专利名称:一种机器视觉检测工作台
专利类型:发明专利
专利申请号:CN202210258776.8
专利申请(专利权)人:芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司,安徽工程大学
权利人地址:安徽省芜湖市鸠江电子产业园E座3层、4层
专利发明(设计)人:李公文,吕修春,陶全红,程丙南,胡伟伟,许德章,汪步云,邓启超
专利摘要:本发明涉及机器视觉教学技术领域,具体为一种机器视觉检测工作台,包括钣金工作台、设置在钣金工作台上的外观检测模块、输送线模块、快换工具模块、电磁阀组、机器人模块、物料缺陷检测模块、三色灯组件、电脑、操作控制模块、字符检测模块、电路模块、二维码识别和尺寸检测模块、视觉定位绘画模块。本发明基于机器视觉的视觉模式识别、视觉定位、尺寸测量和外观检测四大类功能,同时进行电气线路个性化设计,实现单元电路控制和气路连接即插即用,增加学生对电路和气路的认知学习,提高学生对现有机器视觉技术产品的集成应用能力,推进“人工智能+”下院校专业人才在培养目标、课程体系、教学条件、考核评价、师资队伍建设上的改革。
主权利要求:
1.一种机器视觉检测工作台,其特征在于:包括钣金工作台(14)、设置在钣金工作台(14)上的外观检测模块(1)、输送线模块(2)、快换工具模块(3)、电磁阀组(4)、机器人模块(5)、物料缺陷检测模块(6)、三色灯组件(7)、电脑(8)、操作控制模块(9)、字符检测模块(10)、电路模块(11)、二维码识别和尺寸检测模块(12)、视觉定位绘画模块(13);
所述快换工具模块(3)、机器人模块(5)配合用于实现零件的搬运、码垛和分类;
所述外观检测模块(1)、输送线模块(2)、快换工具模块(3)、机器人模块(5)、视觉定位绘画模块(13)配合用于学习机器视觉的外观检测;
所述外观检测模块(1)、快换工具模块(3)、机器人模块(5)、物料缺陷检测模块(6)、视觉定位绘画模块(13)配合用于学习机器视觉的缺陷检测;
所述快换工具模块(3)、机器人模块(5)、二维码识别和尺寸检测模块(12)、视觉定位绘画模块(13)配合用于学习机器视觉的视觉模式识别与尺寸检测;
所述快换工具模块(3)、机器人模块(5)、字符检测模块(10)、视觉定位绘画模块(13)配合用于学习机器视觉设备的选型;
所述快换工具模块(3)、机器人模块(5)、视觉定位绘画模块(13)配合用于学习机器视觉的视觉定位;
所述二维码识别和尺寸检测模块(12)包括尺寸检测成品库(121)、尺寸检测原材料库(124),所述尺寸检测成品库(121)、尺寸检测原材料库(124)内设有工具卡(123),所述工具卡(123)上粘贴有二维码贴纸(122);
所述视觉定位绘画模块(13)包括视觉支架(132),所述视觉支架(132)上自下而上依次设有A4纸(131)、光源(133)、工业相机镜头(134)、工业相机(135),所述光源(133)包括有红色环形光源、绿色环形光源、白色环形光源、同轴光源、背光光源。
2.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测工作台,其特征在于:所述外观检测模块(1)包括分类仓库(111)、设置在分类仓库(111)上的物料,物料包括正方形物料块(112)、圆形物料块(113)、六边形物料块(114),每种物料具备黑、白两种颜色。
3.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测工作台,其特征在于:所述输送线模块(2)包括输送线线体(27),所述输送线线体(27)的一端设有推出气缸(21)、外观检测仓库(22)、输送线挡边(24),所述外观检测仓库(22)上设有对射开关(23),所述输送线线体(27)的另一端设有光电开关(25)、限位板(26)。
4.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测工作台,其特征在于:所述快换工具模块(3)包括快换工具架(31),所述快换工具架(31)上对应设有吸盘夹具(32)、电磁铁工具(33)、画笔工具(34)。
5.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测工作台,其特征在于:所述机器人模块(5)包括机器人(52),所述机器人(52)的末端设有机器人末端夹具(51),所述机器人(52)通过机器人底板(53)固定安装在钣金工作台(14)上。
6.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测工作台,其特征在于:所述物料缺陷检测模块(6)包括缺陷检测成品库(61)、缺陷检测原材料库(63),所述缺陷检测成品库(61)、缺陷检测原材料库(63)上均设有缺陷检测微动开关(62),所述缺陷检测原材料库(63)上设有缺陷检测齿轮(64)。
7.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测工作台,其特征在于:所述操作控制模块(9)包括操作控制安装板(91),所述操作控制安装板(91)上对应设有触摸屏(92)、紧急停止按钮(93)、停止按钮(94)、启动按钮(95)、红色指示灯(96)、绿色指示灯(97)。
8.根据权利要求1所述的一种机器视觉检测工作台,其特征在于:所述字符检测模块(10)包括字符检测仓库(101),所述字符检测仓库(101)上对应设有字符检测微动开关(102)、字符检测物料(103),所述字符检测物料(103)上粘贴有字符贴纸(104),所述字符检测物料(103)包括绿色正方形物料与红色正方形物料,所述字符贴纸(104)具备白色和黑色两种颜色。 说明书 : 一种机器视觉检测工作台技术领域[0001] 本发明涉及机器视觉教学技术领域,具体为一种机器视觉检测工作台。背景技术[0002] 机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支,机器视觉系统是通过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,得到被摄目标的形态信息,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号。图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。[0003] 目前国内市场改革对于机器视觉和人工智能技术相关专业人才需求很高,高速的自动化改革对于人工智能和机器视觉人才需求更加的强烈。因此各地高校均开设了机器视觉专业或相关课程,然而在机器视觉专业的授课过程中,缺少具有引导学生动手、将实践与学习相结合的实验课程,而且多数老师只能参考课本进行讲解,无法引起学生的兴趣,教学效果不是十分理想。[0004] 因此,需要可以同时进行几何物品的定位、检测、识别、测量的机器视觉教学工作台,满足院校教学要求。[0005] 申请号为202010907558.3“一种机器视觉教学创新平台”,包括直角坐标机器人、视觉检测与执行模块、控制集成模块、电气控制模块、电缸滑台、光学平板、视觉标定网格模块;其中属于视觉检测与执行模块的工业相机、光源和单吸盘都位于直角坐标机器人的末端执行器上;待检测物品依次经过电缸滑台运送、工业相机拍照、机器视觉软件处理及分析、PLC控制吸盘执行分拣操作。该发明以机器视觉检测的应用为核心,结合机器人技术,定位、标定、图像处理、测量、识别、开发的一款教学与研究于一体的机器视觉设备。但该发明场景单一,且不为典型运用场景,配备的实训模块较少,培训的内容单一;仅为直角坐标机器人搭配视觉检测模式,直角坐标系机器人没有工业六轴机器人运用广泛,机器人夹具仅存在吸盘工具,工业自动化控制与人工智能技术无法涉及;无法进行视觉尺寸测量与视觉模式识别这两个典型视觉功能的学习。发明内容[0006] 为了解决上述技术问题,本发明提出了一种机器视觉检测工作台。[0007] 本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:[0008] 一种机器视觉检测工作台,包括钣金工作台、设置在钣金工作台上的外观检测模块、输送线模块、快换工具模块、电磁阀组、机器人模块、物料缺陷检测模块、三色灯组件、电脑、操作控制模块、字符检测模块、电路模块、二维码识别和尺寸检测模块、视觉定位绘画模块;[0009] 所述快换工具模块、机器人模块配合用于实现零件的搬运、码垛和分类;[0010] 所述外观检测模块、输送线模块、快换工具模块、机器人模块、视觉定位绘画模块配合用于学习机器视觉的外观检测;[0011] 所述外观检测模块、快换工具模块、机器人模块、物料缺陷检测模块、视觉定位绘画模块配合用于学习机器视觉的缺陷检测;[0012] 所述快换工具模块、机器人模块、二维码识别和尺寸检测模块、视觉定位绘画模块配合用于学习机器视觉的视觉模式识别与尺寸检测;[0013] 所述快换工具模块、机器人模块、字符检测模块、视觉定位绘画模块配合用于学习机器视觉设备的选型;[0014] 所述快换工具模块、机器人模块、视觉定位绘画模块配合用于学习机器视觉的视觉定位。[0015] 优选地,所述外观检测模块包括分类仓库、设置在分类仓库上的物料,物料包括正方形物料块、圆形物料块、六边形物料块,每种物料具备黑、白两种颜色。[0016] 优选地,所述输送线模块包括输送线线体,所述输送线线体的一端设有推出气缸、外观检测仓库、输送线挡边,所述外观检测仓库上设有对射开关,所述输送线线体的另一端设有光电开关、限位板。[0017] 优选地,所述快换工具模块包括快换工具架,所述快换工具架上对应设有吸盘夹具、电磁铁工具、画笔工具。[0018] 优选地,所述机器人模块包括机器人,所述机器人的末端设有机器人末端夹具,所述机器人通过机器人底板固定安装在钣金工作台上。[0019] 优选地,所述物料缺陷检测模块包括缺陷检测成品库、缺陷检测原材料库,所述缺陷检测成品库、缺陷检测原材料库上均设有缺陷检测微动开关,所述缺陷检测原材料库上设有缺陷检测齿轮。[0020] 优选地,所述操作控制模块包括操作控制安装板,所述操作控制安装板上对应设有触摸屏、紧急停止按钮、停止按钮、启动按钮、红色指示灯、绿色指示灯。[0021] 优选地,所述字符检测模块包括字符检测仓库,所述字符检测仓库上对应设有字符检测微动开关、字符检测物料,所述字符检测物料上粘贴有字符贴纸,所述字符检测物料包括绿色正方形物料与红色正方形物料,所述字符贴纸具备白色和黑色两种颜色。[0022] 优选地,所述二维码识别和尺寸检测模块包括尺寸检测成品库、尺寸检测原材料库,所述尺寸检测成品库、尺寸检测原材料库内设有工具卡,所述工具卡上粘贴有二维码贴纸。[0023] 优选地,所述视觉定位绘画模块包括视觉支架,所述视觉支架上自下而上依次设有A4纸、光源、工业相机镜头、工业相机,所述光源包括有红色环形光源、绿色环形光源、白色环形光源、同轴光源、背光光源。[0024] 本发明的有益效果是:[0025] 本发明基于机器视觉的视觉模式识别、视觉定位、尺寸测量和外观检测四大类功能,与工业机器人控制、运动控制、人工智能机器学习等多种技术融合,同时进行电气线路个性化设计,实现单元电路控制和气路连接即插即用,增加学生对电路和气路的认知学习,另外可以对PLC编程与调试、机器人编程、机器人视觉检测软件与工业机器人通信等多方面训练,能进一步深化产学融合,提高学生对现有机器视觉技术产品的集成应用能力,推进“人工智能+”下院校专业人才在培养目标、课程体系、教学条件、考核评价、师资队伍建设上的改革。附图说明[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:[0027] 图1为本发明的立体结构示意图;[0028] 图2为本发明中外观检测模块的立体结构示意图;[0029] 图3为本发明中输送线模块的立体结构示意图;[0030] 图4为本发明中快换工具模块的立体结构示意图;[0031] 图5为本发明中机器人模块的立体结构示意图;[0032] 图6为本发明中物料缺陷检测模块的立体结构示意图;[0033] 图7为本发明中操作控制模块的立体结构示意图;[0034] 图8为本发明中字符检测模块的立体结构示意图;[0035] 图9为本发明中二维码识别和尺寸检测模块的立体结构示意图;[0036] 图10为本发明中视觉定位绘画模块的立体结构示意图。[0037] 图中:1、外观检测模块;111、分类仓库;112、正方形物料块;113、圆形物料块;114、六边形物料块;[0038] 2、输送线模块;21、推出气缸;22、外观检测仓库;23、对射开关;24、输送线挡边;25、光电开关;26、限位板;27、输送线线体;[0039] 3、快换工具模块;31、快换工具架;32、吸盘夹具;33、电磁铁工具;34、画笔工具;[0040] 4、电磁阀组;[0041] 5、机器人模块;51、机器人末端夹具;52、机器人;53、机器人底板;[0042] 6、物料缺陷检测模块;61、缺陷检测成品库;62、缺陷检测微动开关;63、缺陷检测原材料库;64、缺陷检测齿轮;[0043] 7、三色灯组件;[0044] 8、电脑;[0045] 9、操作控制模块;91、操作控制安装板;92、触摸屏;93、紧急停止按钮;94、停止按钮;95、启动按钮;96、红色指示灯;97、绿色指示灯;[0046] 10、字符检测模块;101、字符检测仓库;102、字符检测微动开关;103、字符检测物料;104、字符贴纸;[0047] 11、电路模块;[0048] 12、二维码识别和尺寸检测模块;121、尺寸检测成品库;122、二维码贴纸;123、工具卡;124、尺寸检测原材料库;[0049] 13、视觉定位绘画模块;131、A4纸;132、视觉支架;133、光源;134、工业相机镜头;135、工业相机;[0050] 14、钣金工作台。具体实施方式[0051] 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,下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。[0052] 如图1所示,一种机器视觉检测工作台,包括钣金工作台14、外观检测模块1、输送线模块2、快换工具模块3、电磁阀组4、机器人模块5、物料缺陷检测模块6、三色灯组件7、电脑8、操作控制模块9、字符检测模块10、电路模块11、二维码识别和尺寸检测模块12、视觉定位绘画模块13。[0053] 所述外观检测模块1、输送线模块2沿前后方向设置在钣金工作台14的最左侧,所述快换工具模块3位于外观检测模块1、输送线模块2的右侧,所述机器人模块5位于快换工具模块3的右侧,所述物料缺陷检测模块6、字符检测模块10沿前方向分布在机器人模块5的右侧,所述二维码识别和尺寸检测模块12、视觉定位绘画模块13位于机器人模块5的前侧,所述电磁阀组4设置在机器人模块5的后方左侧,所述三色灯组件7设置在机器人模块5的后方右侧,所述电路模块11设置在钣金工作台14内部。所述电脑8、操作控制模块9设置在钣金工作台14右侧。所述物料缺陷检测模块6、字符检测模块10、三色灯组件7与电脑8之间设有安全隔板。[0054] 所述钣金工作台14用于承载上述各个模块及部件;所述电磁阀组4用于实现工作台气路控制;所述三色灯组件7用于实现整个生产线报警功能;所述电路模块11采用PLC控制各功能模块,电控挂板安装方式安装,可拆解,电控挂板为工作站指定接线区域,学生可在该区域进行工作台各模块间的电气接线、设计、维护、控制实训,亦可完成各模块之间的工业以太网通讯实训。[0055] 如图1和图2所示,所述外观检测模块1用于学生学习机器视觉的外观检测部分,包括用于存放物料的分类仓库111,所述物料用于外观检测,包括有两个正方形物料块112、两个圆形物料块113、两个六边形物料块114,每种物料块具备白色和黑色两种颜色。[0056] 如图1和图3所示,所述输送线模块2用于储存与运输外观检测模块中的各个分类物料块,用于学习机器视觉的外观检测部分。包括用于运输物料块的输送线线体27、设置在输送线线体27一侧端部处的推出气缸21、外观检测仓库22、设置在输送线线体27另一侧端部处的光电开关25、限位板26,所述外观检测仓库22用于存放物料块,所述推出气缸21用于将物料块推出出库,所述外观检测仓库22上设有用于检测外观检测仓库22中物料有无的对射开关23,所述外观检测仓库22的出口侧边处设有用于物料块出库限位的输送线挡边24,所述光电开关25用于检测物料块是否到位,所述限位板26用于物料块终点限位。[0057] 如图1和图4所示,所述快换工具模块3用于配合机器人模块5以实现对应功能。包括用于存放夹持工具的快换工具架31,所述快换工具架31上对应设有吸盘夹具32、电磁铁工具33、画笔工具34。所述吸盘夹具32和电磁铁工具33用于实现气动吸取和电动吸取,所述画笔工具34用于实现写字绘图功能。[0058] 如图1和图5所示,所述机器人模块5用于配合快换工具模块3中的各个快换工具实现零件的搬运、码垛和分类等功能。包括具有功能主体的机器人52、设置在机器人52末端上的机器人末端夹具51、用于将机器人52固定在钣金工作台14上的机器人底板53。[0059] 如图1和图6所示,所述物料缺陷检测模块6用于学生选择合适的光源和镜头进行检测,并利用视觉软件进行合格品与不合格品的自动判别之后按规定入库,用于学习机器视觉的缺陷检测部分。所述物料缺陷检测模块6包括三个缺陷检测齿轮64、用于存放三个缺陷检测齿轮64的缺陷检测原材料库63、用于存放识别后的缺陷检测齿轮64的缺陷检测成品库61,所述缺陷检测成品库61与缺陷检测原材料库63并排分布,所述缺陷检测成品库61、缺陷检测原材料库63上均对应设有三个缺陷检测微动开关62。所述三个缺陷检测齿轮64中仅有一个为合格品,其余两个存在缺齿、坏齿、划痕或点蚀等缺陷。[0060] 如图1和图7所示,所述操作控制模块9用于实现工作台的监控与操作。所述操作控制模块9包括用于安装各个组件的操作控制安装板91、设置在操作控制安装板91上的触摸屏92、紧急停止按钮93、停止按钮94、启动按钮95、红色指示灯96、绿色指示灯97。所述触摸屏92用于实现人机交互功能,所述红色指示灯96用于异常状态显示,所述绿色指示灯97用于正常状态显示。[0061] 如图1和图8所示,所述字符检测模块10用于学生根据光源对比色与互补色原理,选择合适的光源和镜头进行字符检测之后按规定入库,用于学习机器视觉设备的选型。所述字符检测模块10包括用于存放物料的字符检测仓库101、设置在字符检测仓库101上的字符检测微动开关102、设置在字符检测仓库101上的字符检测物料103,所述字符检测物料103包括绿色正方形物料与红色正方形物料,所述字符检测物料103上粘贴有字符贴纸104,所述字符贴纸104具备白色和黑色两种颜色。[0062] 如图1和图9所示,所述二维码识别和尺寸检测模块12用于学生选择合适的光源和镜头进行二维码信息的读取与工具卡尺寸检测,用于学习机器视觉的视觉识别与尺寸检测部分。所述二维码识别和尺寸检测模块12包括尺寸检测成品库121、尺寸检测原材料库124,所述尺寸检测成品库121、尺寸检测原材料库124内设有工具卡123,所述工具卡123上粘贴有二维码贴纸122。[0063] 所述所述快换工具架31上的吸盘夹具32、电磁铁工具33分别用于对工具卡123的气动吸取和电动吸取。[0064] 如图1和图10所示,所述视觉定位绘画模块13用于学习机器视觉的视觉定位部分。所述视觉定位绘画模块13包括视觉支架132,所述视觉支架132上自下而上依次设有A4纸131、光源133、工业相机镜头134、工业相机135。所述光源133设有五种,分别为红色环形光源、绿色环形光源、白色环形光源、同轴光源、背光光源。所述工业相机镜头134设有两种。使用时,需要学生依据被测物尺寸、颜色、相机安装位置,在满足工作距离、视野范围、分辨率的要求选择合适镜头和光源。[0065] 本发明的使用过程:[0066] 总体流程为:首先,操作者需要完成系统平台的硬件搭建,将钣金工作台14上的各个模块及部件固定在指定位置,检查电路模块11的电路和电磁阀组4的气路是否正常,钣金工作台14是否有故障。之后进行钣金工作台14的系统编程与调试,包括机器人52的编程与调试、PLC的编程与调试、触摸屏92编程与调试、视觉检测调试等。再进行设备的安全功能测试,确保机器人52零点无丢失,机器人52能正常运行,确保各个物理按钮的功能正常。之后进行触摸屏92功能测试,设计相关的画面并能控制相关程序的执行。最后完成系统集成自动化。[0067] 钣金工作台14上各个机器视觉功能部分的流程为:[0068] 机器视觉的外观检测部分:首先操作者选择合适的光源133和工业相机镜头134将其安装在视觉支架132上,其次输送线模块2上的输送线线体27工作,皮带线运动,之后推出气缸21将外观检测仓库22的物料块推出到皮带线上,皮带线带动物料运输到限位板26的限位位置,同时光电开关25检测物料块到位给出信号。之后机器人模块5工作,机器人52运动到快换工具模块3处,机器人末端夹具51夹取吸盘夹具32将输送线模块2的物料块吸取到视觉定位绘画模块13处进行视觉检测,检测物料块的形状和颜色,最后机器人52再将检测好的物料块放置于外观检测模块1的分类仓库111的对应位置。完成单次外观检测。[0069] 机器视觉的缺陷检测部分:首先操作者选择合适的光源133和工业相机镜头134将其安装在视觉支架132上,之后机器人模块5工作,机器人52运动到快换工具模块3处,机器人末端夹具51夹取电磁铁工具33将物料缺陷检测模块6上的缺陷检测齿轮64吸取到视觉定位绘画模块13处进行视觉检测,检测缺陷检测齿轮64的缺陷,最后机器人52再将检测好的缺陷检测齿轮64放置于外观检测模块1的分类仓库111的对应位置。完成单次外观缺陷检测。[0070] 机器视觉设备的选型部分:首先操作者选择合适的光源133和工业相机镜头134将其安装在视觉支架132上。之后选择合适的字符贴纸104粘贴在字符检测物料103上,根据光的互补色原理,同色光源和物料在相机下为白色,此时可以识别黑色贴纸,反之为黑色可以识别白色贴纸。根据对应要求,机器人52运动到快换工具模块3处,机器人末端夹具51夹取吸盘夹具32将字符检测模块10上的字符检测物料103吸取到视觉定位绘画模块13处进行视觉检测。最后机器人52再将检测好的字符检测物料103放置于原位。[0071] 机器视觉的视觉模式识别与尺寸检测部分:首先操作者选择合适的光源133和工业相机镜头134将其安装在视觉支架132上。之后机器人模块5工作,机器人52运动到快换工具模块3处,机器人末端夹具51夹取电磁铁工具33将尺寸检测原材料库124内的工具卡123吸取到视觉定位绘画模块13处进行视觉检测,识别读取工具卡123上的二维码贴纸122标准尺寸数据,并将其保存到电脑8中,再对工具卡123进行尺寸测量,对测量数据进行分析统计并生成数据报表并将其保存到电脑8中,对比数据判断被测件是合格品还是不合格品。最后机器人52再将检测好的工具卡123放置于尺寸检测成品库121的对应区域中。完成单次视觉识别与尺寸测量。[0072] 机器视觉的视觉定位部分:首先操作者选择合适的光源133和工业相机镜头134将其安装在视觉支架132上,之后视觉识别A4纸131上的轨迹并将其传给电脑8中。之后机器人模块5工作,机器人52运动到快换工具模块3处,机器人末端夹具51夹取画笔工具34,利用视觉定位等功能在A4纸131上将轨迹重新绘制出来。[0073] 本发明采用工业六轴机器人搭配多种夹具工具可以用于多用场景,模块众多可以同时学习到机器视觉四大模块与设备选型等。采用模块化设计各个模块作用于不同是视觉场景,方便老师更换和根据课程调整培训内容,同时可以自行开发。一机多用既可以学习机器视觉技术也可以学习工业自动化控制,机器人编程技术和人工智能技术等。[0074] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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。
专利地区:安徽
专利申请日期:2022-03-16
专利公开日期:2024-09-03
专利公告号:CN114627731B