一种筒子纱纱杆定位检测机器人及方法技术

本发明专利技术涉及一种筒子纱纱杆定位检测机器人及方法，其包括运动系统，运动系统和视觉系统都安装在门架结构上，并与控制系统连接；构成三坐标系统的X轴支架、Y轴支架和Z轴支架及相应伺服电机采用直线导轨形式，Z轴支架底部的侧面上设置有视觉系统，视觉系统包括工业摄像机和环形光源；Z轴支架上的伺服电机带动Z轴支架上下移动，同时带动工业摄像机和环形光源一起上下移动；X轴支架和Y轴支架通过各自的伺服电机控制视觉系统左右水平移动，带动视觉系统达到指定纱杆的坐标位置；纱笼回转工位安装在地面上，A轴支架设置在纱笼回转工位处，采用回转支撑结构，用于承载标准纱笼，并通过A轴的伺服电机控制带动所承载的纱笼移动。

A robot and method for detecting the position of bobbin yarn bar

The invention relates to a bobbin yarn bar positioning detection robot and method, which comprises a motion system, a motion system and a vision system which are installed on the gantry structure and connected with the control system; the x-axis bracket, the y-axis bracket and the z-axis bracket which constitute the three coordinate system and the corresponding servo electric machine adopt the form of a linear guide rail, and the side surface at the bottom of the z-axis bracket is provided with a vision system It includes industrial camera and ring light source; servo motor on z-axis bracket drives z-axis bracket to move up and down, and drives industrial camera and ring light source to move up and down together; X-axis bracket and y-axis bracket control the left and right horizontal movement of vision system through their respective servo motor, and drive vision system to reach the coordinate position of designated yarn rod; the spinning station of the cage is installed on the ground, with a-axis The support is set at the rotary station of the gauze cage and adopts the rotary support structure, which is used to carry the standard gauze cage and drive the loaded gauze cage to move through the control of the a-axis servo motor.

【技术实现步骤摘要】
一种筒子纱纱杆定位检测机器人及方法
本专利技术涉及一种纺织设备领域，特别是关于一种筒子纱纱杆定位检测机器人及方法。
技术介绍
筒子纱智能染色工厂是以国家科学技术进步奖一等奖——“筒子纱数字化自动染色成套技术与装备”为技术基础，通过进行数字化、信息化、智能化全面提升，实现从原纱到色纱成品全流程的数字化和智能化生产；创建了纱线染色从络筒、排产、物流系统自动配合，生产任务自动执行、专用机器人替代人工、染色全流程参数在线检测及反馈，生产质量可控、远程运维等全流程纱线染色智能制造新模式。染色过程中的一道工序为装纱，即把纱锭装到纱笼中的纱杆上。随着纱笼的不断使用，纱杆会出现正常的偏差歪斜，当歪斜程度过大时，会影响纱锭的自动装入。纱杆偏离距离越大，装纱和卸纱的时间延长，准确性将降低，单个纱笼出现问题还会影响后续车间工作的进行，严重的话还可能会造成安全事故。当歪斜程度超过一定量时，需要对纱杆进行矫正。目前，纱杆的校正工作还都是由人工完成，工人需要对每一根杆的数据进行测量记录，再根据测量数据对比得出偏离较多的纱杆杆号，进行相应的调整，这种原始的校正方法，测量过程慢，效率低，且依赖测量员主观因素成分过多，校正的准确率得不到保证。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种筒子纱纱杆定位检测机器人及方法，其能自动测量当前纱杆位置、判断当前纱杆是否需要矫正，测量较快，且效率高。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种筒子纱纱杆定位检测机器人，其包括门架结构、运动系统、视觉系统和控制系统；所述运动系统和视觉系统都安装在所述门架结构上，并与所述控制系统连接；所述视觉系统将采集到的图像信息传输至所述控制系统，所述控制系统根据接收到的图像信息控制所述运动系统动作；所述运动系统包括X轴支架、Y轴支架、Z轴支架和A轴支架，以及分别设置在各轴支架上的伺服电机，各所述伺服电机均与所述控制系统连接，由所述控制系统控制各所述伺服电机动作，进而驱动相应轴支架进行运动；构成三坐标系统的所述X轴支架、Y轴支架和Z轴支架及相应伺服电机采用直线导轨形式，所述Z轴支架底部的侧面上设置有所述视觉系统，所述视觉系统包括工业摄像机和环形光源，所述工业摄像机设置在所述Z轴支架下端的侧边，位于所述工业摄像机下部套设有所述环形光源；所述Z轴支架上的伺服电机带动所述Z轴支架上下移动，同时带动所述工业摄像机和环形光源一起上下移动；所述X轴支架和Y轴支架通过各自的伺服电机控制所述视觉系统左右水平移动，带动所述视觉系统达到指定纱杆的坐标位置；纱笼回转工位安装在地面上，所述A轴支架设置在所述纱笼回转工位处，采用回转支撑结构，用于承载标准纱笼，并通过A轴的伺服电机控制带动所承载的纱笼移动。进一步，所述Z轴支架下端的端部设置有筒子纱自动装卸手爪机构。进一步，所述工业摄像机采用大恒图像水星系列GigE数字摄像机；所述纱杆杆头与所述工业摄像机的镜头距离为200～300mm；所述工业摄像机与所述Z轴支架平行安装，角度误差应不大于1°。进一步，所述控制系统包括控制器、X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器、A轴驱动器和电源，所述控制器由所述电源供电；所述控制器经工业交换机接收所述视觉系统传输至的图像信息，将接收到的图像信息处理后转换为控制指令，经数据总线分别传输至所述X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器和A轴驱动器，由各驱动器驱动相应轴的所述伺服电机动作。进一步，所述控制器采用西门子S7-1217控制器，所述数据总线采用ProfiNET总线。一种基于上述机器人的筒子纱纱杆定位检测方法，其包括以下步骤：1)由工业摄像机对每一根纱杆进行图像采集后，将图像信息传输至控制器，由控制器进行图像处理；2)控制器根据接收到的图像信息进行图像处理，并对每一根纱杆进行视觉定位校准，将工业摄像机各个纱杆的对中基准坐标进行校准和记录；3)对已校准记录原始对中坐标的纱杆进行视觉检测：由视觉系统发出检测请求检测新纱杆的指令，向视觉系统写入当前请求的纱杆编号；实时判断当前位置纱杆编号是否相同，在位置不同时发出继续请求的指令，在位置相同时运动到视觉系统请求的纱杆上方并返回当前纱杆编号以示就位；视觉系统读取到当前纱杆编号等于请求编号时进行检测，并记录检测坐标结果，完成纱杆定位视觉检测。进一步，所述步骤1)中，图像处理包括以下步骤：1.1)进行工业摄像机标定，通过标准圆对准工业摄像机中心，计算像素值与标准圆直径对应关系；1.2)获取包含待检测纱杆杆头图像的原始采集图像；1.3)对原始采集图像进行自动阈值分割，并提取连通域，得到待检测纱杆杆头的连通域图像；1.4)对待检测纱杆杆头连通域进行质心提取，获得质心即为纱杆杆头图像坐标系下的中心位置坐标；1.5)进行坐标系转换，将图像坐标系转化为实际坐标系下的坐标，通过与原始位置坐标对比，获得实际偏移尺寸；1.6)进行缺陷估计，对得到的连通域图像进行特征分析，计算获得面积、形状特征，与标准纱杆杆头的面积、形状特征进行对比，进而判断纱杆杆头是否存在缺陷，对缺陷程度通过面积比进行评估，给出该纱杆坐标的可信度。进一步，所述步骤1.5)中，坐标系转换包括以下步骤：1.5.1)采用一个已知尺寸的标准圆安装于纱杆顶端，保证与纱杆顶端在同一水平面内；1.5.2)使用相机标定方法采集获取标准圆图像，进行霍夫变换获得标准圆半径像素尺寸；1.5.3)运用获取到的标准圆半径像素尺寸与实际尺寸进行比值计算，获得标定比例尺；1.5.4)将纱杆杆头图像坐标系下的中心位置坐标与比例尺相乘，得到最终实际位置坐标。进一步，所述步骤1.6)中，缺陷评估包括以下步骤：1.6.1)对获取到的连通域图像进行面积筛选，在纱杆预设值范围内的连通域进行提取；1.6.2)分析连通域质心位置与图像中心位置的距离，判断距离图像中心20个像素内的连通域的面积是否在范围内；1.6.3)如果与预设相差在50个像素范围内，判断圆度、矩形度来分析缺陷程度；1.6.4)如果与预设相差不在50个像素范围内，判断距离排序在第二和第三的连通域中心位置是否相差在10个像素内，如果符合则进行膨胀处理，以联通两个连通域，再进行步骤1.6.2)处理。进一步，所述步骤2)中，定位方法包括以下步骤：2.1)向视觉系统发出定位请求信号并更新识别流水号，进行视觉识别；2.2)工业摄像机接收到定位请求信号后运动到预先设定的原始标准对准位置，进行拍照识别，并将识别的坐标结果反馈给控制器，识别流水号与定位数据一起刷新，控制器将反馈回的识别结果与请求的流水号进行比对；2.3)根据比对结果修正对中坐标，并判断当前工业摄像机所处的位置坐标与识别的纱杆坐标的偏差值是否在预先设定允许范围内，是则运动到下一个待定位的纱杆坐标继续定位，反之工业摄像机则运动到修正位置，继续计算偏差，一直循环更改基准坐标，直到偏差在设定的允许范围内；当反馈识别结果与请求的流水号一致时，将认为视觉系统已经完成了定位工作和数据处理，数据区中的X/Y轴偏差是真实有效的。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本专利技术能自动对筒子纱纱笼上的纱杆杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种筒子纱纱杆定位检测机器人，其特征在于：包括门架结构、运动系统、视觉系统和控制系统；所述运动系统和视觉系统都安装在所述门架结构上，并与所述控制系统连接；所述视觉系统将采集到的图像信息传输至所述控制系统，所述控制系统根据接收到的图像信息控制所述运动系统动作；/n所述运动系统包括X轴支架、Y轴支架、Z轴支架和A轴支架，以及分别设置在各轴支架上的伺服电机，各所述伺服电机均与所述控制系统连接，由所述控制系统控制各所述伺服电机动作，进而驱动相应轴支架进行运动；/n构成三坐标系统的所述X轴支架、Y轴支架和Z轴支架及相应伺服电机采用直线导轨形式，所述Z轴支架底部的侧面上设置有所述视觉系统，所述视觉系统包括工业摄像机和环形光源，所述工业摄像机设置在所述Z轴支架下端的侧边，位于所述工业摄像机下部套设有所述环形光源；所述Z轴支架上的伺服电机带动所述Z轴支架上下移动，同时带动所述工业摄像机和环形光源一起上下移动；所述X轴支架和Y轴支架通过各自的伺服电机控制所述视觉系统左右水平移动，带动所述视觉系统达到指定纱杆的坐标位置；纱笼回转工位安装在地面上，所述A轴支架设置在所述纱笼回转工位处，采用回转支撑结构，用于承载标准纱笼，并通过A轴的伺服电机控制带动所承载的纱笼移动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种筒子纱纱杆定位检测机器人，其特征在于：包括门架结构、运动系统、视觉系统和控制系统；所述运动系统和视觉系统都安装在所述门架结构上，并与所述控制系统连接；所述视觉系统将采集到的图像信息传输至所述控制系统，所述控制系统根据接收到的图像信息控制所述运动系统动作；
所述运动系统包括X轴支架、Y轴支架、Z轴支架和A轴支架，以及分别设置在各轴支架上的伺服电机，各所述伺服电机均与所述控制系统连接，由所述控制系统控制各所述伺服电机动作，进而驱动相应轴支架进行运动；
构成三坐标系统的所述X轴支架、Y轴支架和Z轴支架及相应伺服电机采用直线导轨形式，所述Z轴支架底部的侧面上设置有所述视觉系统，所述视觉系统包括工业摄像机和环形光源，所述工业摄像机设置在所述Z轴支架下端的侧边，位于所述工业摄像机下部套设有所述环形光源；所述Z轴支架上的伺服电机带动所述Z轴支架上下移动，同时带动所述工业摄像机和环形光源一起上下移动；所述X轴支架和Y轴支架通过各自的伺服电机控制所述视觉系统左右水平移动，带动所述视觉系统达到指定纱杆的坐标位置；纱笼回转工位安装在地面上，所述A轴支架设置在所述纱笼回转工位处，采用回转支撑结构，用于承载标准纱笼，并通过A轴的伺服电机控制带动所承载的纱笼移动。


2.如权利要求1所述机器人，其特征在于：所述Z轴支架下端的端部设置有筒子纱自动装卸手爪机构。


3.如权利要求1所述机器人，其特征在于：所述工业摄像机采用大恒图像水星系列GigE数字摄像机；所述纱杆杆头与所述工业摄像机的镜头距离为200～300mm；所述工业摄像机与所述Z轴支架平行安装，角度误差应不大于1°。


4.如权利要求1所述机器人，其特征在于：所述控制系统包括控制器、X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器、A轴驱动器和电源，所述控制器由所述电源供电；所述控制器经工业交换机接收所述视觉系统传输至的图像信息，将接收到的图像信息处理后转换为控制指令，经数据总线分别传输至所述X轴驱动器、Y轴驱动器、Z轴驱动器和A轴驱动器，由各驱动器驱动相应轴的所述伺服电机动作。


5.如权利要求4所述机器人，其特征在于：所述控制器采用西门子S7-1217控制器，所述数据总线采用ProfiNET总线。


6.一种基于如权利要求1至5任一项所述机器人的筒子纱纱杆定位检测方法，其特征在于包括以下步骤：
1)由工业摄像机对每一根纱杆进行图像采集后，将图像信息传输至控制器，由控制器进行图像处理；
2)控制器根据接收到的图像信息进行图像处理，并对每一根纱杆进行视觉定位校准，将工业摄像机各个纱杆的对中基准坐标进行校准和记录；
3)对已校准记录原始对中坐标的纱杆进行视觉检测：由视觉系统发出检测请求检测新纱杆的指令，向视觉系统写入当前请求的纱杆编号；实时判断当前位置纱杆编号是否相同，在位置不同时发出继续请求的指令，在位置相同时运动到视觉系统请求的纱杆上方并返回当前纱杆编号以示就位；视觉系统读取到当前纱杆编号等于请求编号时进行检测，并记录检测坐标结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文胜，李天剑，卢影，冉宇辰，黄民，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11