工业视觉高级实训设备[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112750343 A(43)申请公布日 2021.05.04

(21)申请号 202011545809.4(22)申请日 2020.12.23

(71)申请人 苏州富纳智能科技有限公司

地址 215000 江苏省苏州市工业园区星湖

街328号创意产业园内A1单元(72)发明人 吴加富　陈勇　吴蕾　

(74)专利代理机构 苏州国卓知识产权代理有限

公司 32331

代理人 刘颖棋(51)Int.Cl.

G09B 9/00(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图7页

(54)发明名称

工业视觉高级实训设备

(57)摘要

本发明属于工业视觉教学技术领域，具体为工业视觉高级实训设备，包括外框架，所述外框架的前壁上侧设置有显示器和触控板，所述外框架的内部后上侧安装有工控机，所述显示器和触控板通过数据线与工控机连接。该工业视觉高级实训设备包括以下若干个教学应用，若干个教学应用对应若干个检测治具，若干个教学应用至少包括：典型零件组装应用、拼图应用、PCB板检测与字符识别应用、3D相机高度实训应用和3D相机斜度应用，若干个检测治具存放在治具存放仓内。通过显示器、触控板、工控机的配合作用，能够根据具体的实训应用编写对应指令，适用范围较广。

CN 112750343 ACN 112750343 A

权　利　要　求　书

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1.工业视觉高级实训设备，包括外框架(1)，其特征在于：所述外框架(1)的前壁上侧设置有显示器(2)和触控板(3)，所述外框架(1)的内部后上侧安装有工控机(4)，所述显示器(2)和触控板(3)通过数据线与工控机(4)连接，所述外框架(1)的内腔中部设置有支撑台(5)，所述支撑台(5)的上表面中部设置有检测治具(6)，所述支撑台(5)的上表面安装有三轴驱动机构(7)，所述三轴驱动机构(7)上安装有上转动扫描机构(8)，所述支撑台(5)的下表面后侧安装有下工业相机(11)，所述下工业相机(11)位于检测治具(6)的后侧，且支撑台(5)上开设有与下工业相机(11)对应的通槽，所述外框架(1)的内腔下侧设置有治具存放仓(9)和气动供气装置(10)，所述三轴驱动机构(7)、上转动扫描机构(8)、气动供气装置(10)、下工业相机(11)与工控机(4)电性连接，所述上转动扫描机构(8)包括支板(81)，所述支板(81)的前壁上侧安装有上工业相机(86)，所述支板(81)的后壁上侧安装有驱动电机(82)，所述驱动电机(82)的输出轴底端通过联轴器(83)连接有气动吸头(84)，所述气动吸头(84)与气动供气装置(10)通过气管连接，所述支板(81)的侧边安装3D线型扫描相机(85)；

若干个教学应用对应若干个检测该工业视觉高级实训设备包括以下若干个教学应用，

治具(6)，若干个教学应用至少包括：典型零件组装应用、拼图应用、PCB板检测与字符识别应用、3D相机高度实训应用和3D相机斜度应用，若干个检测治具(6)存放在治具存放仓(9)内。

2.根据权利要求1所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述典型零件组装应用具体为：此应用需要结合上工业相机(86)、下工业相机(11)使用，对产品A和产品B之间组装，上工业相机(86)安装在气动吸头(84)侧边上，将典型零件组装的检测治具(6)置于支撑台(5)的上表面，学生基于显示器(2)、触控板(3)和工控机(4)驱动上工业相机(86)、下工业相机(11)对典型零件组装的检测治具(6)扫描检测产品A和产品B，将产品A任意摆放在典型零件组装的检测治具(6)的原料区，产品B放置在典型零件组装的检测治具(6)的成品区，通过上工业相机(86)首先对产品A进行扫描，检测产品A位置和角度，三轴驱动机构(7)与上转动扫描机构(8)带动气动吸头(84)移动，将产品A吸起，通过下工业相机(11)对产品A拍摄，并通过转动气动吸头(84)对产品A微调角度，三轴驱动机构(7)带动气动吸头(84)移动，气动吸头(84)将产品A吸起并与产品B配合，进行零件组装。

3.根据权利要求1所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述拼图应用具体为：此应用需要结合上工业相机(86)、下工业相机(11)使用，将多个卡片随机放置在拼图应用的检测治具(6)原料区内部，学生基于显示器(2)、触控板(3)和工控机(4)驱动上工业相机(86)、下工业相机(11)对拼图应用的检测治具(6)扫描检测，启动三轴驱动机构(7)与上转动扫描机构(8)，三轴驱动机构(7)与上转动扫描机构(8)带动气动吸头(84)三轴移动和转动，对卡片进行吸取并移动，上工业相机(86)对卡片进行测量角度和边框距离，再通过下工业相机(11)由下向上拍摄，识别卡片上二维码的信息识别卡片下侧预先设置的二维码，二维码对识别卡片移动位置具有指定作用，读取信息以后，三轴驱动机构(7)与上转动扫描机构(8)带动气动吸头(84)移动，气动吸头(84)带动卡片移动到相应的位置，最后拼成图案。

4.根据权利要求1所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述PCB板检测与字符识别应用具体为：此应用需要结合上工业相机(86)、下工业相机(11)使用，PCB板检测与字符识别应用的检测治具(6)分为原料区和成品区，首先将待检测PCB板放置在PCB板检测与字符识别应用的检测治具(6)的原料区，学生基于显示器(2)、触控板(3)和工控机(4)驱动

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上工业相机(86)、下工业相机(11)对PCB板检测与字符识别应用的检测治具(6)扫描检测，然后上工业相机(86)对PCB板正面进行检测，通过对PCB板正面进行拍照，对PCB板的尺寸进行检测，通过下工业相机(11)对PCB板下表面进行识别检测，PCB板的下表面预先设置有二维码、字符，通过对二维码和字符进行识别可以对PCB板的位置进行指定，检测后，将PCB板移动到PCB板检测与字符识别应用的检测治具(6)成品区。

5.根据权利要求1所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述3D相机高度实训应用具体为：圆形工件任意摆放在底座上，学生基于显示器(2)、触控板(3)和工控机(4)驱动3D线型扫描相机(85)对3D相机斜度应用的检测治具(6)扫描检测，3D线型扫描相机(85)进行移动线性拍照与对圆形工件的高度和位置进行检测，从而能够确定气动吸头(84)的下降深度和圆形工件的位置，避免下降过多对圆形工件撞击，也避免下降过少吸附不了圆形工件，气动吸头(84)将圆形工件取出，并将取出的圆形工件通过三轴驱动机构(7)、上转动扫描机构(8)配合作用移动放置在3D相机斜度应用的检测治具(6)对应位置内。

6.根据权利要求1所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述3D相机斜度应用具体为：将不同斜度的铝块任意摆放在3D相机斜度应用的检测治具(6)内，学生基于显示器(2)、触控板(3)和工控机(4)驱动3D线型扫描相机(85)对3D相机斜度应用的检测治具(6)扫描检测，3D线型扫描相机(85)对铝块进行移动线性拍照与高度检测，最终计算出3D相机斜度应用的检测治具(6)上铝块的上表面斜度。

7.根据权利要求1所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述三轴驱动机构(7)包括前后伺服滑台(71)、横移伺服滑台(72)和纵移伺服滑台(73)，所述横移伺服滑台(72)安装在前后伺服滑台(71)的滑鞍上，所述纵移伺服滑台(73)安装在横移伺服滑台(72)的滑鞍上。

8.根据权利要求7所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述前后伺服滑台(71)安装在支撑台(5)的上表面左侧，所述支撑台(5)的上表面右侧设置有滑轨，所述横移伺服滑台(72)的下表面右侧通过滑块与滑轨滑动连接。

9.根据权利要求7所述的工业视觉高级实训设备，其特征在于：所述滑轨、前后伺服滑台(71)的下表面均通过支座与支撑台(5)的上表面连接。

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说　明　书工业视觉高级实训设备

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技术领域

[0001]本发明涉及工业视觉教学技术领域，具体为工业视觉高级实训设备。

背景技术

[0002]工业视觉作为机器视觉的一部分，主要用于测量、定位、检测、引导及识别的自动化检测，自动化检测可以高效快速的完成产品的检测，因此自动化检测代替人工检测是必然的发展趋势。工业视觉需求越来越多样，原先只用在生产线上的工业视觉，如今在制造、医疗、电子、仓储等各个领域都有各种各样的应用。随着工业视觉技术的快速发展，高校也开设了机器视觉、图像处理相关专业，着重培养工业视觉检测相关的技术人才。[0003]现有的工业视觉教学设备教学实训内容单一，且操作不方便，学生操作便，视觉效果不佳。

发明内容

[0004]本发明的目的在于提供工业视觉高级实训设备，以解决上述背景技术中提出的现有的工业视觉教学设备教学实训内容单一，且操作不方便，学生操作便，视觉效果不佳的问题。

[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：工业视觉高级实训设备，包括外框架，所述外框架的前壁上侧设置有显示器和触控板，所述外框架的内部后上侧安装有工控机，所述显示器和触控板通过数据线与工控机连接，所述外框架的内腔中部设置有支撑台，所述支撑台的上表面中部设置有检测治具，所述支撑台的上表面安装有三轴驱动机构，所述三轴驱动机构上安装有上转动扫描机构，所述支撑台的下表面后侧安装有下工业相机，所述下工业相机位于检测治具的后侧，且支撑台上开设有与下工业相机对应的通槽，所述外框架的内腔下侧设置有治具存放仓和气动供气装置，所述三轴驱动机构、上转动扫描机构、气动供气装置、下工业相机与工控机电性连接，所述上转动扫描机构包括支板，所述支板的前壁上侧安装有上工业相机，所述支板的后壁上侧安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴底端通过联轴器连接有气动吸头，所述气动吸头与气动供气装置通过气管连接，所述支板的侧边安装3D线型扫描相机；

[0006]该工业视觉高级实训设备包括以下若干个教学应用，若干个教学应用对应若干个检测治具，若干个教学应用至少包括：典型零件组装应用、拼图应用、PCB板检测与字符识别应用、3D相机高度实训应用和3D相机斜度应用，若干个检测治具存放在治具存放仓内。[0007]优选的，所述典型零件组装应用具体为：此应用需要结合上工业相机、下工业相机使用，对产品A和产品B之间组装，上工业相机安装在气动吸头侧边上，将典型零件组装的检测治具置于支撑台的上表面，学生基于显示器、触控板和工控机驱动上工业相机、下工业相机对典型零件组装的检测治具扫描检测产品A和产品B，将产品A任意摆放在典型零件组装的检测治具的原料区，产品B放置在典型零件组装的检测治具的成品区，通过上工业相机首先对产品A进行扫描，检测产品A位置和角度，三轴驱动机构与上转动扫描机构带动气动吸

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头移动，将产品A吸起，通过下工业相机对产品A拍摄，并通过转动气动吸头对产品A微调角度，三轴驱动机构带动气动吸头移动，气动吸头将产品A吸起并与产品B配合，进行零件组装。

[0008]优选的，所述拼图应用具体为：此应用需要结合上工业相机、下工业相机使用，将多个卡片随机放置在拼图应用的检测治具原料区内部，学生基于显示器、触控板和工控机驱动上工业相机、下工业相机对拼图应用的检测治具扫描检测，启动三轴驱动机构与上转动扫描机构，三轴驱动机构与上转动扫描机构带动气动吸头三轴移动和转动，对卡片进行吸取并移动，上工业相机对卡片进行测量角度和边框距离，再通过下工业相机由下向上拍摄，识别卡片上二维码的信息识别卡片下侧预先设置的二维码，二维码对识别卡片移动位置具有指定作用，读取信息以后，三轴驱动机构与上转动扫描机构带动气动吸头移动，气动吸头带动卡片移动到相应的位置，最后拼成图案。[0009]优选的，所述PCB板检测与字符识别应用具体为：此应用需要结合上工业相机、下工业相机使用，PCB板检测与字符识别应用的检测治具分为原料区和成品区，首先将待检测PCB板放置在PCB板检测与字符识别应用的检测治具的原料区，学生基于显示器、触控板和工控机驱动上工业相机、下工业相机对PCB板检测与字符识别应用的检测治具扫描检测，然后上工业相机对PCB板正面进行检测，通过对PCB板正面进行拍照，对PCB板的尺寸进行检测，通过下工业相机对PCB板下表面进行识别检测，PCB板的下表面预先设置有二维码、字符，通过对二维码和字符进行识别可以对PCB板的位置进行指定，检测后，将PCB板移动到PCB板检测与字符识别应用的检测治具成品区。[0010]优选的，所述3D相机高度实训应用具体为：圆形工件任意摆放在底座上，学生基于显示器、触控板和工控机驱动3D线型扫描相机对3D相机斜度应用的检测治具扫描检测，3D线型扫描相机进行移动线性拍照与对圆形工件的高度和位置进行检测，从而能够确定气动吸头的下降深度和圆形工件的位置，避免下降过多对圆形工件撞击，也避免下降过少吸附不了圆形工件，气动吸头将圆形工件取出，并将取出的圆形工件通过三轴驱动机构、上转动扫描机构配合作用移动放置在3D相机斜度应用的检测治具对应位置内。[0011]优选的，所述3D相机斜度应用具体为：将不同斜度的铝块任意摆放在3D相机斜度应用的检测治具内，学生基于显示器、触控板和工控机驱动3D线型扫描相机对3D相机斜度应用的检测治具扫描检测，3D线型扫描相机对铝块进行移动线性拍照与高度检测，最终计算出3D相机斜度应用的检测治具上铝块的上表面斜度。[0012]优选的，所述三轴驱动机构包括前后伺服滑台、横移伺服滑台和纵移伺服滑台，所述横移伺服滑台安装在前后伺服滑台的滑鞍上，所述纵移伺服滑台安装在横移伺服滑台的滑鞍上。

[0013]优选的，所述前后伺服滑台安装在支撑台的上表面左侧，所述支撑台的上表面右侧设置有滑轨，所述横移伺服滑台的下表面右侧通过滑块与滑轨滑动连接。[0014]优选的，所述滑轨、前后伺服滑台的下表面均通过支座与支撑台的上表面连接。[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0016]1)通过三轴驱动机构、驱动电机的配合作用，能够带动气动吸头三轴方向移动和转动，操作空间范围较大；[0017]2)通过显示器、触控板、工控机的配合作用，能够根据具体的实训应用编写对应指

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令，适用范围较广。

附图说明

[0018]图1为本发明结构示意图；

[0019]图2为本发明的左视结构示意图；

[0020]图3为本发明三轴驱动机构的正视结构示意图；[0021]图4为本发明三轴驱动机构的后视结构示意图；[0022]图5为本发明三轴驱动机构的仰视结构示意图；[0023]图6为本发明上转动扫描机构的结构示意图；[0024]图7为本发明上转动扫描机构的后视结构示意图；

[0025]图8为本发明典型零件组装应用的检测治具结构示意图；[0026]图9为本发明拼图应用的检测治具结构示意图；

[0027]图10为本发明PCB板检测与字符识别应用的检测治具结构示意图；[0028]图11为本发明3D相机高度实训应用的检测治具结构示意图；[0029]图12为本发明3D相机斜度应用的检测治具结构示意图。[0030]图中：1外框架、2显示器、3触控板、4工控机、5支撑台、6检测治具、7三轴驱动机构、71前后伺服滑台、72横移伺服滑台、73纵移伺服滑台、8上转动扫描机构、81支板、82驱动电机、83联轴器、84气动吸头、85 3D线型扫描相机、86上工业相机、9治具存放仓、10气动供气装置、11下工业相机。具体实施方式

[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0032]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、

仅是为了便“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，

于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0033]请参阅图1‑12，本发明提供技术方案：工业视觉高级实训设备，包括外框架1，外框架1的前壁上侧设置有显示器2和触控板3，外框架1的内部后上侧安装有工控机4，显示器2和触控板3通过数据线与工控机4连接，显示器2和触控板3分别用于显示信息和触摸输入，学生通过显示器2和触控板3能够输入操作控制工业视觉高级实训设备，工业视觉高级实训设备根据学生输入的指令做出与指令相应的动作，外框架1的内腔中部设置有支撑台5，支撑台5的上表面中部设置有检测治具6，支撑台5的上表面安装有三轴驱动机构7，三轴驱动机构7上安装有上转动扫描机构8，支撑台5的下表面后侧安装有下工业相机11，下工业相机11位于检测治具6的后侧，且支撑台5上开设有与下工业相机11对应的通槽，外框架1的内腔下侧设置有治具存放仓9和气动供气装置10，三轴驱动机构7、上转动扫描机构8、气动供气装置10、下工业相机11与工控机4电性连接，上转动扫描机构8包括支板81，支板81的前壁上

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侧安装有上工业相机86，支板81的后壁上侧安装有驱动电机82，驱动电机82的输出轴底端通过联轴器83连接有气动吸头84，气动吸头84与气动供气装置10通过气管连接，支板81的侧边安装3D线型扫描相机85；

[0034]该工业视觉高级实训设备包括以下若干个教学应用，若干个教学应用对应若干个检测治具6，若干个教学应用至少包括：典型零件组装应用、拼图应用、PCB板检测与字符识别应用、3D相机高度实训应用和3D相机斜度应用，若干个检测治具6存放在治具存放仓9内。[0035]进一步地，三轴驱动机构7包括前后伺服滑台71、横移伺服滑台72和纵移伺服滑台73，横移伺服滑台72安装在前后伺服滑台71的滑鞍上，纵移伺服滑台73安装在横移伺服滑台72的滑鞍上，在前后伺服滑台71、横移伺服滑台72和纵移伺服滑台73的配合作用下能够驱动气动吸头84横向、纵向和前后移动和旋转。[0036]前后伺服滑台71、横移伺服滑台72和纵移伺服滑台73的结构相同，采用电机、丝杠螺纹驱动滑鞍的方式，使得滑鞍上的结构被驱动移动。[0037]进一步地，前后伺服滑台71安装在支撑台5的上表面左侧，支撑台5的上表面右侧设置有滑轨，横移伺服滑台72的下表面右侧通过滑块与滑轨滑动连接。[0038]进一步地，滑轨、前后伺服滑台71的下表面均通过支座与支撑台5的上表面连接。[0039]实施例1，典型零件组装的检测治具6如图8所示，典型零件组装应用具体为：此应用需要结合上工业相机86、下工业相机11使用，对产品A和产品B之间组装，上工业相机86安装在气动吸头84侧边上，将典型零件组装的检测治具6置于支撑台5的上表面，学生基于显示器2、触控板3和工控机4驱动上工业相机86、下工业相机11对典型零件组装的检测治具6扫描检测产品A和产品B，将产品A任意摆放在典型零件组装的检测治具6的原料区，产品B放置在典型零件组装的检测治具6的成品区，通过上工业相机86首先对产品A进行扫描，检测产品A位置和角度，三轴驱动机构7与上转动扫描机构8带动气动吸头84移动，将产品A吸起，通过下工业相机11对产品A拍摄，并通过转动气动吸头84对产品A微调角度，三轴驱动机构7带动气动吸头84移动，气动吸头84将产品A吸起并与产品B配合，进行零件组装。[0040]实施例2，拼图应用的检测治具6如图9所示，拼图应用具体为：此应用需要结合上工业相机86、下工业相机11使用，将多个卡片随机放置在拼图应用的检测治具6原料区内部，学生基于显示器2、触控板3和工控机4驱动上工业相机86、下工业相机11对拼图应用的检测治具6扫描检测，启动三轴驱动机构7与上转动扫描机构8，三轴驱动机构7与上转动扫描机构8带动气动吸头84三轴移动和转动，对卡片进行吸取并移动，上工业相机86对卡片进行测量角度和边框距离，再通过下工业相机11由下向上拍摄，识别卡片上二维码的信息识别卡片下侧预先设置的二维码，二维码对识别卡片移动位置具有指定作用，读取信息以后，三轴驱动机构7与上转动扫描机构8带动气动吸头84移动，气动吸头84带动卡片移动到相应的位置，最后拼成图案。[0041]实施例3，PCB板检测与字符识别应用的检测治具6如图10所示，PCB板检测与字符识别应用具体为：此应用需要结合上工业相机86、下工业相机11使用，PCB板检测与字符识别应用的检测治具6分为原料区和成品区，首先将待检测PCB板放置在PCB板检测与字符识别应用的检测治具6的原料区，学生基于显示器2、触控板3和工控机4驱动上工业相机86、下工业相机11对PCB板检测与字符识别应用的检测治具6扫描检测，然后上工业相机86对PCB板正面进行检测，通过对PCB板正面进行拍照，对PCB板的尺寸进行检测，通过下工业相机11

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对PCB板下表面进行识别检测，PCB板的下表面预先设置有二维码、字符，通过对二维码和字符进行识别可以对PCB板的位置进行指定，检测后，将PCB板移动到PCB板检测与字符识别应用的检测治具6成品区。[0042]实施例4，3D相机高度实训应用的检测治具6如图11所示，3D相机高度实训应用具体为：圆形工件任意摆放在底座上，学生基于显示器2、触控板3和工控机4驱动3D线型扫描相机85对3D相机斜度应用的检测治具6扫描检测，3D线型扫描相机85进行移动线性拍照与对圆形工件的高度和位置进行检测，从而能够确定气动吸头84的下降深度和圆形工件的位置，避免下降过多对圆形工件撞击，也避免下降过少吸附不了圆形工件，气动吸头84将圆形工件取出，并将取出的圆形工件通过三轴驱动机构7、上转动扫描机构8配合作用移动放置在3D相机斜度应用的检测治具6对应位置内。[0043]实施例5，3D相机斜度应用的检测治具6如图12所示，3D相机斜度应用具体为：将不同斜度的铝块任意摆放在3D相机斜度应用的检测治具6内，学生基于显示器2、触控板3和工

3D线型扫描相机85控机4驱动3D线型扫描相机85对3D相机斜度应用的检测治具6扫描检测，

对铝块进行移动线性拍照与高度检测，最终计算出3D相机斜度应用的检测治具6上铝块的上表面斜度。

[0044]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。[0045]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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