中小型金属工件在线检测系统的设计

王鑫刚（中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南郑州，450005）

中小型金属工件在线检测系统的设计

王鑫刚
（中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南郑州，450005）

伴随快速发展的机器视觉技术，利用图像处理技术对工件进行实时在线检测的方法这些年也得到广泛的应用和发展。为了解决工件离线人工检测效率低、精度差的问题，设计了包括上料模块、图像采集处理模块、零件传送模块、筛选模块和控制模块的基于机器视觉的工件在线检测剔除系统。

在线检测；工业自动化；CCD

0 前言

目前，工业生产线上的工件或者产品检测大多数是普通品质检测人员使用塞规、游标卡尺或者接触时传感器等普通量具来完成。随着自动化工业的发展，在面对大批量的规则形状的工件，如垫片、套筒、齿轮内圈等效工件。只借助人工的力量来进行品质的检测就有些不足，主要体现在：检测效率不高、检测不一致、结果容易受检测人员的主观因素判断，特别是当零件批量较大时，效率低下和一致性差的缺点就尤为突出。

本文主要内容是运用PLC作为工业控制器，采用机器视觉技术作为检测技术，对工件在线检测系统总体进行设计。

1 系统工作流程

整个系统工作流程图如图1所示，系统运作后，首先检验是否有待检测的工作，如果没有待检验的工件，则系统停止。如果有零件待测试，则将零件送到摄像机下，由摄像机获取图片，经过上位机的图片处理和分析之后，得到工件是否合格的信号，然后将喜好传送给剔除系统。由剔除系统将工件剔除。

图1 零件检测系统工作流程图

2 系统总体设计

系统的总体设计如图2所示，系统分为五大部分：上料模块（未在总体图中画出）、图像处理检测模块、工件传送模块、剔除模块和控制模块。上料模块将待检测零件的位置和姿势调整好，然后由传送模块将工件传送到摄像头下进行拍照检测，检测完成后，传送模块重新把工件传送给剔除模块，若剔除模块收到工件不合格的信号，就会把不合格工件剔除到不合格通道。

图2 系统总体设计图

上料模块由振动盘和提升台组成，振动盘将工件的位置一个一个摆好，送入到提升台上，提升台上只有一个工件的位置，保证了每次送往检测的工件数量为一个。

图像处理模块是由摄像机和上位机组成，摄像机将工件的外形和表面等信息获取下来后，传送给上位机，上位机通过内部软件的二值化、降噪等处理，将有用的信息提取出来，和合格工件图进行对比，判断所测工件是否符合标准。

作用在动平台上的广义力旋量的增量为δWF=δWFf。其中，δWF为力旋量增量的幅值，f为力旋量增量的单位方向向量。动平台的广义位移δD在f上的分量可表示为δDf=fTδD，则机构在f上的方向刚度可表示为

当f=(0, cosαf, sinαf)时，式为动平台沿与x轴正向夹角为方向的移动刚度；当f=(1, 0, 0)时，式为动平台绕z轴的转动刚度。给定两个弹性运动副的刚度为3.0kN/m。当锁住两个驱动后，机构在初始位姿时的移动方向刚度如图2所示。从图2中可以看出，机构在水平方向的刚度约为2kN/m，其刚度取决于两个弹簧的刚度，而沿竖直方向的刚度则为无穷大，沿竖直方向的外力由机构自身的结构承担，这也与机构只能绕o′点瞬时转动的结论是一致的。对于弹性欠驱动机构，方向刚度能够更形象的反映机构的静力学特性。

图2 两个驱动锁住时机构的方向刚度(对数坐标)

3 结论

提出了一种弹性欠驱动2-RR(RRPeR)机构，该机构利用两个驱动及弹性动力耦合产生三维运动，具有结构紧凑、造价低等特点。基于旋量代数，对机构的运动学、静力学及刚度特性进行了分析，为后续研究及应用提供了理论基础。

[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] 赖旭芝.欠驱动机械系统控制[M]. 北京：科学出版社，2013：1-11.

耿明超，男，河北保定人，博士，讲师，主要研究方向并联机器人技术。

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