴气缸1031推出所述气动卡盘1041，所述气动卡盘1041上的卡爪 1041动作将产品卡紧。

如图3所示，所述第一升降机构101包括L型外壳10113和第一升降杆10112，所述第一升降杆10112两端分别设置有第一滚珠花键10111和第二滚珠花键 10116，所述第二滚珠花键10116外部套有第一同步轮10123，所述第一同步轮 10123与第一同步带10124传动连接，所述第一同步带10124的另一端连接有第二同步轮10125，所述第二同步轮10125通过连接轴与第二伺服电机10122 连接，所述第一伺服电机10118固定在所述L型外壳10113内，具体地，所述第一滚珠花键10111的外圈固定在所述L型外壳的内部，当第二伺服电机10122工作时通过同步带和同步轮可带动滚珠花键旋转，从而带动第一升降杆10112 旋转。

所述第一升降机101还包括第一传动丝杆10120，所述第一传动丝杆10120 一端与固定在所述L型外壳10113的第一伺服电机10118连接，所述外壳10113 内设置有辅助卡板10115，所述辅助卡板10115的一侧上设置有第三轴承10121，具体地，所述第三轴承10121的外圈固定设置在所述辅助卡板10115上，所述第一传动丝杆10120的另一端与所述第三轴承10121的内圈连接，所述第一传动丝杆10120套设有传动卡板10119，所述传动卡板10119的一端设置有第二轴承10114，具体地，所述传动卡板10119与所述第二轴承10114的外圈固定连接，所述第一升降杆套于10112所述第二轴承10114的内圈上，工作时，所述第一伺服电机10118通过所述传动丝杆10120带动所述传动卡板上下运动，从而带动第一升降杆上下移动。

如图4所示，所述检测模组2包括底板204、CCD相机203、遮光罩201及光源202，所述底板204上设置有调节座205，所述CCD相机203安装在所述调节座205上，调节座205可调节CCD相机203的拍摄角度，所述光源205通过连接卡206与所述调节座205连接，并沿所述CCD相机203的拍摄方向打光，工作时，机器人模组1将待检测产品放入遮光罩内并旋转，CCD相机203对待检测产品连续拍照，并将图像发送至主控端。

如图5-6所示，所述转运模组3包括安装支架301、空料盘升降机构302、码垛料盘升降机构303、横移机械手304，所述码垛料盘升降机构303包括第三伺服电机3031、第二传动丝杆3034，所述第三伺服电机3031安装在固定板3032 上并与所述第二传动丝杆3034一端连接，所述第二传动丝杆3034的另一端与安装在所述底座面板3036上的轴承连接，所述固定板3032下方两侧分别设置导向杆3033，所述导向杆3033贯穿移载板3035并延伸固定至所述底座面板 3036，所述移载板3035可在所述导向杆3033中上下移动，所述空料升降机构302与所述码垛料盘升降机构303结构一致，此处不再赘述。

如图5和图7所示，所述横移机械手304包括第四伺服电机3041、直线模块3043和第二导轨3048，所述第四伺服电机3041安装在固定架3046上，所述固定架3046两端分别安装有第三同步轮3042和第四同步轮3047，所述第三同步轮3042和第四同步轮3047与第三同步带3043传动连接，所述第四伺服电机3041与所述第三同步轮连接3042，所述直线模块3044安装在所述第二导轨 3048上并与第二同步带3043连接，所述直线模块3044的一端通过连接块3045 与第二气缸3049连接，所述第二气缸3049与连接板3050连接，连接板3050 两侧设置有第二吸盘3051。工作时，若被检测产品为合格，机器人模组将产品放至码垛料盘3038中，若被检测产品为不合格，则机器人模组将产品放至废品料仓中，当一个码垛料盘3038中放满时，码垛料盘升降机构工作使移载板下降一个单元行程，此时横移器械手工作，将空料盘升降机构中的一个空料盘3039 放至码垛料盘升降机构中，然后空料盘升降机构工作使移载板上升一个单元行程，将下一个空料盘上升至待横移机械手夹取的位置。需要说明书的是，由于所述空料升降机构(302)与所述码垛料盘升降机构(303)结构一致，可根据实际应用场景，改变空料升降机构(302)与所述码垛料盘升降机构(303)在本实施例中所描述的用途，例如：将空料升降机构(302)作为待检测产品放置区，将码垛料盘升降机构(303)作为合格产品区，利用AGV小车将装满待检测产品的料盘送至空料升降机构(302)，机器人模组和检测模组对产品进行检测，当完成一个料盘的产品检测后，横移机器手将该料盘放至码垛料盘升降机构 (303)，然后空料升降机构(302)上升一个单元距离，机器人模组和检测模组对下一个料盘的产品进行检测，当空料升降机构(302)料盘全部被横至码垛料盘升降机构(303)时，AGV小车将码垛料盘升降机构的料盘运走，该方式适合用于产品检测***与产品生产***分离的应用场景。

需要说明的是，废品料盘可以根据实现生产应用中，可以设置不同形状和数量，此处不再赘述。

实施例2

本发明根据工业产品智能检测***还提供了的一种工业产品的检测方法，具体包括如下步骤：

步骤100、选择遮光罩，主控端根据被检测产品不同的颜色判断所需的遮光罩并发出指令，机械臂和第一升降机构工作，第一夹具夹取待对应的遮光罩，并将遮光罩放置在检测模组的底板上；

在此步骤中，主控端存储被测产品颜色与遮光罩的颜色对照关系，根据被产品的颜色选择相对应颜色的遮光罩，一方面，解决多个反射面就会相互干扰形成光晕，很容易让使得饱和度不足或出现耀斑等影响图像的问题，另一方面，CCD相机在遮光罩内拍照能最大限度地增强图像中产品颜色和背景颜色的对比度。

步骤200、夹取测产品，机械臂、第二升降机构和第二夹具夹工作，将被检测产品放入遮光罩内，第二伺服电机通过同步带和滚珠花键驱动第一升降杆旋转，从而带动驱动第二夹具旋转，使待测产品在CCD相机前旋转；

步骤300、图像处理，将CCD相机采集被检测产品图像输入主控端进行图像处理；

步骤400、判断被检测产品，根据预设的值判断被检测产品是否合格；

步骤500、分拣产品，若产品合格则分拣到码垛料盘，若产品不合格则分拣到废品料盘。

作为本发明的一种优选方案，在所述步骤步骤300中，图像处理的具体步骤包括:

(1)对采集的图像进行滤波及灰度化处理；

(2)利用霍夫圆变换得到被检测产品的特征点位置；

作为本发明的一种优选方案，在所述步骤步骤400中，判断被检测产品是否合格的具体步骤包括:

(1)将检测到的特征点与模板图像的特征点进行匹配，匹配之后分别计算被检测图像中被检测产品所占像素数与模板图像中模板所占像素数。

(2)若被检测产品面积大于模板面积且超过设定的阈值，则产品存在缺陷，则判定为不合格产品。

(3)若被检测产品面积小于模板面积且超过设定的阈值，则产品存在缺陷，则判定为不合格产品。

(4)若被检测产品不满足以上步骤(3)或步骤(4)的条件，则判定为合格产品。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种工业产品智能检测***，包括机器人模组（1）、检测模组（2）、转运模组（3），其特征在于，所述机器人模组（1）包括机械臂（105）、第一升降机构（101）、第二升降机构（103）、第一夹具（102）和第二夹具（104），所述第一升降机构（101）安装在所述机械臂（105）上，所述第一升降机构（101）与所述第一夹具（102）连接，所述第二升降机构（103）与所述第二夹具（104）连接；

所述检测模组（2）包括底板（204）、CCD相机（203）、遮光罩（201）及光源（202），所述底板（204）上设置有调节座（205），所述CCD相机（203）安装在所述调节座(205)上，所述光源(202)通过连接卡（206）与所述调节座（205）连接，并沿所述CCD相机（203）的拍摄方向打光；

所述转运模组（3）包括安装支架（301）、空料盘升降机构（302）、码垛料盘升降机构（303）、横移机械手（304），所述码垛料盘升降机构（303）包括第三伺服电机（3031）、第二传动丝杆（3034）和第三伺服电机（3031）安装在固定板（3032）上并与所述第二传动丝杆（3034）一端连接，所述第二传动丝杆（3034）的另一端与安装在底座面板（3036）上的轴承活动连接，所述固定板（3032）下方两侧分别设置导向杆（3033），所述导向杆（3033）贯穿移载板（3035）并延伸固定至所述底座面板（3036），所述移载板（3035）可在所述导向杆（3033）中上下移动；

所述第一升降机构（101）包括L型外壳（10113）和第一升降杆（10112），所述第一升降杆（10112）两端分别设置有第一滚珠花键（10111）和第二滚珠花键（10116），所述第二滚珠花键（10116）外部套有第一同步轮（10123），所述第一同步轮（10123）与第一同步带（10124）传动连接，所述第一同步带（10124）的另一端连接有第二同步轮（10125），所述第二同步轮（10125）通过连接轴与第二伺服电机（10122）连接，第一伺服电机（10118）固定在所述L型外壳（10113）内，所述第一升降机构（101）还包括第一传动丝杆（10120），所述第一传动丝杆（10120）一端与固定在所述L型外壳（10113）的第一伺服电机（10118）连接，所述L型外壳（10113）内设置有辅助卡板（10115），所述辅助卡板（10115）的一侧上设置有第三轴承（10121），所述第一传动丝杆（10120）的另一端与所述第三轴承（10121）转动连接，所述第一传动丝杆（10120）套设有传动卡板（10119），所述传动卡板（10119）的一端设置有第二轴承（10114），所述第二轴承（10114）套于所述第一升降杆（10112）；

所述第一夹具（102）包括三角连接板（1021）和三根连接柱（1022），所述连接柱（1022）分别设置在所述三角连接板（1021）下方的边角位置，所述连接柱（1022）上分别设置有第一吸盘（1023），所述三角连接板上方中心位置设置有第一轴承（10110），所述第一升降杆（10112）套于所述第一轴承（10110）并与位于所述三角连接板（1021）下方的第二升降机构（103）连接，所述第二升降机构（103）设置有双轴气缸（1031），所述双轴气缸（1031）的推杆端与所述第二夹具（104）连接，所述第二夹具（104）包括气动卡盘（1041），所述气动卡盘（1041）上安装有卡爪（1042）。

2.根据权利要求1所述的一种工业产品智能检测***，其特征在于，所述横移机械手（304）包括第四伺服电机（3041）、直线模块（3044）和第二导轨（3048），所述第四伺服电机（3041）安装在固定架（3046）上，所述固定架（3046）两端分别安装有第三同步轮（3042）和第四同步轮（3047），所述第三同步轮（3042）和第四同步轮（3047）与第二同步带（3043）传动连接，所述第四伺服电机（3041）与所述第三同步轮（3042）连接，所述直线模块（3044）安装在所述第二导轨（3048）上并与第二同步带（3043）连接，所述直线模块（3044）的一端通过连接块（3045）与第二气缸（3049）连接，所述第二气缸（3049）与连接板（3050）连接，连接板（3050）两侧设置有第二吸盘（3051）。

3.一种如权利要求1-2任一项所述一种工业产品智能检测***的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100：主控端根据被检测产品不同的颜色判断所需的遮光罩并发出指令，机器臂和第一升降机构工作，第一夹具夹取待对应的遮光罩，并将遮光罩放置在底板上；

步骤200：机械臂、第二升降机构和第二夹具夹工作，将被检测产品放入遮光罩内，第二伺服电机通过同步带驱动第一升降杆旋转，从而带动驱动第二夹具旋转；

步骤300：将CCD相机采集被检测产品图像输入主控端进行图像处理；

步骤400：根据预设的条件判断被检测产品是否合格；

步骤500：若产品合格则分拣到产品料盘，若产品不合格则分拣到废品料盘。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤300中，采集图像和图像处理的具体步骤包括：

步骤301：对采集的图像进行滤波及灰度化处理；

步骤302：利用霍夫圆变换得到被检测产品的特征点位置。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤400中，判断被检测产品是否合格的具体步骤包括：

步骤401：将检测到的特征点与模板图像的特征点进行匹配，匹配之后分别计算被检测图像中被检测产品所占像素数与模板图像中模板所占像素数；

步骤402：若被检测产品面积大于模板面积且超过设定的阈值，则产品存在缺陷，则判定为不合格产品；

步骤403：若被检测产品面积小于模板面积且超过设定的阈值，则产品存在缺陷，则判定为不合格产品；

步骤404：若被检测产品不满足所述步骤402或所述步骤403的判定条件，则判定为合格产品。

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