[实用新型]一种用于表面缺陷检测的机械手装置

说明书

技术领域

本实用新型属于工业自动化领域，涉及视觉检测机器人技术，特别是涉及一种能够对复杂形状物表面缺陷进行智能化检测的机械手。

背景技术

近年来，基于机器视觉的无损检测技术被广泛应用于表面缺陷检测中，可以大大提高生产效率和生产的自动化程度，尤其是在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，往往需要采用机器视觉来代替人工视觉检测。在视觉检测领域，首先要保证图像质量好、特征明显，获得高质量的可处理图像是进行智能处理与识别的关键，因此必须要设计一个合适的图像采集装置。目前往往是将数字相机安装在一个固定的位置采集移动中的物体，或是将数字相机安装于一个移动式的载体上，通过载体快速移动实现对被测物图像的采集和存储。

将该技术应用于桥梁、隧道等大型交通基础设施的表面缺陷检测时，由于被测物体积庞大，一般需要多台相机同时拍摄才能获得完整的图像。更重要的是，这种被测物形状较为复杂，以高速公路隧道为例，其断面形状为一个圆弧形曲面，而且不同隧道的断面形状及尺寸完全不同，这也限制了机器视觉在该领域中的推广和应用。机器人是近年来兴起的一门学科，具有多轴联动、运动精度高、承载能力强、结构紧凑等优点，广泛应用于位姿调整、运动模拟、系统仿真等领域，通过各运动分支协调摆动带动运动平台实现空间多自由度运动及定位功能。因此，将机器人技术引入基于视觉的无损检测领域中，可以从根本上解决因拍摄参数不达标造成的图像采集质量低、适应性差等问题。

实用新型内容

为解决上述问题提出一种智能机械手装置，利用机器人运动灵活、多轴联动、工作空间大等优点，该装置可根据被检物形状实时调整相机的空间位置和姿态，使其处于最佳拍摄位置处，实现对大型、复杂形状物表面缺陷的智能化检测。

一种用于表面缺陷检测的机械手装置，包括基座、工作平台、三个结构相同的运动分支和数字相机等。外部形状为圆形的工作平台通过轴承、阶梯轴等安装于基座上，可实现绕其圆心的连续转动；每个运动分支由一个移动副(P)、两个转动副(R)及连杆构成，其中移动副、转动副轴线分别垂直于工作平台安装面及端面，在各运动副处均安装有驱动电机及传感器；用于采集图像的数字相机安装于分支末端处，相邻运动分支的移动副夹角为45°。安装于基座上的激光扫描仪实时采集被测物三维轮廓数据，结合数字相机物距、焦距等硬件参数生成机器人运动轨迹，在各驱动作用下数字相机调整其空间位置与姿态，以获得最佳的图像质量。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于表面缺陷检测的机械手装置，其特征在于，由基座、工作平台、三个结构相同的运动分支、数字相机和激光扫描仪构成，其中：

具有圆形结构的工作平台中心位置处布置有圆孔和键槽，通过轴承、阶梯轴和键安装于基座上，基座由一个水平布置的矩形平台和两个竖直布置的轴承座焊接而成；基座矩形平台上安装有激光扫描仪，用于实时采集被测物三维轮廓数据，四周布置有地脚安装孔，用于连接载体；基座轴承座一端安装驱动装置、另一端安装有计数装置，用于驱动工作平台转动，并记录其转角；

运动分支是一个具有空间三自由度运动(PRR)分支，由连杆、一个移动副和两个转动副构成，其中移动副轴线垂直于工作平台安装面，两个转动副轴线互相平行且均垂直于安装平台端面；三个结构相同的运动分支安装于工作平台表面，相邻分支中移动副轴线夹角为45°；数字相机安装于分支末端，在分支运动副处均安装有驱动装置和传感器，在各驱动装置作用下数字相机在工作平台平面内的移动和转动，实现精确定位和调姿。

作为优选，所述基座轴承座处的驱动装置是电机，计数装置是编码器。

作为优选，运动分支中移动副的实现方式为伺服电动缸。

作为优选，运动分支中移动副的实现方式为丝杠、滑块、导轨的组合方式。

作为优选，运动分支中转动副由阶梯轴、轴承、端盖构成。

作为优选，移动副处安装用于精确测量直线运动的光栅尺，转动副处安装有用于精确测量转动运动的绝对值编码器。

作为优选，数字相机安装于分支末端，光轴沿运动分支转动副处的连杆方向。

作为优选，当采用工业线阵数字相机时，控制器伺服周期小于20ms。

作为优选，当采用工业面阵数字相机时，控制器伺服周期小于100ms。

本实用新型创新提出了一种视觉检测机器人装置，适用于桥梁、隧道等复杂形状物的表面缺陷检测，具有环境适应性强、运动灵活、适用范围广等优点，改变了传统依靠人工识别效率低、智能检测手段适应性差等现状，具有重要的应用价值。

附图说明