水利施工構(gòu)件隨動式視覺檢測裝置設(shè)計

曾杰華 梁健

摘要：對現(xiàn)有水利施工構(gòu)件的檢測方式進行深入研究，針對其只能抽檢，無法實現(xiàn)所有工件全檢的缺點，研發(fā)出一種隨動式視覺檢測裝置，詳述了其設(shè)計方案、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及技術(shù)原理。裝置配置有回轉(zhuǎn)式物料輸送及翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可實現(xiàn)物料穩(wěn)定輸送及自動翻轉(zhuǎn);配置隨動式自動定位視覺檢測系統(tǒng)，其上的視覺采集裝置可同步跟隨物料以相同速度一起前進，實現(xiàn)攝像頭相對物料保持靜止，并對其實施360°無死角的全方位視覺掃描檢測，以便于檢測工件的所有細(xì)節(jié)，避免出現(xiàn)漏檢的情況。這樣就可以精確檢測施工構(gòu)件的外觀參數(shù)，以判斷其是否合格。

關(guān)鍵詞：水利;構(gòu)件;隨動式;視覺檢測;設(shè)計原理

中圖分類號：TP274文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1009-9492（2021）11-0240-03

Design of Follow-up Visual Inspection Device for Hydraulic Construction Components

Zeng Jiehua1，Liang Jian2

（1. Guangdong Yuantian Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou 511338， China;2. Guangdong Water Conservancy and Electric Power Vocational and Technical College， Guangzhou 510925， China）

Abstract： The existing inspection methods of water conservancy construction components were deeply studied. In view of the disadvantagethat it can only spot check and can not realize the full inspection of all workpieces， a follow-up visual inspection device was developed， and itsdesign scheme， key structure and technical principle were described in detail. The device was equipped with a rotary material conveying andturnover system， which could realize stable material conveying and automatic turnover. It was equipped with a follow-up automatic positioningvisual detection system， on which the visual acquisition device could synchronously follow the material at the same speed， so as to keep thecamera stationary relative to the material， and implement 360° omni-directional visual scanning detection without dead angle， so as to facilitatethe detection of all details of the workpiece and avoid missing inspection. In this way， the appearance parameters of construction componentscan be accurately detected to judge whether they are qualified or not.

Key words： hydraulic; component; follow-up; visual inspection; design principle

0 引言

水利水電建筑等常規(guī)的建筑施工中，經(jīng)常需要用到很多不同材質(zhì)、形狀各異的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，如：鋼構(gòu)件、水泥構(gòu)件、塑料構(gòu)件等。這些標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件在安裝使用前必須檢測其相關(guān)參數(shù)是否達標(biāo)，如外觀缺陷、尺寸參數(shù)、防火涂層、防銹處理等等。因為需要檢測的零件多且檢測工藝繁瑣，很多時候都只能在批量的零件中抽檢，無法實現(xiàn)對所有零件實施檢測，這樣就會造成有缺陷的零件無法被檢測出來，從而影響施工工程的質(zhì)量。

視覺檢測就是用攝像頭代替人眼來進行檢測，它是指通過機器的攝像頭將被檢測物體的外形轉(zhuǎn)換成模擬信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，然后該系統(tǒng)再把圖像中像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。采用該方式在對工件的尺寸或外觀等方面進行檢測，相對傳統(tǒng)的人工檢測具有快速、準(zhǔn)確、高效等優(yōu)點。

針對以上問題，本文設(shè)計了一種用于在檢測時能夠?qū)λ械臉?biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件都進行的外觀缺陷、尺寸參數(shù)、防火涂層、防銹處理進行精密檢測的隨動式視覺檢測裝置。通過機器的攝像頭對目標(biāo)進行隨動式視覺檢測，相對傳統(tǒng)的人工檢測具有快速、準(zhǔn)確、高效等優(yōu)點，可以對每一個工件都進行詳細(xì)的檢測[1]。

1 設(shè)計方案制定

1.1 總體設(shè)計

本項目的設(shè)計思路是在視覺檢測時通過回轉(zhuǎn)平臺把檢測攝像頭與工件一起做回轉(zhuǎn)運動，使其兩者在做同時同向運動中保持相對不動或可控的相對運動，實現(xiàn)攝像頭對所有被送到輸送帶上的工件進行運動中的靜止檢測或掃描檢測。攝像頭完成檢測后又能回到初始位置對下一個工件進行檢測，這樣就能使檢測系統(tǒng)能夠?qū)B續(xù)輸送的工件進行檢測，又能保證檢測時攝像頭相對工件是靜止的或做可控的相對運動[2]。這樣就能達到既集中靜止檢測及動態(tài)檢測的優(yōu)點，又剔除其缺點的目的。同時通過配置專門設(shè)計的翻轉(zhuǎn)裝置，配合專用的多角度攝像頭，可以對工件的每一個表面的外觀進行詳細(xì)檢測，以保證高速、高效、高精度的檢測效果[3]。

如圖1所示，整套檢測裝置由反面隨動檢測平臺1、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)1A 、正面隨動檢測平臺2、隨動檢測系統(tǒng)3和回轉(zhuǎn)平臺4組成。正、反面隨動檢測平臺的結(jié)構(gòu)一樣，主要用于視覺檢測系統(tǒng)的安裝，通過均勻分布的檢測臂跟隨工件移動，同時進行檢測[4]。工作時通過回轉(zhuǎn)平臺上的傳感器傳來的信號控制伺服電機的轉(zhuǎn)速及角度，使檢測系統(tǒng)對工件進行隨動視覺檢測。

1.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計

翻轉(zhuǎn)機構(gòu)如圖2所示，用于把工件180°翻轉(zhuǎn)，以便于反面隨動檢測平臺對工件的背面進行檢測。該機構(gòu)由導(dǎo)向板20、斜坡21、減速伺服電機22、吸盤架23、真空吸盤24和光電傳感器25組成[5]。工作時通過傳感器25控制減速伺服電機22及真空吸盤24把輸送到位的工件翻轉(zhuǎn)180°，直接由正面隨動檢測平臺送至反面隨動檢測平臺，目的是把工件正面隨動檢測平臺檢測時朝下的那一面翻轉(zhuǎn)朝上，便于反面隨動檢測平臺對其進行檢測[6]。當(dāng)工件被輸送帶送至平臺末端被擋板擋住，同時觸發(fā)傳感器25，傳感器輸出一個開關(guān)量信號控制減速伺服電機22帶動吸盤架23，把真空吸盤24蓋在工件 c表面上，同時吸盤吸氣把工件整個提起，然后減速伺服電機22帶動吸盤架23轉(zhuǎn)動135°，把工件送至斜坡21上，減速伺服電機22上編碼器檢測主軸轉(zhuǎn)動135°的同時輸出一個開關(guān)量信號控制真空吸盤24放氣，把工件松開，然后工件就會在45°斜坡的作用下向下滑動至反面隨動檢測平臺的輸送帶上，被輸送帶帶著往前輸送，導(dǎo)向板20的作用是調(diào)整工件的姿態(tài)，使其擺正方向與輸送帶一起作逆時針運動。

1.3 隨動檢測平臺

隨動檢測平臺把視覺檢測攝像頭安裝在絲桿滑臺上，然后通過控制絲桿滑臺的移動實現(xiàn)對工件的實時掃描檢測。該系統(tǒng)由伺服電機15、攝像頭16、絲桿滑臺17、可調(diào)金屬軟管支架18、光源19組成。如圖3所示，攝像頭通過可調(diào)金屬軟管支架與絲桿滑臺聯(lián)接，攝像頭之間的夾角 A 、攝像頭與水平線的夾角 B 均可按需要在0°～180°之間調(diào)整，以滿足不同的檢測需要。檢測時絲桿滑臺當(dāng)回轉(zhuǎn)平臺上的傳感器7檢測到工件到位時，隨動檢測平臺把隨動檢測系統(tǒng)送至工件正上方，跟隨工件一起往前移動，同時絲桿滑臺帶動攝像頭對工件的上表面、左右側(cè)面、前側(cè)面進行掃描檢測[7-8]。

1.4 回轉(zhuǎn)隨動平臺

如圖4所示，回轉(zhuǎn)平臺主要用于工件的輸送。主要由工件4、光源5、輸送皮帶6、傳感器7、伺服減速機8、機架9組成。本平臺工作時主要通過輸送帶帶動工件進行回轉(zhuǎn)輸送，每兩個工件之間的距離相等，當(dāng)工件觸發(fā)傳感器7時，傳感器的信號記錄工件相對傳感器的位置，同時還標(biāo)定工件相對將要對其進行檢測的攝像頭的相對位置，通過匹配伺服減速機8與隨動檢測平臺伺服驅(qū)動電機13的轉(zhuǎn)速，同時還驅(qū)動絲桿滑臺調(diào)動攝像頭做相應(yīng)的匹配，使隨動檢測系統(tǒng)能夠與工件以相同的角速度一起順時針往前移動，同時控制攝像頭對工件進行同步掃描檢測[9]。

1.5 視覺檢測系統(tǒng)

如圖5所示，工作時：首先工件被一個一個間隔著的送到正面隨動檢測平臺的輸送皮帶6上，工件相互之間的距離相等，該距離與隨動檢測平臺上檢測臂10末端相互間的距離一樣，以保證隨動檢測系統(tǒng)運動時能針對每一個工件進行檢測。接著工件會被輸送帶帶著往前輸送，做順時針回轉(zhuǎn)運動。第一個工件進入輸送帶并往前輸送，當(dāng)傳感器7檢測到該工件進入檢測環(huán)節(jié)時，伺服驅(qū)動電機13通過變速箱14驅(qū)動主軸12帶動檢測臂10把隨動檢測系統(tǒng)11帶到工件的正上方。因為工件相對攝像頭的位置已經(jīng)被標(biāo)定，這時絲桿滑臺控制攝像頭運動對工件的其中 a 、b 、c 、d 四個面進行掃描檢測，e、f兩個表面待工件進入反面隨動檢測平臺時檢測[10]。從傳感器檢測工件到位開始，直到工件被輸送帶順時針輸送180°結(jié)束，絲桿滑臺控制攝像頭剛好對工件 a 、b 、c 、d 四個面掃描檢測一次，然后絲桿滑臺帶著攝像頭被檢測臂10帶著回轉(zhuǎn)離開檢測區(qū)域，在非檢測區(qū)域回轉(zhuǎn)時絲桿滑臺控制攝像頭回到原點位置，以便于進行下一次檢測。

反面隨動檢測平臺的結(jié)構(gòu)及工作原理與正面隨動檢測平臺一樣，當(dāng)該平臺上的傳感器檢測工件到位后通過控制絲桿滑臺上的攝像頭對工件進行隨動掃描檢測。這時隨動檢測系統(tǒng)對工件的 b 、d 、e、f 四個面進行掃描檢測，這樣就實現(xiàn)了對一個工件的所有表面進行360°全方面連續(xù)在線視覺檢測。

2 創(chuàng)新點

（1） 通過兩個伺服電機的控制回轉(zhuǎn)平臺與隨動檢測平臺相互配合，使移動中的絲桿滑臺與工件在運動中保持相對靜止，然后再通過控制絲桿螺母的配合使攝像頭相對工件進行可控的相對運動，從而實現(xiàn)攝像頭對所有被送到輸送帶上的工件進行運動中的靜止檢測或掃描檢測。這樣既能吸取靜態(tài)檢測效果好、精度高的好處，又能保證期具有動態(tài)測量速度快、效率高的優(yōu)點[11]。

（2） 通過配置高效簡單的真空吸盤翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，快速地把工件翻轉(zhuǎn)180°，從而實現(xiàn)了高速、高效的連續(xù)在線測量。

（3） 通過安裝多組對稱的攝像頭在檢測臂的兩端，使其在回轉(zhuǎn)過程中不斷地檢測與復(fù)位，實現(xiàn)連續(xù)不斷地對送進輸送皮帶的工件進行在線檢測，提高了檢測的效率。3結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了通過回轉(zhuǎn)平臺帶動隨動式視覺檢測系統(tǒng)對施工構(gòu)件進行檢測的設(shè)計方案，該設(shè)計通過配置不同的傳感器及控制邏輯，可以調(diào)整攝像頭檢測的狀態(tài)，如同步靜止檢測、單向掃描式檢測、來回掃描檢測等;通過更換不同的檢測裝置還能對施工構(gòu)件進行超聲波探傷、金屬檢測、含水量檢測等。其可塑性及互換性強，通過項目成果的進一步開發(fā)研究，本技術(shù)還可以拓展到其他的檢測領(lǐng)域，對機械零件或產(chǎn)品外觀等進行高速、連續(xù)、在線的檢測，進一步為制造業(yè)生產(chǎn)線上的制造末端檢測提供技術(shù)基礎(chǔ)[12]。

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第一作者簡介：曾杰華（1980-），女，廣東信宜人，大學(xué)本科，工程師，研究領(lǐng)域為水利機電技術(shù)。

（編輯：王智圣）