專利名稱：檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測設備，具體地說，是涉及一種檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備及其實現方法。
背景技術：
隨著家具板材行業的不斷發展，板材的產量越來越大，并且市場對于板材的質量要求也越來越高，因此，對板材的檢測也成為了生產過程中的一個重要環節。就目前而言，家具板材的檢測主要是集中在板材的孔徑孔位以及槽寬槽位上，傳統的檢測方式為人工將板放在對應的模型上，能放進去則適合，不能放進去則不適合，其檢測方式較為粗糙，效率偏低，檢測精度很不理想，需要工作人員擁有豐富的經驗，因此，現有技術的生產流程相當繁雜，并且所付出的人力成本也高。針對該種情況，為了節約企業人力成本，提高檢測效率與精度，研發一套可實現對大幅面板材的孔距孔位以及槽寬槽位進行高速高精度自動檢測功能的視覺自動化設備便成為本領域技術人員重點研究的內容。
發明內容
本發明的目的在于提供一種檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，主要解決現有的技術手段對板材的孔徑孔位和槽寬槽位的檢測存在精度不高的問題，并在此硬件基礎上提供該設備的實現方法。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下
檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，包括工控機和與該工控機連接實現通訊的檢測執行系統；所述檢測執行系統包括設有支架的基座，安裝在該基座上并依次連接的上料傳輸臺、傳輸裝置和下料傳輸臺，分別與支架連接的光纖傳感器、用于采集板材表面圖像的光學成像裝置以及用于為光學成像裝置提供光源的光源發射裝置。由于板材上布滿了大量的灰塵，因此，為防止灰塵對設備工作造成干擾，所述上料傳輸臺上還設有除塵罩。具體地說，所述傳輸裝置包括分別與上料傳輸臺和下料傳輸臺連接的滾輪輸送臺，以及與該滾輪輸送臺連接的伺服電機；所述光源發射裝置與滾輪輸送臺連接。進一步地，所述光學成像裝置包括上成像裝置和下成像裝置，其中，上成像裝置包括安裝在支架上且位于滾輪輸送臺上方的上平臺，設置在該上平臺上且連接有第一相機的第一混合伺服電機，以及安裝在支架上且與第一相機鏡頭位置相對的上光學反射鏡；所述下成像裝置包括安裝在支架上且位于滾輪輸送臺下方的下平臺，設置在該下平臺上且連接有第二相機的第二混合伺服電機，以及安裝在支架上且與第二相機鏡頭位置相對的下光學反射鏡。作為優選，所述第一相機和第二相機均為線陣CCD相機；并且為確保圖像采集的效果，所述第一相機和第二相機均為四個。
再進一步地，所述光纖傳感器為對射式光纖傳感器，而所述光源發射裝置則包括上光源發射裝置和下光源發射裝置，其中，所述上光源發射裝置包括固定在支架上并位于滾輪輸送臺上方的上安裝板，通過第一連接塊與該上安裝板連接的第一透明漫射板，以及安裝在上安裝板與第一透明漫射板之間、且數量為一個以上的第一 LED燈；所述下光源發射裝置則包括固定在支架上并位于滾輪輸送臺下方的下安裝板，通過第二連接塊與該下安裝板連接的第二透明漫射板，以及安裝在下安裝板與第二透明漫射板之間、且數量為一個以上的第二 LED燈。當檢測到不合格板材時，為了使設備能給出明顯的提醒信號，所述基座上還設有報警器。為了保證整機安裝的穩定性和剛性，所述基座由花崗巖制成。在上述硬件的基礎上，本發明還提供了該自動化設備的實現方法，包括以下步驟
(1)工控機根據被檢測的板材的型號預先導入對應的標準文件；
(2)并將板材放置到上料傳輸臺上，啟動設備，上料傳輸臺將板材輸送到滾輪輸送臺
上；
(3)滾輪輸送臺對板材繼續進行輸送，直到該板材位于光學成像裝置的工作區域內，光源發射裝置啟動，同時光學成像裝置在光源發射裝置提供光源的情況下對板材的上下表面進行圖像采集；
(4)圖像采集完畢后，光學成像裝置將采集的數據傳輸到工控機，由該工控機對數據進行分析、處理，得到檢測結果；
(5)滾輪輸送臺將板材輸送到下料傳輸臺上，由下料傳輸臺將板材運出檢測執行系統。其中，所述步驟(3)包括以下步驟
(3a)伺服電機控制滾輪輸送臺運動使其對板材繼續進行輸送，當對射式光纖傳感器感應到該板材已進入光學成像裝置的工作區域時將感應信號反饋給光源發射裝置；
(3b)第一 LED燈根據對射式光纖傳感器的反饋對板材的上表面發光,且該光線透過第一透明漫射板并射到板材的上表面上；同時第二 LED燈根據對射式光纖傳感器的反饋對板材的下表面發光，該光線透過第二漫反射板并射到板材的下表面上；
(3c)第一混合伺服電機根據工控機預設的數據控制第一相機在上平臺上運動到最佳成像位置，第一相機開啟，上光學反射鏡將照射在板材上表面的光線反射到第一相機中，第一相機對板材的上表面進行圖像采集，同時第二混合伺服電機根據工控機預設的數據控制第二相機在上平臺上運動到最佳成像位置，第二相機開啟，下光學反射鏡將照射在板材下表面的光線反射到第二相機中，第二相機則對板材的下表面進行圖像采集。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果
(I)本發明結構設計合理，工作效率高，且使用方便。(2)本發明實現了板材孔位和槽位的流水化檢測，其利用工控機控制檢測執行系統工作、機械運輸、對射式光纖傳感器感應并反饋信號、高精度光學系統拍攝以及光源發射裝置均勻補光的方式，真實反應出了板材的表面加工情況，從而方便工作人員根據理論結果對板材進行監測，達到了對板材的高分辨率、低畸變、高質量成像的目的，本發明不僅大大提聞了板材成品的合格率，而且具有自動化程度聞，檢測精度聞的特點，因此，其與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著的進步。(3)本發明的光源發射裝置中設有透明漫射板，LED燈的光線穿過透明漫射板后，光線根據漫反射原理，可以均勻照射在板材表面，從而方便了光學成像裝置中第一相機和第二相機對板材上下表面的拍攝，使其拍出來的圖像具有光線均勻、沒有反光的優點，更是方便了后期對圖像數據的分析和處理，從而大大簡化整個數據處理流程，因此，透明漫射板的設置很好地解決了由于LED燈光線過長容易造成光源的亮度均勻性不好的問題。(4)本發明采用滾輪輸送臺對板材進行運輸檢測，其通過伺服電機的控制，可以確保板材在平臺上均勻運輸，從而方便光源對板材進行均勻補光，進而也方便了相機對板材進行拍攝。(5)本發明的第一相機和第二相機均為線陣C⑶相機，并且數量均設為四個，因為家具行業對板材要求的最高檢測精度為O. 2mm,而最長的板材通常為2358mm,因此,根據公式物面分辨率(即一個像素所代表的尺寸)=物體尺寸/像素個數，所以像素個數為2358/0. 2=11790，因為本發明的主要目的為檢測板材表面的情況，通常使用兩到三個像素代表物面分辨率的尺寸，所以橫向像素的個數為11790X2 —11790X3 (23580—35370)，而一個線陣CXD相機的線像素通常為7400，所以四個相機線陣排列像素個數就為7400X4=29600個，完全了符合規定的要求，因此，第一相機和第二相機均設為四個不僅可以很好地完成板材表面的檢測，而且也節約了企業成本，本發明真正達到了實現檢測和成本之間最佳平衡效果的目的。(6)本發明采用花崗巖制作基座，可以保證整機安裝的穩定性和剛性。(7)本發明設置了報警器，當檢測到不合格板材時，設備能給出明顯的提醒信號，從而也方便了工作人員對板材的上料位置進行更正，使得整個工作流程更加符合現場的工作環境。(8)本發明工作流程簡潔、檢測精度高，并且制造方便，其不僅大大降低了人力成本，而且更重要的是提高了成品的合格率，從而維護了廠家的聲譽，因此，本發明在市場上具有很廣泛的應用前景和巨大的市場發展潛力，其非常適于在本領域內推廣使用。
圖1為本發明中檢測執行系統的結構示意圖。圖2為本發明取出保護罩后的結構示意圖。圖3為滾輪輸送臺的內部結構示意圖。圖4為本發明中部分零部件的結構示意圖。圖5為光源發射裝置的結構示意圖。圖6為本發明的系統框圖。圖7為本發明中檢測執行系統的流程示意圖。其中，上述附圖標記對應的零部件名稱為1-基座，2-支架,3-上料傳輸臺，4-除塵罩,5-滾輪輸送臺,6-伺服電機,7-下料傳輸臺，8-上平臺，9-第一混合伺服電機，10-第一相機，11-上光學反射鏡，12-下平臺，13-第二混合伺服電機，14-第二相機,15-下光學反射鏡，16-上安裝板,17-第一 LED燈，18-第一連接塊，19-第一透明漫射板，20-下安裝板，21-第二 LED燈，22-第二連接塊，23-第二透明漫射板，24-報警器，25-保護罩，26-光纖傳感器，27-光線。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例如圖1 5所示，本發明包括工控機和與該工控機連接實現通訊的檢測執行系統，工控機中內置有處理檢測執行系統檢測的數據的處理模塊，以及用于實現圖像采集數據通訊的圖像采集卡和實現運動控制數據通訊的運動控制卡，并且該工控機為現有技術，與現有的具有數據處理功能的工控機相同，其通訊方式與現有的設備與控制機之間的通訊方式相同，均是通過數據線將二者相連通，故在此不再詳細介紹，附圖中也未畫出工控機的具體結構。所述檢測執行系統包括基座1、上料傳輸臺3、傳輸裝置、下料傳輸臺7、光纖傳感器26、光學成像裝置以及光源發射裝置，其中，上料傳輸臺3、傳輸裝置、下料傳輸臺7均安裝在基座I上，并且依次連接，基座I上還設有支架2，而光纖傳感器26、光學成像裝置和光源反射裝置則均通過支架2與基座I連接，并且考慮到現場環境會對設備的光源造成污染，所以光學成像裝置的外部還套有保護罩25，如圖1所示。同時，為了保證整機安裝的穩定性和剛性，所述基座I由花崗巖制成，并且基座I上還設有報警器24，該報警器24可以在檢測執行系統檢測到不合格的板材時由工控機控制發出提醒信號，以便工作人員對板材的上料位置進行更正。上料傳輸臺3用于上料，由于板材上布滿了大量的灰塵，因此，為防止灰塵對設備工作造成干擾，該上料傳輸臺3上還設有除塵罩4。下料傳輸臺7用于下料，而傳輸裝置則用于均勻傳輸板材，使板材能夠方便地被檢測，具體來說，該傳輸裝置包括分別與上料傳輸臺3和下料傳輸臺7連接的滾輪輸送臺5，以及與該滾輪輸送臺5連接的伺服電機6。滾輪輸送臺5底部設有多列并排的滾輪，其內部的主要結構如圖3所示。工作時，伺服電機6控制所有滾輪朝著相同方向滾動，從而使滾輪輸送臺5運動，其可以確保板材能夠在滾輪輸送臺5勻速運動。光纖傳感器26、光源發射裝置和光學成像裝置通過相互之間的配合，可以實現對板材表面進行圖像采集，從而得出板材的板孔和槽位的設置位置，其中，光纖傳感器26為對射式光纖傳感器，其主要由發射器和接收器組成，并且數量為一個，如圖4所示，當板材即將進入光學成像裝置的掃描區域時，發射器發出的紅光被板材遮擋導致接收器得到的信號發生改變，從而反饋給光源發射裝置，使該光源發射裝置對板材發射光源，然后光學成像裝置根據光源發射裝置提供的光源對板材進行圖像掃描。具體地說，光源發射裝置包括上光源發射裝置和下光源發射裝置，其中，上光源發射裝置包括固定在支架2上并位于滾輪輸送臺5上方的上安裝板16，通過第一連接塊18與該上安裝板16連接的第一透明漫射板19，以及安裝在上安裝板16與第一透明漫射板19之間、且數量為一個以上的第一 LED燈17 ;所述下光源發射裝置則包括固定在支架2上并位于滾輪輸送臺5下方的下安裝板20，通過第二連接塊22與該下安裝板20連接的第二透明漫射板23，以及安裝在下安裝板20與第二透明漫射板23之間、且數量為一個以上的第二 LED燈21，為使板材的亮度的效果達到最佳，該光源發射裝置中的上光源發射裝置和下光源發射裝置均設為兩個，如圖5所示。而光學成像裝置則包括上成像裝置和下成像裝置，其中，上成像裝置包括安裝在支架2上且位于滾輪輸送臺5上方的上平臺8，設置在該上平臺8上且連接有第一相機10的第一混合伺服電機9，以及安裝在支架2上且與第一相機10鏡頭位置相對的上光學反射鏡11 ;所述下成像裝置包括安裝在支架2上且位于滾輪輸送臺5下方的下平臺12，設置在該下平臺12上且連接有第二相機14的第二混合伺服電機13，以及安裝在支架2上且與第二相機14鏡頭位置相對的下光學反射鏡15。這里的第一相機10和第二相機14均為線陣CXD相機，并且為確保圖像采集的效果，所述第一相機10和第二相機14均為四個。如圖2所示，上光源發射裝置和下光源發射裝置發射光線27后，該光線27經板材反射到上光學反射鏡11和下光學反射鏡15后進入第一相機10和第二相機14,為第一相機10和第二相機14提供拍攝光源。如圖6所示，使用時，工控機首先開始設定標準文件的工作，工控機中的處理模塊的工作過程為一、建標將需要檢測的標準板材進行圖像，然后提取出整個板材的輪廓(主要是多邊形的頂點及孔的圓心)，然后將提取的信息進行保存；二、當需要檢測某一種板材時，調用之前保存的對應標準板材的標準信息；三、檢測執行系統檢測得出數據并將該數據傳至工控機后，工控機便將檢測數據與標準文件中的頂點和孔的圓心進行一一匹配對應，匹配完成后，便可將實際檢測的板材的孔徑孔位和槽寬槽位與標準板材進行對比，然后根據設置好的公差進行合格與不合格判斷，如果數據合格，則可以在相同的上料位置放置板材并對其進行檢測，如果數據不合格，則檢測執行系統中的報警器發出報警信號，提示工作人員改變板材的上料位置。工控機設定好標準文件后，便控制檢測執行系統開始進行檢測工作，如圖7所示，本發明中檢測執行系統具體的實現流程如下
(1)將板材放置到上料傳輸臺上，啟動設備，上料傳輸臺將板材輸送到滾輪輸送臺上；
(2)滾輪輸送臺對板材繼續進行輸送，直到該板材位于光學成像裝置的工作區域內，光源發射裝置啟動，同時光學成像裝置在光源發射裝置提供光源的情況下對板材的上下表面進行圖像采集；
該步驟的具體實施過程為
(2a)伺服電機控制滾輪輸送臺運動使其對板材繼續進行輸送，當對射式光纖傳感器感應到該板材已進入光學成像裝置的工作區域時將感應信號(即對射式光纖傳感器中的發射器發出的紅光被板材遮擋從而導致接收器得到的信號發生改變，從而產生反饋信號)反饋給光源發射裝置；
(2b)第一 LED燈根據對射式光纖傳感器的反饋對板材的上表面發光,且該光線透過第一透明漫射板并射到板材的上表面上；同時第二 LED燈根據對射式光纖傳感器的反饋對板材的下表面發光，該光線透過第二漫反射板并射到板材的下表面上；
(2c)第一混合伺服電機根據工控機預設的數據控制第一相機在上平臺上運動到最佳成像位置，第一相機開啟，上光學反射鏡將照射在板材上表面的光線反射到第一相機中，第一相機對板材的上表面進行圖像采集，同時第二混合伺服電機根據工控機預設的數據控制第二相機在上平臺上運動到最佳成像位置，第二相機開啟，下光學反射鏡將照射在板材下表面的光線反射到第二相機中，第二相機則對板材的下表面進行圖像采集；
(3)圖像采集完畢后，光學成像裝置將采集的數據傳輸到工控機，由該工控機對數據進行分析、處理，得到檢測結果；
(4)滾輪輸送臺將板材輸送到下料傳輸臺上，由下料傳輸臺將板材運出檢測執行系統。本發明的設計原理簡單，流程簡潔明了，其相比現有技術來說，自動化程度更高、人力成本更低、檢測精度更高、工作效率更高、使用更佳，因此，本發明具有突出的實質性特點和顯著的進步。按照上述實施例，便可很好地實現本發明。值得說明的是，基于上述設計原理的前提下，為解決同樣的技術問題，即使在本發明上做出的一些無實質性的改動或潤色，所采用的技術方案的實質仍然與本發明一樣，故其也應當在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，包括工控機和與該工控機連接實現通訊的檢測執行系統；所述檢測執行系統包括設有支架(2)的基座(1)，安裝在該基座(I)上并依次連接的上料傳輸臺(3)、傳輸裝置和下料傳輸臺(7)，分別與支架(2)連接的光纖傳感器(26)、用于采集板材表面圖像的光學成像裝置以及用于為光學成像裝置提供光源的光源發射裝置。
2.根據權利要求1所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，所述上料傳輸臺(3)上還設有除塵罩(4)。
3.根據權利要求1或2所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，所述傳輸裝置包括分別與上料傳輸臺(3)和下料傳輸臺(7)連接的滾輪輸送臺(5)，以及與該滾輪輸送臺(5)連接的伺服電機(6);所述光源發射裝置與滾輪輸送臺(5)連接。
4.根據權利要求3所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，所述光學成像裝置包括上成像裝置和下成像裝置，其中，上成像裝置包括安裝在支架(2 )上且位于滾輪輸送臺(5)上方的上平臺(8)，設置在該上平臺(8)上且連接有第一相機(10)的第一混合伺服電機(9)，以及安裝在支架(2)上且與第一相機(10)鏡頭位置相對的上光學反射鏡(11);所述下成像裝置包括安裝在支架(2 )上且位于滾輪輸送臺(5 )下方的下平臺(12)，設置在該下平臺(12)上且連接有第二相機(14)的第二混合伺服電機(13)，以及安裝在支架(2)上且與第二相機(14)鏡頭位置相對的下光學反射鏡(15)。
5.根據權利要求4所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，所述第一相機(10)和第二相機(14)均為線陣C⑶相機，并且該第一相機(10)和第二相機(14)均為四個。
6.根據權利要求4或5所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，所述光纖傳感器(26)為對射式光纖傳感器，而所述光源發射裝置則包括上光源發射裝置和下光源發射裝置，其中，所述上光源發射裝置包括固定在支架(2)上并位于滾輪輸送臺(5)上方的上安裝板(16)，通過第一連接塊(18)與該上安裝板(16)連接的第一透明漫射板(19)，以及安裝在上安裝板(16)與第一透明漫射板(19)之間、且數量為一個以上的第一LED燈(17);所述下光源發射裝置則包括固定在支架(2)上并位于滾輪輸送臺(5)下方的下安裝板(20)，通過第二連接塊(22)與該下安裝板(20)連接的第二透明漫射板(23)，以及安裝在下安裝板(20)與第二透明漫射板(23)之間、且數量為一個以上的第二 LED燈(21)。
7.根據權利要求6所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，所述基座(I)上還設有報警器(24 )。
8.根據權利要求7所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備，其特征在于，所述基座(I)由花崗巖制成。
9.權利要求1 8任意一項所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備的實現方法，其特征在于，包括以下步驟: (O工控機根據被檢測的板材的型號預先導入對應的標準文件； (2)將板材放置到上料傳輸臺上，啟動設備，上料傳輸臺將板材輸送到滾輪輸送臺上； (3)滾輪輸送臺對板材繼續進行輸送， 直到該板材位于光學成像裝置的工作區域內，光源發射裝置啟動，同時光學成像裝置在光源發射裝置提供光源的情況下對板材的上下表面進行圖像采集；(4)圖像采集完畢后，光學成像裝置將采集的數據傳輸到工控機，由該工控機對數據進行分析、處理，得到檢測結果； (5)滾輪輸送臺將板材輸送到下料傳輸臺上，由下料傳輸臺將板材運出檢測執行系統。
10.根據權利要求9所述的檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備的實現方法，其特征在于，所述步驟(3 )包括以下步驟: (3a)伺服電機控制滾輪輸送臺運動使其對板材繼續進行輸送，當對射式光纖傳感器感應到該板材已進入光學成像裝置的工作區域時將感應信號反饋給光源發射裝置； (3b)第一 LED燈根據對射式光纖傳感器的反饋對板材的上表面發光,且該光線透過第一透明漫射板并射到板材的上表面上；同時第二 LED燈根據對射式光纖傳感器的反饋對板材的下表面發光，該光線透過第二漫反射板并射到板材的下表面上； (3c)第一混合伺服電機根據工控機預設的數據控制第一相機在上平臺上運動到最佳成像位置，第一相機開啟，上光學反射鏡將照射在板材上表面的光線反射到第一相機中，第一相機對板材的上表面進行圖像采集，同時第二混合伺服電機根據工控機預設的數據控制第二相機在上平臺上運動到最佳成像位置，第二相機開啟，下光學反射鏡將照射在板材下表面的光線反射到第二相 機中，第二相機則對板材的下表面進行圖像采集。
全文摘要
本發明公開了一種檢測家具板材的板孔和槽位的自動化設備及其實現方法，解決現有的技術手段對板材的孔徑孔位和槽寬槽位的檢測存在精度不高的問題。本發明包括工控機和檢測執行系統；檢測執行系統包括設有支架的基座，安裝在該基座上并依次連接的上料傳輸臺、傳輸裝置和下料傳輸臺，分別與支架連接的光纖傳感器、用于采集板材表面圖像的光學成像裝置和用于為光學成像裝置提供光源的光源發射裝置。本發明結構設計合理，流程簡潔，工作效率高，其能夠對家具板材的板孔和槽位進行精確檢測，不僅大大降低了人力成本，而且也大幅度提高了板材的成品率，因此，本發明具有很高的實用價值和推廣價值，相比現有技術來說，具有突出的實質性特點和顯著的進步。
文檔編號G01B11/12GK103075962SQ201310004218
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月7日 優先權日2013年1月7日
發明者劉霖, 陳鎮龍, 羅穎, 譚良, 宋昀岑, 楊先明, 劉娟秀, 溫國洪, 伍小川, 王超, 代君, 譚志鴻, 簡稱波 申請人:電子科技大學