專利名稱：鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動化檢測的技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其用于識別不同鉚釘?shù)耐庑?、?guī)格、尺寸，并完成正廢品分離的工作。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)包括汽車制造、制藥、電子、包裝、印刷、日化、建材、制幣、制卡等幾乎所有行業(yè)，其中涉及到各種各樣的零件規(guī)格檢驗、尺寸識別，如汽車零件批量加工，鉚釘、螺絲尺寸檢測，IC規(guī)格識別等等。通常這種帶有高度重復(fù)性和智能性的工作只能用人的肉眼來完成。但有些時候，如微小的尺寸要做到精確快速測量、形狀匹配、正廢品分離等，人們根本無法用肉眼連續(xù)穩(wěn)定地進行，其他物理測量設(shè)備也難以有用武之地。因此開發(fā)自動檢測設(shè)備可以大大改善勞動者的工作條件，并且大幅度提高測量效率與數(shù)據(jù)精度。傳統(tǒng)鉚釘檢測是采用人工或者其他簡易機械裝置來完成，對工人要求較高，工作 效率極低，不但需要耗費大量的人力、物力，而且常常不能達到較高的準(zhǔn)確率，不利于現(xiàn)代工廠對自動化水平的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其采用可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)作為電氣控制單元，通過獲取傳感器信號和圖像檢測信號，控制電機轉(zhuǎn)盤、振動料盤以及氣泵和電磁閥，使得鉚釘以每分鐘300個的速率通過相機鏡頭曝光拍照，并在電腦(PersonalComputer, PC)上給出合格或不合格信號后，通過吹氣將正品與廢品分離，從而完成整個檢測功能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其包括PLC、兩臺工業(yè)相機、儲料倉、振動料盤、直線軌道、機械轉(zhuǎn)盤、廢品吹氣管、廢品落料槽、正品吹氣管、正品落料槽、落料擋板、圖像采集卡、工控機、觸摸屏、電磁鐵、氣泵電磁閥、上傳感器、下傳感器、孔傳感器、計數(shù)傳感器、步進電機驅(qū)動器和步進電機，其中，所述PLC分別與所述兩臺工業(yè)相機、振動料盤、工控機、觸摸屏、電磁鐵、氣泵電磁閥、上傳感器、下傳感器、孔傳感器、計數(shù)傳感器和步進電機驅(qū)動器相連，所述儲料倉與所述振動料盤相連，所述工業(yè)相機、圖像采集卡、工控機和觸摸屏依次相連，所述步進電機與所述步進電機驅(qū)動器相連，所述直線軌道與振動料盤相連，所述機械轉(zhuǎn)盤與所述直線軌道和步進電機相連；鉚釘檢測位置設(shè)置在所述機械轉(zhuǎn)盤水平面上，且位于所述兩臺工業(yè)相機的正前方，所述鉚釘檢測位置的順時針120度處設(shè)置有廢品吹氣管，逆時針120度處設(shè)置所述孔傳感器，在所述廢品吹氣管到孔傳感器之間，依次裝設(shè)有廢品落料槽、所述計數(shù)傳感器、正品吹氣管和正品落料槽，在所述孔傳感器之前鑲嵌一個落料擋板；其中，待測鉚釘置于所述儲料倉內(nèi)，并適時自動添加到所述振動料盤內(nèi)；所述振動料盤的鉚釘軌道輸出口與直線軌道上端相連，所述直線軌道下端切于所述機械轉(zhuǎn)盤外齒，所述步進電機裝于所述機械轉(zhuǎn)盤底座，所述直線軌道的上下半段分別裝設(shè)有所述上傳感器和下傳感器，所述上傳感器和下傳感器的輸出信號輸入給所述PLC，供所述PLC給出控制所述振動料盤與機械轉(zhuǎn)盤的信號；所述兩臺工業(yè)相機分別為水平相機和垂直相機，所述水平相機用于拍攝鉚釘?shù)你T體直徑、釘芯直徑、鉚體長度和釘芯長度；所述垂直相機用于拍攝鉚釘帽檐直徑；當(dāng)待測鉚釘達到所述鉚釘檢測位置時，所述孔傳感器的輸出觸發(fā)所述兩臺相機拍照，照片通過所述圖像采集卡傳輸?shù)剿龉た貦C中進行圖像檢測；當(dāng)所述兩臺相機拍攝的圖像檢測出鉚釘?shù)母鱾€數(shù)據(jù)后，和原本指標(biāo)進行比對；若所測得數(shù)據(jù)落在設(shè)定范圍之外，則所述工控機中的圖像處理程序給所述PLC的寄存器中寫入一個高位信號，當(dāng)廢品臨近廢料吹氣口時，打開所述氣泵電磁閥，采用提前吹氣，延遲關(guān)斷的方法將廢品剔除；廢品經(jīng)吹出后，正品鉚釘繼續(xù)運行，由所述落料擋板刮落到打包箱中；所述計數(shù)傳感器用于準(zhǔn)確記錄正品鉚釘通過的個數(shù)和檢測廢品分離是否成功，所 述計數(shù)傳感器設(shè)置在廢料吹氣管的后面；當(dāng)計數(shù)傳感器的數(shù)值接近設(shè)定的正品個數(shù)時，落料吹氣口的氣閥打開，正品直接落入打包盒內(nèi)，而不經(jīng)過所述落料擋板刮落；直至正品個數(shù)等于所設(shè)定打包個數(shù)時，所述落料吹氣孔的氣閥關(guān)閉，所述電磁鐵動作，將之后的鉚釘全部擋住下落，待包裝過程結(jié)束后才放開；當(dāng)所述工控機上的圖像處理程序從待機模式進入運行模式時，通過SQL語言在數(shù)據(jù)庫文件中創(chuàng)建以檢測時間和產(chǎn)品型號為名稱的表；進入運行模式后，將產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)同時存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中；在程序運行結(jié)束后，通過所述觸摸屏進行查詢歷史數(shù)據(jù)并生成報表，所述報表包括各個指標(biāo)分布直方圖、廢品列表、客戶抽樣檢測數(shù)據(jù)表以及CPK報表。根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，所述PLC中包含一個Μ000Ε到M0032的移位寄存器。根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述上傳感器和下傳感器都為高時，表示所述直線軌道料滿，機械轉(zhuǎn)盤和振動料盤停止運動；當(dāng)所述上傳感器為低、下傳感器為高時，表示所述直線軌道正在落料，機械轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、振動料盤送料；當(dāng)所述上傳感器和下傳感器都為低時，表示缺料或料空、所有部件停止運動，等待所述儲料倉給振動料盤添料；當(dāng)所述上傳感器為高、下傳感器為低時，表示故障信號。根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，剔除廢品時，所述提前吹氣，延遲關(guān)斷的方法是指當(dāng)廢品的上一個鉚釘經(jīng)過吹氣口后50毫秒后，所述PLC動作，開始吹氣，吹氣時間持續(xù)20-30毫秒后關(guān)閉吹氣。根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，當(dāng)廢品剔除時，若沒有成功的將廢品鉚釘吹離轉(zhuǎn)盤時，所述廢品鉚釘經(jīng)過所述計數(shù)傳感器時，機器將停止運轉(zhuǎn)，所述計數(shù)傳感器正對著的鉚釘即為沒有成功分離的廢品鉚釘；同時，正品鉚釘打包個數(shù)，通過觸摸屏程序設(shè)定。根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，所述直線軌道與振動料盤連接處裝有吹氣口，以保證待測鉚釘有序進入所述直線軌道；所述直線軌道與機械轉(zhuǎn)盤的接觸口裝有吹氣裝置，以保證待測鉚釘平滑進入所述機械轉(zhuǎn)盤齒槽。
根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，所述PLC發(fā)出占空比不變的脈沖信號，輸出給所述步進電機驅(qū)動器從而精確控制所述步進電機的速度，使與之相連的所述機械轉(zhuǎn)盤速率穩(wěn)定運行。根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，在圖像檢測時采用如下步驟獲取待測鉚釘水平與垂直方向的圖像，傳入所述工控機，所述工控機中的圖像處理程序后臺運行，在鏡頭拍攝區(qū)域內(nèi)進行搜索，找到待測鉚釘，通過Pattern Match函數(shù)與模板進行匹配，建立坐標(biāo)系，對應(yīng)圖像上的灰度特征進行邊緣檢測、分析、處理，包括用于濾掉噪聲的高斯模糊處理及用于強化邊緣的拉普拉斯銳化處理，捕捉邊緣檢測點，載入事先完成的比例尺定標(biāo)模版，根據(jù)所測指標(biāo)，選擇各個檢測點之間的測量方法，計算長度尺寸，與之前所設(shè)定的數(shù)據(jù)進行對比，若有越界，視為廢品，將廢品信號寫入PLC移位寄存器中。進一步地，根據(jù)上述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其中，當(dāng)圖像處理程序給出廢品分離信號，由所述PLC控制所述電磁閥吹氣，PLC移位寄存器和定時器配合控制吹氣時 間。因此，本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)可以在無人工操作情況下，自動穩(wěn)定連續(xù)運行5小時以上，完成超過9萬個鉚釘?shù)膱D像尺寸識別，識別精度在±0. 03mm以內(nèi)，并實現(xiàn)廢品剔除與正品計數(shù)打包等操作；同時對所測數(shù)據(jù)，可以記錄、提取，并生成各種客戶需要的報表，可以提高工廠自動化設(shè)備水平，節(jié)約人工檢測成本，并可根據(jù)生成的分析報表對生產(chǎn)工藝提出改進性意見。


圖I是本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的檢測流程圖；圖5是本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的Iabview軟件中Vision Assistant模塊的流程圖。圖中I標(biāo)號說明I、振動料盤 2、直線軌道3、上傳感器DO 4、下傳感器Dl5、孔傳感器D2 6、計數(shù)傳感器D3 7、機械轉(zhuǎn)盤 8、機械外盤9、水平相機10、垂直相機 11、廢品吹氣管 12、正品吹氣管13、廢品落料槽 14、正品落料槽 15、步進電機 16、落料擋板圖中2標(biāo)號說明I、振動料盤2、直線軌道3、上傳感器DO8、機械外盤9、水平相機10、垂直相機 11、廢品吹氣管 12、正品吹氣管13、廢品落料槽 14、正品落料槽 15、步進電機17、鉚釘檢測位置
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
在本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)中，待測鉚釘可批量堆放于儲料倉內(nèi)，儲料倉內(nèi)的鉚釘勻速落于振動料盤內(nèi)，振動料盤鉚釘軌道輸出口與直線軌道上端相連，鉚釘經(jīng)直線軌道有序置于機械轉(zhuǎn)盤上的齒口中，由PLC以及各位置的傳感器來控制振動料盤與步進電機的運行。當(dāng)鉚釘經(jīng)過兩個相機檢測位置時進行拍照，照片通過圖像采集卡傳輸?shù)焦た貦C中進行圖像檢測，判斷正次品，并給出PLC廢品剔除信號，等待廢品剔除模塊進行分離。廢品剔除模塊固定在機械轉(zhuǎn)盤末端，由PLC控制電磁閥的開斷，通過廢品吹氣管將廢品吹出。為完成計數(shù)打包功能，在正品落料口處還裝設(shè)了電磁鐵，用于暫時關(guān)閉落料口給打包留出時間。該系統(tǒng)還配有觸摸屏，與PLC相連接，用以設(shè)置打包個數(shù)、運行時間、在線數(shù)據(jù)實時顯示功能。具體地，根據(jù)各個部件模塊，本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)包括PLC、兩臺工業(yè)相機、儲料倉、振動料盤、直線軌道、機械轉(zhuǎn)盤、廢品吹氣管、廢品落料槽、正品吹氣管、正品落料槽、落料擋板、圖像采集卡、工控機、觸摸屏、電磁鐵、氣泵電磁閥、上傳感器、下傳感器、孔傳感器、計數(shù)傳感器、步進電機驅(qū)動器和步進電機，其中，所述PLC分別與所述兩臺工業(yè)相機、振動料盤、工控機、觸摸屏、電磁鐵、氣泵電磁閥、上傳感器、下傳感器、孔傳感器、計數(shù)傳感器和步進電機驅(qū)動器相連，所述儲料倉與所述振動料盤相連，所述工業(yè)相機、圖像 采集卡、工控機和觸摸屏依次相連，所述步進電機與所述步進電機驅(qū)動器相連，所述直線軌道與振動料盤相連，所述機械轉(zhuǎn)盤與所述直線軌道和步進電機相連；鉚釘檢測位置設(shè)置在所述機械轉(zhuǎn)盤水平面上，且位于所述兩臺工業(yè)相機的正前方，所述鉚釘檢測位置的順時針120度處設(shè)置有廢品吹氣管，逆時針120度處設(shè)置所述孔傳感器，在所述廢品吹氣管到孔傳感器之間，依次裝設(shè)有廢品落料槽、所述計數(shù)傳感器、正品吹氣管和正品落料槽，在所述孔傳感器之前鑲嵌一個落料擋板。根據(jù)上述部件的功能，本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)又可分為(1)儲料倉-振動料盤；⑵直線軌道-電機轉(zhuǎn)盤；⑶圖像檢測模塊；⑷廢品剔除模塊；(5)計數(shù)打包模塊；(6)數(shù)據(jù)與報表模塊等六大部分。下面詳述各個部分的具體結(jié)構(gòu)和功能(I)儲料倉-振動料盤振動料盤和儲料倉作為供料系統(tǒng)，所有的待測鉚釘置于儲料倉內(nèi)，可供運行5小時左右。通過檢測振動料盤中鉚釘料的多少，適時自動添加，使得振動料盤中鉚釘量需保持在三分之一左右，過少的鉚釘會造成供料不及時，降低工作效率；而過多的鉚釘則會使振動料盤出現(xiàn)鉚釘堆積情況。所以在振動料盤上方裝備一個簡易傳感器，當(dāng)鉚釘量達到一定數(shù)量時，傳感器檢測到信號，儲料倉停止給振動料盤輸送貨料，待振動料盤內(nèi)鉚釘量減少后，儲料倉繼續(xù)啟動送料。(2)直線軌道-電機轉(zhuǎn)盤該模塊包括直線軌道、機械轉(zhuǎn)盤、步進電機以及兩個光纖傳感器，其中，直線軌道下端切于機械轉(zhuǎn)盤外齒，步進電機裝于機械轉(zhuǎn)盤底座。振動料盤將料送上直線軌道，與機械轉(zhuǎn)盤和步進電機配合運行。本發(fā)明中包含4個光纖傳感器，分別以上傳感器D0、下傳感器D1、孔傳感器D2和計數(shù)傳感器D3進行標(biāo)示。其中，DO、DU D2為對射光纖傳感器，D3為反射光纖傳感器。在該模塊中，通過光纖傳感器DO和Dl的輸出信號輸入給PLC，經(jīng)過PLC判斷當(dāng)前的狀態(tài)，給出控制信號。DO與Dl不同時間信號配合所得到的輸出電平狀態(tài)決定PLC的動作。當(dāng)DO、Dl都為高時，表示直線軌道料滿，機械轉(zhuǎn)盤和振動料盤停止運動；當(dāng)DO為低、Dl為高時，表示直線軌道正在落料，機械轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、振動料盤送料；當(dāng)DO、Dl都為低時，表示缺料或料空、所有部件停止運動，等待儲料倉給振動料盤添料；當(dāng)DO為高、Dl為低時，表示故障信號。因此，通過DO和Dl的傳感器信號，可以方便的控制振動料盤與電機轉(zhuǎn)盤的啟動與停止，保證整個檢測設(shè)備的正常運行。(3)圖像檢測模塊該模塊包括2臺120萬像素工業(yè)相機及孔傳感器D2、背景光源和儲存在工控機中的圖像處理程序，即含Vision Assistant模塊的Iabview鉚釘檢測程序。其中，2臺相機分別為水平相機和垂直相機。圖像處理程序采用中斷觸發(fā)方式。當(dāng)鉚釘達到指定位置時，孔傳感器D2的輸出觸發(fā)相機拍照，同時相機拍照后進入的含Vision Assistant模塊的Iabview鉚釘檢測程序進行圖像處理工作。圖像處理從程序和數(shù)據(jù)保存從程序之間采用了基于隊列的生產(chǎn)者消費者模型。圖像處理程序?qū)⒔Y(jié)果存放于隊列中，數(shù)據(jù)保存從程序?qū)?shù)據(jù)同步存入數(shù)據(jù)庫中。水平相機用于拍攝鉚釘?shù)膁、dm、I、p尺寸，即鉚體直徑、釘芯直徑、鉚體長度、釘芯長度；垂直相機用于拍攝圖中的dk尺寸，即鉚釘帽檐直徑。其中，孔傳感器D2作為 照相觸發(fā)信號，當(dāng)機械轉(zhuǎn)盤齒輪轉(zhuǎn)過時，信號高低間隔輸出，以確保當(dāng)鉚釘轉(zhuǎn)過相機正前方時，準(zhǔn)確曝光。(4)廢品剔除模塊該模塊包括氣泵電磁閥。當(dāng)相機圖像檢測出鉚釘?shù)母鱾€數(shù)據(jù)后，會和原本指標(biāo)進行比對。若所測得數(shù)據(jù)落在設(shè)定范圍之外，則Labview程序給PLC的寄存器中寫入一個高位信號。PLC中使用移位寄存器，創(chuàng)建一個Μ000Ε到M0032的寄存器空間，其個數(shù)正好等于相機檢測到廢品吹氣管之間的轉(zhuǎn)盤孔數(shù)。在廢品臨近廢料吹氣口時，采用提前吹氣，延遲關(guān)斷的方法。當(dāng)廢品的上一個鉚釘經(jīng)過吹氣口后50毫秒后，PLC動作，開始吹氣，吹氣時間持續(xù)20-30毫秒后關(guān)閉吹氣。這樣做可以確保不影響到廢品前后2個鉚釘，以免發(fā)生誤吹或錯吹現(xiàn)象。所有的孔數(shù)計算，都通過孔傳感器D2來完成。待廢品經(jīng)吹出后，落料在機箱邊上的小抽屜中。正品鉚釘繼續(xù)運行，由落料擋板刮落到打包箱中。(5)計數(shù)打包模塊該模塊包括計數(shù)傳感器D3、電磁鐵、電磁閥。在廢料吹氣管的后面，裝設(shè)計數(shù)傳感器D3，其作用有二 一為正品計數(shù)，準(zhǔn)確記錄正品鉚釘通過的個數(shù)，使得之后正品打包每箱個數(shù)一致；二為檢測廢品分離是否成功。當(dāng)廢品吹氣時，若發(fā)生意外，沒有成功的將廢品鉚釘吹離電機轉(zhuǎn)盤時，該廢品鉚釘經(jīng)過計數(shù)傳感器D3時，機器將停止運轉(zhuǎn)，而計數(shù)傳感器D3正對著的這個鉚釘即沒有成功分離的廢品鉚釘。正品鉚釘打包個數(shù)，可以通過觸摸屏程序設(shè)定。當(dāng)正品計數(shù)器數(shù)值接近所設(shè)定個數(shù)時，落料吹氣口的氣閥將打開，此時正品將直接落入打包盒內(nèi)，而不經(jīng)過落料擋板刮落，直至正品個數(shù)等于所設(shè)定打包個數(shù)時，氣閥關(guān)閉。此時，電磁鐵動作，將之后的鉚釘全部擋住下落，待包裝過程結(jié)束后才放開，這樣后一批鉚釘則可落入下一個新的包裝盒內(nèi)。PLC程序控制如圖4所示，其原理則是利用正品吹氣與擋板落料之間的時間差，用于電磁鐵的關(guān)閉動作，起到了隔離每一批鉚釘?shù)淖饔谩?6)數(shù)據(jù)與報表系統(tǒng)由于本系統(tǒng)每日需檢測十萬個以上的鉚釘，數(shù)據(jù)量較大，同時又需防止系統(tǒng)突然斷電導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。因此本發(fā)明采用數(shù)據(jù)庫實時保存數(shù)據(jù)的方法。Labview提供了ActiveX方法以實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫的連接。為減少用戶操作，系統(tǒng)采用動態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文件的方法。每次程序從待機模式進入運行模式時，通過SQL語言在此數(shù)據(jù)庫文件中創(chuàng)建以檢測時間和產(chǎn)品型號為名稱的表。進入運行模式后，將產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)同時存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中。在程序運行結(jié)束后，在選擇“退出”之前，程序界面右下角“報表”與“退出”選項，用于產(chǎn)生此次運行的報表excel文件。按下報表后，選擇當(dāng)前數(shù)據(jù)，然后選擇要產(chǎn)生的報表樣式，通過報表模版的調(diào)用，提供生成分析報表、客戶報表以及各個指標(biāo)的CPK報表。下面結(jié)合圖I、圖2詳細介紹一下本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的工作流程在圖I中，鉚釘由儲糧倉送入振動料盤I中，經(jīng)振動后有序進入直線軌道2，直線軌道2的上下段裝有上傳感器D03和下傳感器D14，根據(jù)設(shè)定的邏輯關(guān)系配合送料，保證送料的連續(xù)、穩(wěn)定。待鉚釘進入機械轉(zhuǎn)盤7進行順時針旋轉(zhuǎn)，孔傳感器D25觸發(fā)水平相機9和 垂直相機10進行拍照；當(dāng)兩個相機收到觸發(fā)信號時，同時拍下正前方的鉚釘照片，由工控機中的圖像處理程序進行圖像檢測，并給出正廢品信號，并通過PLC的移位寄存器；待廢品鉚釘旋轉(zhuǎn)至廢品吹氣管11處，電磁閥動作，將廢品吹落；正品鉚釘繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，至正品落料槽14，經(jīng)落料擋板16落下；計數(shù)傳感器D36檢測所經(jīng)過的正品鉚釘數(shù)目；當(dāng)廢品吹氣管11由于意外原因失效時，計數(shù)傳感器D36亦可作為檢測傳感器，根據(jù)PLC移位寄存器信號判斷廢品應(yīng)該吹出后，且該位置為空時，計數(shù)傳感器6若仍然檢測到鉚釘，則運行PLC停止命令，使系統(tǒng)停止運行，需人工手動清除停在計數(shù)傳感器6前的廢品鉚釘，然后方可繼續(xù)運行。正品吹氣管12功能適用于需要打包動作的場合，打包個數(shù)由觸摸屏設(shè)定，當(dāng)正品記錄個數(shù)接近打包個數(shù)時，正品吹氣管12 口開始動作,待正品個數(shù)等于打包個數(shù)時,氣閥關(guān)閉，并重新計數(shù)，后面的鉚釘運行I秒后由落料擋板16撥入正品落料管11 口。在這I秒的時間差內(nèi)，電磁鐵動作，封閉住正品落料槽14的下端，給后序的紙盒打包、傳送工作騰出時間，待收到新的包裝盒就位后，開啟正品落料槽14，這段時間內(nèi)被封閉的鉚釘落入新的打包盒內(nèi)。圖2從側(cè)面看整個系統(tǒng)，其中，步進電機15設(shè)置于機械轉(zhuǎn)盤下方，由PLC發(fā)出的脈沖信號控制，穩(wěn)定速率為30度/秒。在機械轉(zhuǎn)盤水平面上，設(shè)定鉚釘檢測位置17位于水平相機9和垂直相機10正前方，順時針120度處放置廢品吹氣管11，逆時針120度處為孔傳感器D2，始終檢測機械轉(zhuǎn)盤的齒口，給出一系列的觸發(fā)信號，使兩個相機同時拍下處在鉚釘檢測位置17的鉚釘圖像。在廢品吹氣管11到孔傳感器D2之間，依次裝設(shè)廢品落料槽13、計數(shù)傳感器D3、正品吹氣管12和正品落料槽14，在孔傳感器D2之前鑲嵌一個落料擋板，將合格的鉚釘剝落到正品落料槽14中。被監(jiān)測后的鉚釘，依次經(jīng)過上述部件，實現(xiàn)正廢品的分離。圖3是本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。由圖可知，該系統(tǒng)由PLC作為邏輯控制中心，同時控制振動料盤、步進電機、電磁鐵、電磁閥等多個對象。PLC接收四個光纖傳感器的信號，控制鉚釘進料速度、觸發(fā)相機、給出正廢品分離吹氣信號。正廢品的判別信號，由圖像采集后經(jīng)計算機程序處理后給出，并計入PLC移位寄存器中，待位置匹配時，控制電磁閥吹氣。圖5是本發(fā)明中圖像檢測部分的軟件流程圖。首先，由孔傳感器D2發(fā)出相機觸發(fā)信號，水平相機和垂直相機同時捕捉當(dāng)前鉚釘?shù)乃胶痛怪眻D像。以水平圖像為例，圖片轉(zhuǎn)入內(nèi)存，在工控機中載入IabView程序,進入Vision Assistant軟件模塊進行圖像處理。通過NI的Vision Assistant軟件進行圖像處理流程設(shè)計及參數(shù)選擇。具體的圖像處理分為以下幾個步驟I.在鏡頭拍攝區(qū)域內(nèi)進行搜索，找到待測鉚釘；2.通過Pattern Match函數(shù)與模板進行匹配,并建立坐標(biāo)系；3.對應(yīng)圖像上的灰度特征進行邊緣檢測、分析、處理，包括用于濾掉噪聲的高斯模糊處理及用于強化邊緣的拉普拉斯銳化處理，捕捉邊緣檢測點；4.載入事先完成的比例尺定標(biāo)模版；5.根據(jù)所測指標(biāo)，選擇各個檢測點之間的測量方法，計算長度尺寸。 圖像處理結(jié)束后，所得數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄于數(shù)據(jù)庫文件中，并與之前所設(shè)定的數(shù)據(jù)進行對比，若有越界，則視為廢品，通過Iabview程序?qū)U品信號寫入PLC移位寄存器中，等待PLC控制電磁閥動作。綜上，本發(fā)明的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)提供各種高速度、高精度、體積小、靈活易用的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)自動識別檢測功能，能在高速狀態(tài)下準(zhǔn)確地測量、定位、辯識及檢查產(chǎn)品；其可以確定檢測結(jié)果，并將處理過程的信息實時顯示在觸摸屏、電腦屏上，并且支持多種通信協(xié)議，能直接或通過計算機和其它任何設(shè)備進行通訊，而且在現(xiàn)場調(diào)試中能方便地修改和優(yōu)化參數(shù)，功能強大，成熟實用；通過方便簡潔的用戶界面，操作可編程控制器完成將鉚釘零件自動依次排列并進行機器視覺檢測，以及進行圖像處理用于判斷測量尺寸是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，最終實現(xiàn)正品與廢品的分離。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括PLC、兩臺工業(yè)相機、儲料倉、振動料盤、直線軌道、機械轉(zhuǎn)盤、廢品吹氣管、廢品落料槽、正品吹氣管、正品落料槽、落料擋板、圖像采集卡、工控機、觸摸屏、電磁鐵、氣泵電磁閥、上傳感器、下傳感器、孔傳感器、計數(shù)傳感器、步進電機驅(qū)動器和步進電機，其中，所述PLC分別與所述兩臺工業(yè)相機、振動料盤、工控機、觸摸屏、電磁鐵、氣泵電磁閥、上傳感器、下傳感器、孔傳感器、計數(shù)傳感器和步進電機驅(qū)動器相連，所述儲料倉與所述振動料盤相連，所述工業(yè)相機、圖像采集卡、工控機和觸摸屏依次相連，所述步進電機與所述步進電機驅(qū)動器相連，所述直線軌道與振動料盤相連，所述機械轉(zhuǎn)盤與所述直線軌道和步進電機相連；鉚釘檢測位置設(shè)置在所述機械轉(zhuǎn)盤水平面上，且位于所述兩臺工業(yè)相機的正前方，所述鉚釘檢測位置的順時針120度處設(shè)置有廢品吹氣管，逆時針120度處設(shè)置所述孔傳感器，在所述廢品吹氣管到孔傳感器之間，依次裝設(shè)有廢品落料槽、所述計數(shù)傳感器、正品吹氣管和正品落料槽，在所述孔傳感器之前鑲嵌一個落料擋板； 其中，待測鉚釘置于所述儲料倉內(nèi)，并適時自動添加到所述振動料盤內(nèi)；所述振動料盤的鉚釘軌道輸出口與直線軌道上端相連，所述直線軌道下端切于所述機械轉(zhuǎn)盤外齒，所述步進電機裝于所述機械轉(zhuǎn)盤底座，所述直線軌道的上下半段分別裝設(shè)有所述上傳感器和下傳感器，所述上傳感器和下傳感器的輸出信號輸入給所述PLC，供所述PLC給出控制所述振動料盤與機械轉(zhuǎn)盤的信號； 所述兩臺工業(yè)相機分別為水平相機和垂直相機，所述水平相機用于拍攝鉚釘?shù)你T體直徑、釘芯直徑、鉚體長度和釘芯長度；所述垂直相機用于拍攝鉚釘帽檐直徑；當(dāng)待測鉚釘達到所述鉚釘檢測位置時，所述孔傳感器的輸出觸發(fā)所述兩臺相機拍照，照片通過所述圖像采集卡傳輸?shù)剿龉た貦C中進行圖像檢測； 當(dāng)所述兩臺相機拍攝的圖像檢測出鉚釘?shù)母鱾€數(shù)據(jù)后，和原本指標(biāo)進行比對；若所測得數(shù)據(jù)落在設(shè)定范圍之外，則所述工控機中的圖像處理程序給所述PLC的寄存器中寫入一個高位信號，當(dāng)廢品臨近廢料吹氣口時，打開所述氣泵電磁閥，采用提前吹氣，延遲關(guān)斷的方法將廢品剔除；廢品經(jīng)吹出后，正品鉚釘繼續(xù)運行，由所述落料擋板刮落到打包箱中；所述計數(shù)傳感器用于準(zhǔn)確記錄正品鉚釘通過的個數(shù)和檢測廢品分離是否成功，所述計數(shù)傳感器設(shè)置在廢料吹氣管的后面；當(dāng)計數(shù)傳感器的數(shù)值接近設(shè)定的正品個數(shù)時，落料吹氣口的氣閥打開，正品直接落入打包盒內(nèi)，而不經(jīng)過所述落料擋板刮落；直至正品個數(shù)等于所設(shè)定打包個數(shù)時，所述落料吹氣孔的氣閥關(guān)閉，所述電磁鐵動作，將之后的鉚釘全部擋住下落，待包裝過程結(jié)束后才放開； 當(dāng)所述工控機上的圖像處理程序從待機模式進入運行模式時，通過SQL語言在數(shù)據(jù)庫文件中創(chuàng)建以檢測時間和產(chǎn)品型號為名稱的表；進入運行模式后，將產(chǎn)生的檢測數(shù)據(jù)同時存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中；在程序運行結(jié)束后，通過所述觸摸屏進行查詢歷史數(shù)據(jù)并生成報表，所述報表包括各個指標(biāo)分布直方圖、廢品列表、客戶抽樣檢測數(shù)據(jù)表以及CPK報表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述PLC中包含一個Μ000Ε到M0032的移位寄存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述上傳感器和下傳感器都為高時，表示所述直線軌道料滿，機械轉(zhuǎn)盤和振動料盤停止運動；當(dāng)所述上傳感器為低、下傳感器為高時，表示所述直線軌道正在落料，機械轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)、振動料盤送料；當(dāng)所述上傳感器和下傳感器都為低時，表示缺料或料空、所有部件停止運動，等待所述儲料倉給振動料盤添料；當(dāng)所述上傳感器為高、下傳感器為低時，表示故障信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，剔除廢品時，所述提前吹氣，延遲關(guān)斷的方法是指當(dāng)廢品的上一個鉚釘經(jīng)過吹氣口后50毫秒后，所述PLC動作，開始吹氣，吹氣時間持續(xù)20-30毫秒后關(guān)閉吹氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)廢品剔除時，若沒有成功的將廢品鉚釘吹離轉(zhuǎn)盤時，所述廢品鉚釘經(jīng)過所述計數(shù)傳感器時，機器將停止運轉(zhuǎn)，所述計數(shù)傳感器正對著的鉚釘即為沒有成功分離的廢品鉚釘；同時，正品鉚釘打包個數(shù)，通過觸摸屏程序設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述直線軌道與振動料盤連接處裝有吹氣口，以保證待測鉚釘有序進入所述直線軌道；所述直線軌道與機械轉(zhuǎn)盤的接觸口裝有吹氣裝置，以保證待測鉚釘平滑進入所述機械轉(zhuǎn)盤齒槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述PLC發(fā)出占空比不變的脈沖信號，輸出給所述步進電機驅(qū)動器從而精確控制所述步進電機的速度，使與之相連的所述機械轉(zhuǎn)盤速率穩(wěn)定運行。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，在圖像檢測時采用如下步驟獲取待測鉚釘水平與垂直方向的圖像，傳入所述工控機，所述工控機中的圖像處理程序后臺運行，在鏡頭拍攝區(qū)域內(nèi)進行搜索，找到待測鉚釘，通過Pattern Match函數(shù)與模板進行匹配，建立坐標(biāo)系，對應(yīng)圖像上的灰度特征進行邊緣檢測、分析、處理，包括用于濾掉噪聲的高斯模糊處理及用于強化邊緣的拉普拉斯銳化處理，捕捉邊緣檢測點，載入事先完成的比例尺定標(biāo)模版，根據(jù)所測指標(biāo)，選擇各個檢測點之間的測量方法，計算長度尺寸，與之前所設(shè)定的數(shù)據(jù)進行對比，若有越界，視為廢品，將廢品信號寫入PLC移位寄存器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)圖像處理程序給出廢品分離信號，由所述PLC控制所述電磁閥吹氣，PLC移位寄存器和定時器配合控制吹氣時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉚釘機器視覺自動檢測系統(tǒng)，其包括PLC、兩臺工業(yè)相機、儲料倉、振動料盤、直線軌道、機械轉(zhuǎn)盤、廢品吹氣管、廢品落料槽、正品吹氣管、正品落料槽、落料擋板、圖像采集卡、工控機、觸摸屏、電磁鐵、氣泵電磁閥、上傳感器、下傳感器、孔傳感器、計數(shù)傳感器、步進電機驅(qū)動器和步進電機。該系統(tǒng)檢測精度在±0.03mm以內(nèi)；通過PLC對電磁閥的控制，完成精準(zhǔn)的廢品吹氣，實現(xiàn)正廢品分離；最終的正品數(shù)由計數(shù)器準(zhǔn)確記錄，利用時間差關(guān)閉落料口，為后續(xù)打包工序進行準(zhǔn)備；所有數(shù)據(jù)記錄于數(shù)據(jù)庫中，一鍵可生成各類生產(chǎn)、客戶、分析和CPK報表。
文檔編號B07C5/10GK102829726SQ201210287619
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者翟程遠, 魯睿婷, 陳德榮, 崔楊, 文杰, 荊江平, 田月華 申請人:上海交通大學(xué)