一种小型工件的外表面图像采集装置

1.本发明属于采用机器视觉技术检测工件时的图像采集装置领域，具体涉及一种小型工件的外表面图像采集装置。


背景技术：

2.小型工件种类繁多，在生产加工过程中可能会出现沙眼、裂纹、毛刺、尺寸误差等质量问题，一旦机器使用了存在问题的小型工件，可能导致重要零件寿命降低甚至引发机器故障，因此需对加工后的小型工件进行质量检测。
3.现有的小型工件质量检测大多数仍需人工检测，但人工检测对检测员主观检测水平要求较高，长时间工作容易产生视觉疲劳，难以避免人为误检的发生，无法很好的把控小型工件的检测质量；而且当面临大批量的产品时，逐一进行人工检测耗时耗力，检测效率非常低下，随着我国工业智能化的发展，基于机器视觉技术的自动化检测方法已经是成熟的检测方法，使用该检测方法需要一个自动化图像采集装置。
4.一些小型工件有特殊面和孔等复杂结构，存在多种质量检测要求，往往需要对工件进行多个面观测，为采集质量检测所需的小型工件外表面图像，一般将图像采集设备固定，通过夹具夹持小型工件进行单一方向的移动或旋转来调整拍摄位置，但部分小型工件的特殊面需要通过多个角度调整才能完整拍摄，单一的角度调整存在拍摄死角，需要额外增加图像采集设备，大幅增加成本。
5.另一方面，不同类型的小型工件需要的夹持方式和拍摄角度也不同，如果针对不同类型的小型工件分别设计与其匹配的夹具和拍摄设备，成本高昂，造成资源浪费。
6.目前，市场上没有完全符合上述要求的自动化图像采集装置，因此，设计一种小型工件外表面图像采集装置具有重要的意义。


技术实现要素：

7.本发明目的是为了解决现有技术存在的以上问题，提供一种用于小型工件的外表面图像采集装置，该装置能装夹不同型号的车用小型工件，并对被夹工件进行复杂角度调整，通过机器视觉技术获取工件外表面的待检测图像后，利用图像处理技术实现自动化检测，大大提高了检测效率与准确度。
8.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
9.一种小型工件外表面图像采集装置包括图像采集机构、旋转夹持机构、滑移搭载机构、垂直位移机构。
10.所述图像采集机构包括工业相机、相机座、夹紧旋钮、保持旋钮、垂杆和垂杆座，所述相机座两侧面有螺纹孔与夹紧旋钮配合，所述工业相机放置在相机座中通过夹紧旋钮夹紧，所述相机座上端面有通孔与垂杆配合，所述相机座通孔侧面有螺纹孔与保持旋钮配合，所述垂杆下端外螺纹与垂杆座上孔螺纹连接，安装在垂杆座上，所述垂杆座下方有环形阵列的螺纹孔，通过螺栓连接安装在平台底座上。
11.所述旋转夹持机构包括第一旋转夹持机构和第二旋转夹持机构，所述第一旋转夹持机构和第二旋转夹持机构对称放置且构造相同；所述第一旋转夹持机构包括电机安装螺钉、转台电机、第一夹持主体、转盘和插拔式夹具；所述第一夹持主体左侧有电机槽，所述转盘电机通过电机安装螺钉连接安装在第一夹持主体的电机槽内；所述第一夹持主体右侧上方圆孔内装有轴承，轴承内圈与转盘轴端外表面配合，所述转盘轴端内有孔与转盘电机的电机轴连接，所述转盘端面有呈雪花状分布的阵列孔；所述插拔式夹具有多种种类，可以根据工件的夹持方案互相组合使用，所述插拔式夹具一端与旋转夹持机构转盘上的阵列孔配合，另一端与被夹持的小型工件配合；所述第一夹持主体下方有通孔允许滑移搭载平台上的丝杠丝杆穿过，所述第一夹持主体左端面下方有法兰丝母安装孔，用于安装滑移搭载平台上的第一法兰丝母，所述第一夹持主体下方有一组对称的的长方形滑槽，用于和滑移搭载平台上的条形滑轨配合。
12.所述滑移搭载机构包括搭载平台、第一丝杠座、第一法兰丝母、条形滑轨、丝杠丝杆、第二法兰丝母、第二丝杠座、联轴器、丝杠电机、第一铰链轴、第一滑杆、第一滑杆座、第二滑杆座、第二滑杆和第二铰链轴；所述第一丝杠座和第二丝杠座通过六角螺栓连接安装在搭载平台上，所述丝杠丝杆安装在第一、二丝杠座之间，所述第一丝杠座轴承孔内有轴承与丝杠丝杆左端光杆配合，所述第二丝杠座的左侧轴承孔内有轴承与丝杠丝杆右端光杆配合，所述丝杠丝杆右端光杆比第二丝杠座内轴承轴向尺寸长且有部分伸出，所述丝杠丝杆右端光杆伸出部分与丝杠电机轴端通过联轴器连接，所述丝杠电机通过螺栓连接安装在第二丝杠座右端面上，所述第一法兰丝母和第二法兰丝母通过螺纹连接安装在丝杠丝杆上且对称放置，第一、第二法兰丝母通过螺栓连接分别安装在旋转夹持机构中的第一、第二夹持主体下方的圆孔内；所述条形滑轨通过沉头螺钉连接安装在搭载平台上的丝杠丝杆两侧；所述第一滑杆座和第二滑杆座通过两组沉头螺钉连接安装在搭载平台下方，所述第一滑杆座和第二滑杆座之间有间隔，所述第一滑杆座方形通孔与第一滑杆右端配合，所述第一滑杆可与第一滑杆座相对滑动，所述第一滑杆左端有孔与第一铰链轴配合，所述第二滑杆座方形孔通过沉头螺钉与第二滑杆左端连接，所述第二滑杆与第二滑杆座固定，所述第二滑杆右端有孔与第二铰链轴配合。
13.所述垂直位移机构包括第一垂直位移机构、第二垂直位移机构和平台底座，所述第一垂直位移机构和第二垂直位移机构对称放置且零件构成相同；所述第一垂直位移机构包括第一垂直丝杠电机、丝杠上端座、第一垂直丝母、垂直丝杠丝杆和丝杠下端座；所述第一垂直丝杠电机通过螺栓连接安装在在丝杠上端座上，所述丝杠上端座通过螺栓连接安装在丝杠下端座上，所述丝杠下端座通过螺栓连接安装在平台底座上，所述垂直丝杠丝杆在丝杠上端座和丝杠下端座之间，所述垂直丝杠上端座内有联轴器，使垂直丝杠丝杆上端光杆与第一垂直丝杠电机通过联轴器连接，所述垂直丝杠下端座轴承孔内有轴承与丝杠下端光杆配合，所述垂直丝杠丝杆上通过螺纹连接安装有第一垂直丝母，所述第一垂直丝母和第一滑杆通过第一铰链轴连接；所述第二垂直丝母和第二滑杆通过第二铰链轴连接。
14.进一步的，所述相机座左右两侧有螺纹孔，用于安装夹紧旋钮；所述相机座有圆柱通孔与垂杆配合，通孔侧面有螺纹孔与保持旋钮配合。
15.进一步的，所述旋转夹持装置的两转盘的端面上有呈雪花状排布的孔结构，便于调整插拔式夹具的排布位置；所述插拔式夹具是可拆卸的，有多种类型，可组合使用。
16.进一步的，所述第一夹持主体右端面上方圆孔轴承内圈与转盘的轴端尺寸尺寸一致，两者配合；所述第一夹持主体左端面有法兰螺母安装孔与第一法兰螺母配合；所述第一夹持主体有通孔，通孔尺寸略大于丝杠丝杆的外径尺寸。
17.进一步的，所述滑移搭载机构上的两法兰丝母镜像安装在丝杠丝杆上，当丝杠电机带动丝杠丝杆转动时，两法兰丝母同时向内或向外运动。
18.进一步的，所述第一滑杆左端孔与第一垂直丝母右端孔尺寸一致，二者通过第一铰链轴连接；所述第二滑杆右端孔与第二垂直丝母左端孔尺寸一致，二者通过第二铰链轴连接；所述第一滑杆与第一滑杆座可发生相对滑动，所述第二滑杆与第二滑杆座固定连接。
19.进一步的，所述旋转夹持机构可实现工件第一拍摄角度调整，所述滑移搭载机构和垂直位移机构配合可实现工件第二拍摄角度调整，两角度调整方法相互独立，组合使用可以实现工件复杂角度的外表面图像拍摄。
20.本发明的有益效果：
21.旋转夹持机构的两转盘上有呈雪花形分布的多组阵列孔，可以选择不同的插拔式夹具实现对不同类型的小型工件的装夹；控制滑移搭载机构上的丝杠电机带动旋转夹持机构对工件夹紧；控制旋转夹持机构中的两转盘电机实现对工件第一拍摄角度调整，分别控制垂直位移机构中的第一垂直丝杠电机和第二垂直丝杠电机，使两垂直丝母反向运动，第一滑杆被拉出，滑移搭载机构发生角度偏转，从而对工件实现第二拍摄角度调整，两种角度调整相互独立，可以组合实现工件复杂姿态的调整，无需频繁拆卸，便于获取小型工件检测所需的外表面图像，为后续图像处理与质量检测工作提供良好准备。
附图说明
22.图1是本发明的结构示意图
23.图2是本发明图像采集机构的结构示意图
24.图3是本发明上旋转夹持机构的结构示意图
25.图4是本发明滑移搭载机构的俯视结构示意图
26.图5是本发明滑移搭载机构的仰视结构示意图
27.图6是本发明垂直位移机构的结构示意图具体实施说明
28.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
29.参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6，本具体实施方式的一种小型工件外表面图像采集机构，其组成包括图像采集机构1、旋转夹持机构2、滑移搭载机构3、垂直位移机构 4；所述旋转夹持机构2包括第一旋转夹持机构21和第二旋转夹持机构22；垂直位移机构4 包括第一垂直位移机构41、第二垂直位移机构42和平台底座43；所述图像采集机构1中的垂杆座106在平台底座43上通过螺栓连接；旋转夹持机构2中的第一夹持主体213和第二夹持主体223位于滑移搭载机构3上的条形滑轨上且分别与第一法兰丝母303和第二法兰丝母 306通过螺栓连接；滑移搭载机构3中的第一滑块310和第二滑块314分别与垂直位移机构4 的第一丝杠丝母413和第二丝杠丝母423通过第一铰链轴310和第二铰链轴315连接；垂直位移机构4的第一丝杠座415和第二丝杠座425通过螺栓连接安装在平台底座43上。
30.参阅图2，所述图像采集机构1包括工业相机101、相机座102、夹紧旋钮103、保持旋
钮104、垂杆105和垂杆座106，所述工业相机101放置在相机座102中通过夹紧旋钮103 夹紧，所述相机座102上端面有通孔与垂杆105配合，所述相机座102通孔侧面有螺纹孔与保持旋钮104配合，通过保持旋钮104调整相机座102位置并保持，所述垂杆105下端外螺纹与垂杆座106上孔螺纹连接，安装在垂杆座106上，所述垂杆座106下方有环形阵列的螺纹孔，通过螺栓连接安装在平台底座43上。
31.参阅图3、图6，所述旋转夹持机构2包括第一旋转夹持机构21和第二旋转夹持机构 22，所述第一旋转夹持机构21和第二旋转夹持机构22对称放置且构造相同；所述第一旋转夹持机构21包括电机安装螺钉211、转盘电机212、第一夹持主体213、转盘214和插拔式夹具215；所述第一夹持主体21左侧有电机槽，所述转盘电机212通过电机安装螺钉211连接，安装在第一夹持主体213的电机槽内；所述第一夹持主体213右侧上方圆孔内有轴承与转盘214轴端外表面配合，所述转盘214轴端内有孔与转盘电机212的电机轴配合，所述转盘214端面有呈雪花状分布的阵列孔；所述插拔式夹具215可以根据工件的夹持方案互相组合使用，所述插拔式夹具215一端与旋转夹持机构转盘上的阵列孔配合，另一端与被夹持的小型工件配合；所述第一夹持主体213下方有通孔允许滑移搭载平台3上的丝杠丝杆305穿过，所述第一夹持主体213左端面下方有安装孔，用于安装滑移搭载平台3上的第一法兰丝母303，所述第一夹持主体213下方有一组对称的的长方形滑槽，用于和滑移搭载平台3上的条形滑轨304配合，所述旋转夹持机构1由两转盘电机212和222同步驱动两转盘214和 224转动，实现被测工件第一拍摄角度调整。
32.参阅图4、图5，所述滑移搭载机构3包括搭载平台301、第一丝杠座302、第一法兰丝母303、条形滑轨304、丝杠丝杆305、第二法兰丝母306、第二丝杠座307、联轴器308、丝杠电机309、第一铰链轴310、第一滑杆311、第一滑杆座312、第二滑杆座313、第二滑杆314和第二铰链轴315；所述第一丝杠座302和第二丝杠座307通过六角螺栓连接安装在搭载平台301上，所述丝杠丝杆305安装在第一、二丝杠座302和307之间，所述第一丝杠座302轴承孔内有轴承与丝杠丝杆305左端光杆配合，所述第二丝杠座307的左侧轴承孔内有轴承与丝杠丝杆305右端光杆配合，所述丝杠丝杆305右端光杆比第二丝杠座307内轴承轴向尺寸长，有部分伸出，所述丝杠丝杆305右端光杆伸出部分与丝杠电机309轴端通过联轴器连接，所述丝杠电机309通过螺栓连接安装在第二丝杠座307右端面上，所述第一法兰丝母303和第二法兰丝母306通过螺纹连接安装在丝杠丝杆305上且对称放置，第一、第二法兰丝母303和306通过螺栓连接分别安装在旋转夹持机构1中的第一、第二夹持主体213 和223下方的圆孔内，丝杠电机309通过联轴器308带动丝杠丝杆305旋转，使其上两法兰丝母303、306同时向内或向外运动，使得旋转夹持机构1实现自动夹紧和松开；所述条形滑轨304通过沉头螺钉连接，安装在搭载平台301上的丝杠丝杆305两侧；所述第一滑杆座 312和第二滑杆座313通过两组沉头螺钉连接安装在搭载平台301下方，所述第一滑杆座312 和第二滑杆座313之间有间隔，所述第一滑杆座312有方形通孔与第一滑杆311右端配合，所述第一滑杆311可与第一滑杆座312相对滑动，所述第一滑杆311左端有孔与第一铰链轴 310配合，所述第二滑杆座313有方形孔通过沉头螺钉与第二滑杆314左端连接，所述第二滑杆314与第二滑杆座313固定，所述第二滑杆314右端有孔与第二铰链315轴配合。
33.参阅图6，所述垂直位移机构4包括第一垂直位移机构41、第二垂直位移机构42和平台底座43，所述第一垂直位移机构41和第二垂直位移机构42对称放置且零件构成相同；
所述第一垂直位移机构41包括第一垂直丝杠电机411、丝杠上端座412、第一垂直丝母413、垂直丝杠丝杆414和丝杠下端座415；所述第一垂直丝杠电机411通过螺栓连接安装在在丝杠上端座412上，所述丝杠上端座412通过螺栓连接安装在丝杠下端座415上，所述丝杠下端座415通过螺栓连接安装在平台底座43上，所述垂直丝杠丝杆414在丝杠上端座412和丝杠下端座415之间，所述垂直丝杠上端座412内有联轴器，使垂直丝杠丝杆414上端光杆与第一垂直丝杠电机411通过联轴器连接，所述垂直丝杠下端座415的轴承孔内有轴承与垂直丝杠丝杆414下端光杆配合，所述垂直丝杠丝杆414上通过螺纹连接安装有第一丝杠丝母 413，所述第一丝杠丝母413和第一滑杆311通过第一铰链轴310连接；所述第二丝杠丝母 423和第二滑杆314通过第二铰链轴315连接；两垂直丝杠电机411和421分别带动两垂直丝母413和423反向运动，当产生高度差时，第一丝杠丝母310拉动第一滑杆311，使由旋转夹持机构2和滑移搭载机构3组成的夹持平台小角度偏转，实现被测工件的第二拍摄角度调整。
34.本发明工作原理：
35.工作时，根据被测件外轮廓，选择合适的插拔式夹具215，确定工件夹持固定方案，在旋转夹持机构2的两转盘214和224上安装的插拔式夹具215和225，控制滑移搭载机构3 上的丝杠电机309带动旋转夹持机构2对工件夹紧，控制旋转夹持机构2中的两转盘电机212 和222实现对工件第一拍摄角度调整，分别控制垂直位移机构4中的第一垂直丝杠电机411 和第二垂直丝杠电机421，使两垂直丝母413和423产生高度差，从而对工件实现第二拍摄角度调整，两种拍摄角度调整相互独立，通过相互组合可以获取小型工件复杂角度的外表面图像，为后续图像处理与质量检测工作提供良好准备。
36.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。