中小型金屬工件在線檢測系統的設計

王鑫剛（中國船舶重工集團公司第七一三研究所，河南鄭州，450005）

中小型金屬工件在線檢測系統的設計

王鑫剛
（中國船舶重工集團公司第七一三研究所，河南鄭州，450005）

伴隨快速發展的機器視覺技術，利用圖像處理技術對工件進行實時在線檢測的方法這些年也得到廣泛的應用和發展。為了解決工件離線人工檢測效率低、精度差的問題，設計了包括上料模塊、圖像采集處理模塊、零件傳送模塊、篩選模塊和控制模塊的基于機器視覺的工件在線檢測剔除系統。

在線檢測；工業自動化；CCD

0 前言

目前，工業生產線上的工件或者產品檢測大多數是普通品質檢測人員使用塞規、游標卡尺或者接觸時傳感器等普通量具來完成。隨著自動化工業的發展，在面對大批量的規則形狀的工件，如墊片、套筒、齒輪內圈等效工件。只借助人工的力量來進行品質的檢測就有些不足，主要體現在：檢測效率不高、檢測不一致、結果容易受檢測人員的主觀因素判斷，特別是當零件批量較大時，效率低下和一致性差的缺點就尤為突出。

本文主要內容是運用PLC作為工業控制器，采用機器視覺技術作為檢測技術，對工件在線檢測系統總體進行設計。

1 系統工作流程

整個系統工作流程圖如圖1所示，系統運作后，首先檢驗是否有待檢測的工作，如果沒有待檢驗的工件，則系統停止。如果有零件待測試，則將零件送到攝像機下，由攝像機獲取圖片，經過上位機的圖片處理和分析之后，得到工件是否合格的信號，然后將喜好傳送給剔除系統。由剔除系統將工件剔除。

圖1 零件檢測系統工作流程圖

2 系統總體設計

系統的總體設計如圖2所示，系統分為五大部分：上料模塊（未在總體圖中畫出）、圖像處理檢測模塊、工件傳送模塊、剔除模塊和控制模塊。上料模塊將待檢測零件的位置和姿勢調整好，然后由傳送模塊將工件傳送到攝像頭下進行拍照檢測，檢測完成后，傳送模塊重新把工件傳送給剔除模塊，若剔除模塊收到工件不合格的信號，就會把不合格工件剔除到不合格通道。

圖2 系統總體設計圖

上料模塊由振動盤和提升臺組成，振動盤將工件的位置一個一個擺好，送入到提升臺上，提升臺上只有一個工件的位置，保證了每次送往檢測的工件數量為一個。

圖像處理模塊是由攝像機和上位機組成，攝像機將工件的外形和表面等信息獲取下來后，傳送給上位機，上位機通過內部軟件的二值化、降噪等處理，將有用的信息提取出來，和合格工件圖進行對比，判斷所測工件是否符合標準。

作用在動平臺上的廣義力旋量的增量為δWF=δWFf。其中，δWF為力旋量增量的幅值，f為力旋量增量的單位方向向量。動平臺的廣義位移δD在f上的分量可表示為δDf=fTδD，則機構在f上的方向剛度可表示為

當f=(0, cosαf, sinαf)時，式為動平臺沿與x軸正向夾角為方向的移動剛度；當f=(1, 0, 0)時，式為動平臺繞z軸的轉動剛度。給定兩個彈性運動副的剛度為3.0kN/m。當鎖住兩個驅動后，機構在初始位姿時的移動方向剛度如圖2所示。從圖2中可以看出，機構在水平方向的剛度約為2kN/m，其剛度取決于兩個彈簧的剛度，而沿豎直方向的剛度則為無窮大，沿豎直方向的外力由機構自身的結構承擔，這也與機構只能繞o′點瞬時轉動的結論是一致的。對于彈性欠驅動機構，方向剛度能夠更形象的反映機構的靜力學特性。

圖2 兩個驅動鎖住時機構的方向剛度(對數坐標)

3 結論

提出了一種彈性欠驅動2-RR(RRPeR)機構，該機構利用兩個驅動及彈性動力耦合產生三維運動，具有結構緊湊、造價低等特點。基于旋量代數，對機構的運動學、靜力學及剛度特性進行了分析，為后續研究及應用提供了理論基礎。

[1] Bergerman M, Lee C, Xu Y. Dynamic Coupling of Underactuated Manipulators[C]//Control Applications, Proceedings of the 4th IEEE Conference on. IEEE, 1995: 500-505.

[2] 賴旭芝.欠驅動機械系統控制[M]. 北京：科學出版社，2013：1-11.

耿明超，男，河北保定人，博士，講師，主要研究方向并聯機器人技術。

Design of on line inspection system for small and medium sized metal workpieces

Wang Xingang
(China Shipbuilding Industry Corp No. 713 Research Institute, Zhengzhou Henan,450005)

with the rapid development of machine vision technology, the use of image processing technology for real-time on-line detection of workpiece has been widely used and developed in recent years In order to solve the workpiece off-line artificial low detection efficiency and accuracy, including the design of the feeding module, image acquisition module, transmission module, parts workpiece online detection and elimination system based on machine vision screening module and control module

on-line detection; industrial automation; CCD