专利名称：微小异型件自动检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动检测装置，特别是非接触光电式测量的自动检测装置，具体讲就是微小异型件自动检测装置。
背景技术：
在航空、航天、仪器、仪表、精密机械等工业领域的产品中，常常有一些微小的异型件需要加工和检测，这些微小异型件在产品中往往属于关键件，其几何尺寸均有严格的要求，有的对于表面缺陷以及粗糙度等指标也有较高的要求。
对于异型件的检测参数主要有表面缺陷、表面粗糙度、线性尺寸、母线几何形状等。目前国内企业对于微小异型件主要是采用落后的手工来检测，通常由于异型件尺寸微小，有的零件长度仅有几毫米，大多数的零件长度也不大于1厘米，人工手检，也不好拿捏，检测速度慢、效率低、误差大、操作困难，而且检验质量一致性差，有时还能出现漏检。就是有些企业自行开发一些检测设备，也只能进行单项检测。单项检测中也存在检测精度不高和图像分辨率低的问题。例如在坦克及各类飞机的自动控制系统中有一种零件叫闭气塞，其外观检测需旋转360°，由于被测件在工作台上面是无规则的翻滚，极易出现部位漏检；又如，对于端面直径为φ1.8mm的零件，采用自制量具(卡板)测量，由于尺寸太小，很难操作，检测准确性差。对于零件的母线几何形状的锥度检测是需要在50倍的投影仪放大后与标准样件进行对比，测量速度很慢，仅仅这一项参数的测量就需要2～3分钟/件，而微小异型件的加工技术不断提高，一种新的异型件产品，其加工技术能够每分钟生产35件，生产能力每天1.5万余件，而检测速度按目前的检测工艺，5000个零件需要8-9个人一周的时间，加工效率与检测效率十分不协调，检测环节严重地制约着产品的生产进程和效率，落后的异型件检测技术急待进行研究和改善。
发明内容
本实用新型的构思是以非接触式测量技术为中心，由传送定位机构、检测系统、控制柜、PLC控制系统、共同构成的异型件自动检测装置。解决工业生产过程中对于微小异型零件的检测困难，综合了零件尺寸、表面缺陷和粗糙度的检测，通过PLC的协调工作，使得各个参数的检测可以一次完成，并可以实现零件的连续自动检测。
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足以及现有检测仪器存在的缺点，提供一种自动进行异型件关键尺寸、表面缺陷以及表面粗糙度的检测与识别，能够自动地对微小异型件进行综合性参数检测，在检测的同时对被测件进行自动计数，自动识别和纪录，自动剔除不合格产品，检测自动化程度高、识别准确率高、检测精度高，检测速度快的微小异型件自动检测装置。
下面对本实用新型的技术方案进行详细说明本实用新型为非接触式光电测量装置，包括有计算机及外围设备，控制柜，控制柜上安装有控制按钮和指示灯，控制柜置于地面或平面，为双开门柜式结构，控制柜的上面固定有工作平板。
本实用新型的实现在于总装置还包括有传送定位机构、检测系统、PLC控制系统，PLC及其扩展模块，传送定位机构的电机及驱动模块均安装于控制柜内，传送定位机构的抓取、传送及定位部分和检测系统均安装于控制柜上面的工作平板上，传送定位机构的抓取、传送及定位部分主要由振动料斗组件、输料通道、气缸组件、机械手组件、转动载物平台、分检机构和结果料箱组成，振动料斗组件通过固定支架安装于控制柜的一侧，振动料斗上设有螺旋状的输料通道，输料通道的上端与导向管相贯相接，在输料通道的上部设有排向剔除装置，导向管的另一端直通气缸组件的进料台，气缸沿导轨运动将被测件送至气缸组件的定位平台上，由机械手逐步传送到各个检测点并进行二次定位，检测点上设有转动载物平台，机械手组件在工作平板上间隔分布，机械手可以作90°～180°的转动，转动载物平台均处在机械手转动轨迹的交叉点上，机械手的转动轴、转动载物平台的转动轴的下部处在控制柜内，受电机驱动，由控制系统控制，结果料箱有合格料箱和不合格料箱；检测系统包括有尺寸检测部分、表面缺陷检测部分和表面粗糙度检测部分，尺寸检测部分、表面缺陷检测部分直接与计算机相连，表面粗糙度检测部分直接与PLC控制系统相连，计算机和PLC控制系统之间进行信息通信，所有的检测通过计算机进行数据处理，存储和显示，完成对被测件的自动检测；尺寸检测主要有照明光源、光学放大镜头和CCD相机，表面缺陷检测主要有光学放大镜头、CCD相机、图像采集卡和光源，CCD相机的数据线接计算机的图像采集卡，为了消除杂光的干扰，采用主动光源做背景，在CCD成像系统前加消除杂光的滤光系统，可使被测工件边沿清晰，便于图像处理，保证测量精度。表面粗糙度检测主要有光纤传感器、光学系统组件、光源和PLC控制系统，由光纤传感器探测被测件的表面粗糙度，以模拟量的形式送入PLC，通过步进电机带动齿轮机构，使旋转载物平台可以旋转以带动其上的被测件旋转，实现360°无接触检测，PLC进行分析处理后得到被测件表面粗糙度检测数据并通过计算机显示其结果。
对于微小异型件的检测，一直困扰着本领域的技术人员，解决微小异型件的自动和综合参数的检测是质量保证的重要一环，也是微小异型件生产加工中的客观需要。
在异型件的检测技术领域里，首先没有现成的、成套的检测装置可以购买和使用，尤其是对微小异型零件检测更加困难；就是企业自制的专用检测装置，也只能是辅助检测或进行单一项目或参数的检测，如粗糙度的检测，对于微小异型件的检测目前还没有一次性、连续地进行综合参数的自动检测装置。
微小异型件往往是高科技产品中的关键零件，由于其形状的不规则和复杂性，使得其自动检测很困难，本实用新型采用非接触式测量方式，主要是利用数码成像技术以及与光学放大系统相结合，CCD摄像技术与计算机图像处理技术相结合，利用可编程控制器PLC及其扩展模块进行统一控制整个装置的协调工作，把被测物体的外形信息转换为数字信息，再利用计算机技术对所得到的图像进行处理和控制，解决了异型件形状多变，不规则难于检测的问题。设置了简单易行，稳定可靠的传送定位机构、随机配合的检测系统等，使被测件随载物台转动，可进行360°无接触检测。整个装置将对于微小异型件的诸多参数检测化整为零，分步逐项进行尺寸、表面缺陷、表面粗糙度图像采集和数据处理，有机地解决了微小异型件传送、定位、检测，实现了微小异型件的一条龙参数自动的检测。
本实用新型的实现还在于在每个机械手上均设有吸持器，在每个转动载物平台的下面设置有真空吸盘。
由于微小异型件零件不仅小，而且形状不规则，在自动检测中存在零件不易固定和标定的问题，零件不能固定，检测就无法进行，为了确保准确检测，本实用新型采用了在每个机械手上均设有吸持器，在每个转动载物平台的下面设置有真空吸盘的技术方案，以使机械手能够准确抓取，当机械手将被测件运放至旋转载物台上时，在真空吸盘的作用力下，被测件不会掉下载物台或在台上翻滚不止，也利于准确地完成二次定位，消除了传送失误，为接下来的检测作好准备。
本实用新型的实现还在于表面粗糙度检测为双路光纤测量系统。
采用两套测量系统，其中测头与被测表面保持垂直，测头2与被测表面成20～55度夹角α。其测量过程是激光器发出的光束经扩束镜变成具有一定孔径的光束，该光束经分光镜分成两路，一路透射到第一个测头的发射光纤束，另一路经反光镜反射到第二个测头中的发射光纤束，光线再经发射光纤束照射到被测件表面，由被测件表面反射回来的光线，经接收光纤束由光电探测器接收并将其转换成电信号输出，两路电信号经除法器以比值(V0/Vα)的形式输出，然后由计算装置根据标定的曲线方程计算出Ra值，同时显示其数据。
这样设置结构简单、方便、快捷，测量精度高、范围大，可对装置进行一次性标定。另外，该方法输出用的是两套测量系统输出的比值V0/Vα，这样输出为规范化无量纲参数，不受激光功率的影响，也不受表面反射率的影响，并且由于测头安置角度不同，使得比值范围拉大，因而处理速度比较快，灵敏度高。实现了快速检测，保证了获取图像清晰，抗干扰能力强。
本实用新型的实现还在于转动载物平台为透光转动载物平台。转动载物平台如果是不透光的也可以实现对微小异型件的粗糙度检测，但是异型件有时是品种繁多，为了能更清晰地检测其表面粗糙度，将转动载物平台设置为透光转动载物平台，有效解决了表面粗糙度检测分辨率低的问题，使得图像更加清晰，方案简单而易行。
本实用新型的实现还在于分检机构为拨叉式，结果料箱可以安装于工作平板上，也可以安装于控制柜的侧面，与振动料斗分置于控制柜两侧。采用拨叉式分检机构结构简单，成本低。
本实用新型的实现还在于分检机构为机械手，结果料箱安装于机械手的轨迹上的不同点。
本实用新型采用了以非接触式测量技术为中心，由图像处理、检测系统、PLC控制系统、异型件抓取输送定位结构共同构成的异型件自动检测装置。针对小零件检测困难，利用数码成像技术以及与光学放大系统相结合，CCD摄像技术与计算机图像处理技术相结合，利用可编程控制器PLC及其扩展模块进行统一控制整个装置的协调工作，把被测物体的外形信息转换为数字信息，再利用计算机技术对所得到的图像进行处理和控制。通过PLC的协调工作，使得零件尺寸、表面缺陷和粗糙度的的检测可以在本实用新型上一次完成，并可以实现零件的连续自动检测。
由于微小异型件尺寸小、形状复杂且品种繁多，如何实现异型件的自动上料、排序及准确可靠地移送，变得尤为关键。本实用新型采用振动料斗上料、定向、载物台真空吸附、机械手吸持抓取等措施，使得被测件能顺利实现自动上料、定向、排序及准确可靠移送。采用PLC控制系统对被测件的输送、定位、检测、抓取等环节按一定时序进行控制。从而实现异型件的连续自动检测，一次完成零件尺寸、表面缺陷和粗糙度的检测。能自动剔除不合格产品，按合格与不合格自动分检检测过的产品；能对检测的零件自动计数，使用方便、检测精度高，检测速度快，高分辨率，检测范围大。
经实际试用和检测，本实用新型应能连续工作20小时以上，无故障工作时间累计2000小时以上；对于尺寸的数字检测与识别数字检测系统识别分辨率为8μm；对于微小异型件表面缺陷的检测与识别识别零件表面划伤、裂纹的宽度不小于20μm；识别零件表面锈蚀、夹杂、毛刺的最小几何尺寸不小于20μm×20μm；粗糙度达到Ra0.1～12.5μm；检测速率≥(12～16)件/min。检测快捷，测量精度高。
图1是本实用新型的组成示意图；图2是图1的俯视图；图3是尺寸检测部分和表面缺陷检测部分图像采集示意图；图4是表面粗糙度检测中的双路测量系统示意图；图5是某一被测件的零件尺寸图；图6是实施例4的组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行实施说明实施例1具体的结构和装置如图1所示，总装置主要有传送定位机构、检测系统、PLC控制系统，PLC及其扩展模块，工业控制计算机及其外围设备。传送定位机构的步进电机、齿轮机构及驱动和控制系统均安装于控制柜内，传送定位机构的抓取、传送及定位部分和检测系统均安装于控制柜上面的工作平板上，传送定位机构的抓取、传送及定位部分主要由振动料斗组件、输料通道、气缸组件、机械手组件、转动载物平台、分检机构和结果料箱组成，振动料斗组件通过固定支架安装于控制柜的一侧，振动料斗2上设有螺旋状的输料通道4，见图2，输料通道4的上端通过排向剔除装置5与导向管6相接，剔除装置5可以是一个卡子，也可以是一个卡槽，导向管6的另一端直通气缸7组件的进料台，气缸7沿导轨运动将被测件29送至气缸组件的定位平台上，定位平台的端面设有光电开关10，以判断此处被测件的有无状态，若有，则被测件29由机械手逐步传送到各个检测点，检测点上设有转动载物平台，再进行二次定位。机械手组件在工作平板上间隔分布，机械手可以作90°～180°的转动，转动载物平台均处在机械手转动轨迹的交叉点上，机械手的转动轴、转动载物平台的转动轴的下部处在控制柜内，由PLC控制系统控制驱动步进电机，带动载物平台的转动。结果料箱有合格料箱、不合格料箱，或称正品料箱、废品料箱。检测系统包括有尺寸检测部分、表面缺陷检测部分和表面粗糙度检测部分，尺寸检测部分、表面缺陷检测部分的CCD相机数据线直接与计算机18相连，见图3所示，表面粗糙度检测部分直接与PLC控制系统23相连，计算机18和PLC控制系统23之间进行信息通信，所有的检测通过计算机进行数据处理，存储和显示，完成被测件的自动检测；尺寸检测主要有照明光源、光学放大镜头、CCD相机和调整架，表面缺陷检测主要有光学放大镜头、CCD相机、调整架、图像采集卡和光源，CCD相机的数据线接计算机的图像采集卡，表面粗糙度检测主要有光纤传感器、光学系统组件22、调整架、光源和PLC控制系统23，光源由激光器31构成，由光纤传感器探测被测件的表面粗糙度，以模拟量的形式送入PLC控制系统，PLC控制系统主要由PLC模块及其扩展模块构成，振动电机1及控制柜内所有的被控件如步进电机、机械手、汽缸7均与PLC控制系统23电信号相连。PLC控制系统23控制步进电机带动齿轮机构，使旋转载物平台可以旋转以带动其上的被测件旋转，实现360°无接触检测，PLC控制系统23进行分析处理后得到被测件表面粗糙度检测数据并通过计算机18显示其结果。
本装置中的图像采集卡、CCD相机、可编程控制器PLC及配件、计算机、激光器、光纤传感器、光电探测器、零件转运机械手、电机、光学系统等均可以从市场购买，控制柜、光源、振动料斗组件、输料通道、剔除装置、转动载物平台、调整架等，需要按照上述技术方案自行设计。通过常规装置和工艺，均可加工完成，装配、定位和检测易于实现。
实施例2参见图1，装置的总体设置和机构组成同实施例1，在工作平板上共安装了三个机械手组件和设置了两个检测点。11为机械手完成从气缸组件的定位平台上，抓取被测件29，并传送至第一个检测点的转动载物平台13上，并进行定位，之后被测件29在此接受尺寸精度的检测；19为机械手，完成将被测件29从第一检测点向第二检测点的传送，第二检测点对被测件29进行表面缺陷检测，同一位置上还要进行表面粗糙度的检测；机械手26将检测过的被测件29分放于结果料箱，见图2。为了准确抓取与放稳，在每个机械手上均设有吸持器12，在每个转动载物平台13的下面设置有真空吸盘14。转动载物平台13设置为透光转动载物平台。
实施例3参见图2，装置的总体设置、机构组成以及准抓、稳放的技术方案同实施例2，分检机构为机械手26，结果料箱安装于机械手的轨迹上的不同点，27为合格料箱，28为不合格料箱。
实施例4参见图6，总体与结构均同实施例2，分检机构为为拨叉式，当机械手将被测件投放到拨叉41时，PLC控制系统会控制拨叉准确投放。结果料箱安装工作平板上。也可以安装于控制柜的侧面，与振动料斗分置于控制柜两侧。
实施例5参见图4，总体与结构均同实施例3，表面粗糙度检测为双路光纤测量系统。采用双路光纤测量系统，即由发射光纤束40、测头36、接受光纤束35和光电探测器34组成光纤传感器，由发射光纤束40、测头39、接受光纤束35和光电探测器38组成光纤传感器。其中测头36与被测件29表面保持垂直，测头39与被测件29表面所成夹角α为35度。其测量过程是激光器31发出的光束经扩束镜32变成具有一定孔径的光束，该光束经分光镜33分成两路，一路透射到测头36的发射光纤束40，光线再经发射光纤束40照射到被测件29表面，由被测件29表面反射回来的光线，经接收光纤束35由光电探测器34接收并将其转换成电信号输出V0，；另一路经反光镜37反射到测头39中的发射光纤束40，光线再经发射光纤束40照射到被测件29表面，由被测件29表面反射回来的光线，经接收光纤束35由光电探测器38接收并将其转换成电信号输出Vα，两路电信号送入PLC控制系统(23)计算出比值V0/Vα的形式输出，然后根据标定的曲线方程计算出Ra值，然后把Ra值送入计算机18显示其数据。
本实用新型的整个检测过程是首先启动振动电机1，振动电机1带动振动料斗2的工作，将被测件随机放入振动料斗2中，开启控制柜上的控制按钮，启动信号会直接传给PLC控制系统，PLC模块和图像处理单元开始工作。被测件29在振动盘3中受离心力的作用下进入输料通道4，在输料通道4的上部有排向剔除装置5，如果被测件29如图5所示，是一个一端大，一端小带锥度的零件，剔除装置5可以是一个卡槽，当被测件大端方向朝前，可顺利进入导向管6，否则被测件重新掉入料斗中。有序的被测件经导向管6排序在激振力的作用下进入输料通道4末端。为消除振动力对工件定位的影响，同时，为方便工件准确定位，利用一小型气缸7将工件沿导轨8送至定位平台9，并利用光电开关10检测有无工件。此光电开关10确认有工件时，机械手11在PLC控制系统23的控制下，用吸持器12将被测件29吸持并传送到第一个透光的旋转载物平台13上，并通过机械手11上的吸持器12对被测件实行二次定位。为保证被测件在检测过程中的平稳性，在其下面设置有真空吸盘14，真空吸盘在一定的吸附压力下将被测件固定在检测位置上。在第一个透光的旋转载物平台13上，通过由照明系统15和CCD相机16(由CCD相机调整架17调整CCD相机位置)组成的第一检测点获取被测件的图像数据，并把图像数据送入计算机18并进行图像处理，在计算机显示器上显示出被测件29的几何尺寸检测结果。同时，将检测结果进行记忆，以方便后续的正品、废品分离。
进行完尺寸检测以后，机械手19在PLC控制系统23的控制下，用吸持器12将被测件29吸持到第二个透光的旋转载物平台13上，并通过机械手19上的吸持器12对被测件实行二次定位。为保证被测件在检测过程中的平稳性，在其下面同样设置有真空吸盘14，真空吸盘在一定的吸附压力下将被测件固定在检测位置上。此时，在第二个透光的旋转载物平台13上完成如下的工作(一)、由照明系统20和CCD相机21(CCD相机21由CCD调整架17调整CCD相机21位置)组成的第二检测点，被测件29的图像经过光学接收镜头及CCD相机21送入计算机18，进行图像处理从而获得被测件表面缺陷的数据，并经过数据处理在计算机显示器上显示出检测结果。同时，将检测结果进行记忆，以方便后续的正品、废品分离。(二)、对被测件进行粗糙度检测，部分光学检测22见附图4，若被测件在前面的零件尺寸检测合格，则计算机系统将合格信号反馈给PLC控制系统23，以便驱动步进电机24带动齿轮机构25，使透光旋转载物平台13上的被测件旋转，每次可以以一个角度旋转，以完成工件一周的扫描。若前面的零件尺寸检测不合格，则该工位此次不工作。同样，计算机18将纪录和显示粗糙度的检测结果。
至此，被测件的三个被检参数检测完毕。若零件的三个被检参数全部合格，则机械手26通过PLC控制系统23将其夹持到合格料箱27；若零件不合格，机械手26将其夹持到不合格料箱28。
几何尺寸检测的工作是参见图3，几何尺寸测量包括被测件高度、最大直径和锥角尺寸等。被测件29的图像经光学放大镜头30放大后，由CCD相机16摄取被测件29图像并送入计算机18的图像采集卡进行图像采集，在计算机18中对采集到的图像信息处理，得到被测件高度、最大直径和锥角尺寸。
表面缺陷检测，参见图3，表面缺陷测量包括划伤、锈蚀、毛刺、夹杂等。被测件29的图像经光学放大镜头30放大后，由CCD相机21摄取被测件图像并送入计算机18图像采集卡进行图像采集，在计算机18中对采集到的图像信息进行预处理，然后算出被测件圆周缺陷面积尺寸及位置。
权利要求1.一种微小异型件自动检测装置，包括有计算机及外围设备，控制柜，控制柜上安装有控制按钮和指示灯，控制柜置于地面或平面，为双开门柜式结构，控制柜的上面固定有工作平板，其特征在于总装置还包括有传送定位机构、检测系统、PLC控制系统，传送定位机构的步进电机、齿轮机构及驱动和控制系统均安装于控制柜内，传送定位机构的抓取、传送及定位部分和检测系统均安装于控制柜上面的工作平板上，传送定位机构的抓取、传送及定位部分主要由振动料斗组件、输料通道、气缸组件、机械手组件、转动载物平台、分检机构和结果料箱组成，振动料斗组件通过固定支架安装于控制柜的一侧，振动料斗(2)上设有螺旋状的输料通道(4)，输料通道(4)的上端通过排向剔除装置(5)与导向管(6)相接，导向管(6)的另一端直通气缸组件(7)的进料台，气缸沿导轨运动将被测件送至气缸组件的定位平台上，定位平台边上设有光电开关(10)以判断此处被测件的有无状态，被测件由机械手逐步传送到各个检测点并进行二次定位，检测点上设有转动载物平台，机械手组件在工作平板上间隔分布，机械手可以作90°～180°的转动，转动载物平台均处在机械手转动轨迹的交叉点上，机械手的转动轴、转动载物平台的转动轴的下部及PLC控制系统处在控制柜内，由PLC控制系统控制驱动步进电机，带动载物平台的转动，结果料箱有合格料箱和不合格料箱；检测系统包括有尺寸检测部分、表面缺陷检测部分和表面粗糙度检测部分，尺寸检测部分、表面缺陷检测部分的CCD相机数据线直接与计算机相连，表面粗糙度检测部分直接与PLC控制系统相连，计算机和PLC控制系统之间进行信息通信，所有的检测通过计算机进行数据处理，存储和显示，完成对被测件(29)的自动检测；尺寸检测主要有照明光源、光学放大镜头、CCD相机和调整架，表面缺陷检测主要有光学放大镜头、CCD相机、调整架、图像采集卡和光源，CCD相机的数据线接计算机的图像采集卡，表面粗糙度检测主要有光纤传感器、光学系统组件(22)、调整架、光源和PLC控制系统(23)，由光纤传感器探测被测件(29)的表面粗糙度，以模拟量的形式送入PLC控制系统，PLC控制系统主要由PLC模块及其扩展模块构成，PLC控制系统控制步进电机带动齿轮机构，使旋转载物平台可以旋转以带动其上的被测件旋转，实现360°无接触检测，PLC控制系统进行分析处理后得到被测件表面粗糙度检测数据并通过计算机显示其结果。
2.根据权利要求1所述的微小异型件自动检测装置，其特征在于每个机械手上均设有吸持器(12)，在每个转动载物平台的下面设置有真空吸盘(14)。
3.根据权利要求1或2所述的微小异型件自动检测装置，其特征在于表面粗糙度检测为双路光纤测量系统，并在CCD相机的成像系统前加了滤光系统。
4.根据权利要求3所述的微小异型件自动检测装置，其特征在于转动载物平台为透光转动载物平台。
5.根据权利要求4所述的微小异型件自动检测装置，其特征在于分检机构为拨叉式。
6.根据权利要求5所述的微小异型件自动检测装置，其特征在于分检机构为机械手，结果料箱安装于机械手的轨迹上的不同点。
专利摘要本实用新型是一种微小异型件自动检测装置，包括有计算机及外围设备、控制柜、传送定位机构、检测系统、PLC控制系统等。将先进的光电检测技术、机械手传动机构、PLC控制技术、图像处理技术结合在一起。采用上料定向、真空吸附机械手抓取等措施，经PLC控制，解决了被测件的自动上料、排序、准确传送以及检测过程中位定困难、检测分辨率低、检测速度低等实际问题。使微小异型件的检测由单个手工检测转化为自动化。本实用新型分步进行尺寸、表面缺陷和粗糙度的检测，不仅可一次自动完成，还可记忆和显示被测件的图像，检测精度高，检测速度快，高分辨率。可以用于航空、航天、仪器、仪表、精密机械等工业领域的微小异型件产品的质量检测。
文档编号G01N21/88GK2791598SQ20052007871
公开日2006年6月28日 申请日期2005年4月30日 优先权日2005年4月30日
发明者高明, 倪晋平, 杜玉军, 陈智利, 马卫红, 王青松 申请人:西安工业学院