[发明专利]一种基于工业视觉的金属表面修磨系统

说明书

本发明属于金属表面修磨技术领域，公开了一种基于工业视觉的金属表面修磨系统。包括视觉处理系统、修磨运动系统和辅助系统；修磨运动系统结合视觉处理系统将待修磨区域的精细化分割，避免过多的修磨浪费，提高了修磨效率；将力平衡装置结合深度检测，实时控制修磨力道以及合理的下压量，保证了修磨均匀性和表面质量；整套系统的修磨识别率和修磨质量有多重保障，实际应用中将大大减少或取代恶劣环境下的修磨人员。

技术领域

本发明涉及金属表面修磨技术领域，具体涉及为一种基于工业视觉的金属表面修磨系统。

背景技术

表面光洁度是产品的重要指标之一。在材料加工制造业中，金属制品的表面在生产过程中不可避免地会出现一些缺陷，如划伤、裂纹、凹坑和夹杂等，严重影响产品表面质量及后续的使用或再加工。随着社会经济的发展，市场对产品质量提出了越来越高的要求，因此对产品表面处理要求也日趋严格。以钢厂为例，一般采用机械修磨的方式对钢铁制品的表面进行修复抛光。目前我国钢厂几乎全部采用传统的人工修磨方式，修磨质量粗糙，深浅不一，任务繁重，而且工况环境恶劣也不利于长时间人工作业。

随着自动化与人工智能的迅速发展，机器人可以取代大量重复繁重的人工劳动。现有技术中，存在从事修磨工作的机器人，用于工业自动化领域。但上述存在技术属于预先设定固有程序的重复性动作机器人，本发明可以实现让机器人通过视觉观察产品外观质量，动态做出修磨姿态和轨迹的调整，完成表面缺陷的修复或抛光。

发明内容

本发明目的在于解决重复繁重人工修磨金属表面带来的诸多问题，实现主动识别、自动修磨的智能化控制。本发明提供的技术方案如下：

一种基于工业视觉的金属表面修磨系统，包括视觉处理系统、修磨运动系统和辅助系统；其中，视觉处理系统包括视觉采集装置和数据处理终端，用于实现照片采集和对图像数据进行加工处理，获得缺陷的大小和坐标定位。

修磨运动系统采用六轴工业机器人，末轴法兰处连接一种多工位结构件，其中一个工位配备一套力平衡控制器，该力平衡控制器经过设计改良由3D打印的软胶皮包覆，起到防尘作用，并配有多功能接口集成装置，该控制器通过连接件夹持一套砂轮机，该夹持装置可方便更换，根据工况条件选择适合的砂轮机型号，该力平衡控制器通过PID控制机器手的压下力道，修磨量精准可控，同时保证了用力一致修磨深度均匀；多工位结构件的其他工位搭载传感器，如激光深度仪，配合修磨过程中使用，可在线实时检测被修磨物体的表面平直度以及修磨缺陷的深度，以此计算合理的修磨量；修磨运动系统设置了动态轨迹规划模型，根据视觉系统反馈缺陷的大小和中心坐标，自动计算最优的机器人运动轨迹，通过旋转多工位结构件用传感器测量预估修磨量，然后控制力平衡控制器和砂轮机沿指定轨迹对金属表面进行修磨工作；该模型的特点是将大缺陷切成最小矩形减少修磨浪费，小缺陷聚集成大矩形提高修磨效率，具体流程图如图1所示；

首先，定位缺陷最外轮廓，求外轮廓外切矩形周长，若外切矩形周长大于S_max则对缺陷最外轮廓减半，再进行比较；若外切矩形周长小于S_min则将最接近的两缺陷最外轮廓合并；直至外切矩形周长不大于S_max且不小于S_min；之后计算确定后的外切矩形的中心及长宽，传输给系统制定合理的轨迹规划。

辅助系统，包括结构光、遮光幕、除尘装置以及传动机构；结构光用于在视觉采集视野范围内，对称补光与视觉采集方向构成一定的夹角形成暗场，暗场保证光线的强度和均匀性有利于视觉采集；遮光幕用于当幕布在视觉采集装置上方处于完全开启状态，可覆盖视觉采集视野，保证无外界光源的干扰，有利于提高成像质量；传动机构用于实现修磨运动系统的整体移动和定位。

上述视觉处理系统中的数据处理终端采用的具体的算法步骤如下，整体流程图如图2所示：

(1)使用局部区域Gamma校正方法，提高图像的对比度和均匀性，目的是避免或减小图像过亮过暗区域对识别造成影响，如式所示：