一种基于结构光视觉的耐火砖检测控制方法
技术领域
本发明涉及耐火砖检测控制方法，特别涉及基于结构光视觉的耐火砖检测控制方法。
背景技术
耐火砖是用耐火黏土或其他耐火原料烧制成的耐火材料，可用作建筑窑炉和各种热工设备的高温建筑材料和结构材料，并在高温下能经受各种物理化学变化和机械作用。在耐火砖的生产线上，长期以来都是依靠人工抽检，肉眼评判耐火砖的测量尺寸和缺陷，如耐火砖的裂纹、形变、掉边掉角等。
目前，针对耐火砖检测已经提出了许多不同的设计方案，但现有技术方案尚不能完全满足耐火砖检测的要求。中国专利CN108896547A公开了一种基于机器视觉的耐火砖测量系统，该发明将结构光传感器安装在直线导轨上，通过步进电机带动，但该发明只检测了耐火砖的表面信息，由于安装位置和扫描角度的限制难以检测耐火砖的整体三维尺寸。中国专利CN109332199A公开了一种耐火砖自动标识及检测工作线，实现了形状不一的耐火砖成品检测，整体上实现了自动化，但该发明占用空间大，灵活性差，对于大型的耐火砖，例如，1m长的耐火砖，难以实现检测，并且整条工作线运行时对于节拍有一定要求，节拍较快时容易发生卡砖、漏砖的现象。
目前的耐火砖行业，需要大量的人力进行耐火砖的检测，费事费力，并且检测精度较低，在应用工业机器人进行耐火砖检测方面，无法安全的与人类进行直接交互，没有一定的自主行为和协作能力，不可在非结构的环境下与人配合完成复杂的动作和任务。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种自动定位、自动检测、自动次品剔除的基于结构光视觉的耐火砖检测控制方法。本发明的技术方案是：
一种基于结构光视觉的耐火砖检测控制方法，包括以下步骤：
步骤一、安装耐火砖检测控制装置，所述的耐火砖检测控制装置包括：
AGV，所述的AGV装备有光学自动导引装置或者电磁自动导引装置；
储物架，所述的储物架安装在AGV顶壁的右侧；
中央处理器，所述的中央处理器安装在AGV顶壁的左侧；
工业机器人，所述的工业机器人为多关节工业机器人且固定在中央处理器的顶壁上；
人机界面，所述的人机界面安装在支架上，所述的支架安装在中央处理器的壳体上；
结构光相机，所述的结构光相机固定在连接件上，所述的连接件固定在工业机器人的轴末端；
海绵吸盘，所述的海绵吸盘固定在连接件上，所述的海绵吸盘与真空发生器相连；
所述的中央处理器分别通过数据线与结构光相机、AGV、人机界面以及多关节工业机器人连接；并通过I/O口硬线与真空发生器的电磁阀I/O口连接；
步骤二、在进行耐火砖检测前，进行以下步骤：
第一步，手动操控AGV在进行耐火砖检测的工作场地全方位运动，以完成对工作场地的3D地图扫描重建，然后手动操控AGV运动到各耐火砖检测生产线的检测工位，并记录各检测工位的位置信息，最后将位置信息保存在AGV的激光3D SLAM定位导航系统中；
第二步，通过AGV的触摸屏设置到达各个检测工位的运动路线；
第三步，手动操控工业机器人运动到各个检测工位的待检测耐火砖左侧上方，打开结构光相机的激光发生器，使结构光相机的线结构光平面沿竖直方向设置且能够扫描到待检测耐火砖整个左侧面,将工业机器人的该位置作为检测路径的起始点，然后通过工业机器人的示教器记录检测路径起始点位置信息，保存在工业机器人的控制系统中；
第四步，在示教器中设置待检测耐火砖的砖长，手动操控工业机器人从第三步中检测路径起始点开始沿平行于待检测耐火砖的水平运送方向行进直至超过待检测耐火砖右侧面且使得结构光相机的线结构光平面能够扫描到待检测耐火砖整个右侧面，将工业机器人的该位置作为检测路径的结束点，然后记录该检测路径，保存在工业机器人的控制系统中；
第五步，重复第三步-第四步完成各个检测工位的每种砖长的耐火砖的检测路径的示教，并通过示教器记录与各砖型分别对应的检测路径信息，保存在工业机器人控制系统中；
第六步，手动操控工业机器人运动到吸砖位置，使海绵吸盘下表面与耐火砖上表面平行并完全接触，打开真空发生器，查看真空发生器上显示的负压值，若负压值等于或超过预设的负压值，则将工业机器人的该位置作为吸砖位置，然后通过工业机器人的示教器记录吸砖点位置信息，保存在工业机器人的控制系统中；
第七步，通过工业机器人的示教器的码垛界面设置码垛起始点位置、码垛的层数、行数和列数，并填入每次放砖点相对于码垛起始点在工业机器人的基坐标系下的X、Y、Z方向的偏移量，然后手动操控工业机器人从第六步吸砖位置开始，将耐火砖沿竖直方向抓起；机器人再平移运动至储物架上方，将耐火砖按照设定的每次放砖点位置放置在储物架上，最后工业机器人的示教器依次记录码垛起始点位置和将耐火砖从吸砖位置放置到储物架上设定的放砖点位置的各个放砖路径，保存在工业机器人的控制系统中；
步骤三、进行基于结构光视觉的耐火砖检测过程，包括以下步骤：
第一步，人机界面与中央处理器使用RS232串口通讯，在人机界面上设置检测砖型尺寸信息、耐火砖检测数量和检测工位，所述的检测工位与在AGV中设置的到达各个检测工位的运动路线分别对应，点击“开始”；
AGV与中央处理器采用Ethernet/IP通讯，中央处理器发送运动指令给AGV，并发送第一步中设置的检测工位信息给AGV；AGV接收到运动指令和检测工位信息后，根据步骤二中预先设置的此检测工位的运动路线，运动到指定检测工位，准备检测；
第二步，工业机器人与中央处理器使用Socket通讯，工业机器人接收中央处理器运动指令带动结构光相机运动到由步骤二中预先示教确定的与待检测耐火砖对应的检测路径起始点位置，准备扫描；
第三步，结构光相机与中央处理器使用Ethernet/IP通讯，中央处理器向结构光相机输出控制信号控制结构光相机打开线激光，开始扫描；
第四步，工业机器人根据步骤二中预设的与待检测耐火砖的砖长对应的检测路径运动,确保结构光相机扫描完整的耐火砖，并发送耐火砖的三维检测数据信息给中央处理器；
第五步，中央处理器将接收的耐火砖的三维检测数据信息与设定的阈值进行比较；
第六步，若中央处理器判断耐火砖的某一检测值大于设定的阈值，则产品为不合格品，中央处理器通过I/O口通讯，向控制运输耐火砖用的皮带的电机发送停止信号，皮带停止运动且使不合格品停止在示教过程中预设的吸砖位置，工业机器人运动到步骤二中预设的吸砖位置，然后执行下一步；
第七步，真空发生器与中央处理器使用I/O接口通讯，中央处理器向真空发生器输出启动信号，使真空发生器吸气，吸盘开始工作，当吸盘与耐火砖表面接触，压缩海绵，真空发生器吸气，形成局部真空，直至吸盘内部负压值超过或等于预设的负压值，真空发生器向中央处理器输出反馈信号，表示耐火砖已经吸住；
第八步，中央处理器收到反馈信号后向工业机器人输出运动信号，中央处理器控制工业机器人根据步骤二中第七步预设的放砖路径依次将不合格耐火砖放置到储物架上设定的位置；
第九步，中央处理器通过Socket通讯，发送运动指令给工业机器人，使工业机器人运动到步骤二中预先示教确定的耐火砖检测路径起始点位置，到位后，中央处理器通过I/O通讯，向控制皮带运动的电机发送启动信号，皮带开始运行；重复本步骤中第三步-第六步进行下一块耐火砖检测直至达到耐火砖检测数量。
本发明的有益效果是：本发明是一种基于结构光视觉的集自动定位、自动检测、自动次品剔除的耐火砖检测控制方法，其具有高度的灵活性，操作方便，生产效率高。采用3D结构光视觉克服了照明变化和环境光线对检测结果的影响，并可以测得物体的三维信息，提高了检测结果的精确性。采用AGV小车作为可移动底座，可以准确的在多个地点进行检测，提高系统的灵活性与自动化程度。采用协作机器人，提高了系统的安全性和智能化程度，方便操作人员与检测系统的配合，大大提高工作效率。采用真空发生器吸盘，可吸取任何表面平整的耐火砖，适应性强，相比于夹取，对耐火砖零伤害。
集成AGV、工业机器人以及结构光视觉等为一体的复合机器人控制系统，智能化程度较高。AGV搭载整个系统运动到检测工位，工业机器人携带结构光相机初步运动到待检测耐火砖上方，结构光相机对待检测耐火砖进行扫描，生成点云，将耐火砖三维信息发送给中央处理器，判断是否为合格品，若为不合格品，则工业机器人运动到吸取位置，由吸盘吸取不合格耐火砖，并放到储物架上，完成整个工作流程，快速高效。通过结构光相机扫描和中央处理器处理数据，即可确定耐火砖的合格与否，可有效解决现有技术中耐火砖检测需要人力完成，造成测量结果不准确，费事费力的问题，提高检测精度的同时，也提高了整个系统设计的合理性和安全性。
附图说明
图1是本发明的一种基于结构光视觉的耐火砖检测控制方法采用的装置的的结构图；
图2是本发明方法采用的结构光相机扫描示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细阐述。
如附图所示的本发明的一种基于结构光视觉的耐火砖检测控制方法，包括以下步骤：
步骤一、安装耐火砖检测控制装置，所述的耐火砖检测控制装置包括：
AGV2，所述的AGV采用现有装置，可以装备有光学自动导引装置或者电磁自动导引装置，装备有光学自动导引装置的AGV能够沿规定的导引路径行驶，是具有安全保护以及各种移载功能的运输车，是工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电的蓄电池作为其动力来源。装备有电磁自动导引装置的AGV，利用电磁轨道来设定其行进路线，电磁轨道黏贴于地板上，AGV则依靠电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。
储物架3，所述的储物架3安装在AGV2顶壁的右侧，所述储物架3可以采用铝合金材质加工制作而成，也可采用塑料制作。优选的在所述储物架3下方安装有配重块，使整个系统的重心尽量保持在中部，减少系统运行时的晃动，增加系统的平稳性。
中央处理器1，所述的中央处理器1安装在AGV2顶壁的左侧，可以采用现有技术中的PLC，PLC(可编程逻辑控制器)是用于工业环境下的数字运算操作电子系统，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。
工业机器人6，所述的工业机器人6为多关节工业机器人且固定在中央处理器1的顶壁上；所述多关节机器人可选用现有技术中的六关节工业机器人。
人机界面4，所述的人机界面4安装在支架5上。所述的支架5安装在中央处理器1的壳体上，将人机界面安装在支架5上，方便操作人员随时调整所述人机界面4位置，实时观察系统运行情况，操作人员可通过人机界面，控制系统的运行。优选地，所述人机界面选用现有技术中的触摸屏。
结构光相机7，所述的结构光相机7固定在连接件8上，所述的连接件8固定在机器人的轴末端，所述的结构光相机7可为双目结构光快照式传感器，可快速扫描生成三维点云，并对三维点云进行处理，得到需要的被检测物信息。优选地，所述结构光相机7可采用集成光源、相机和相机处理器于一体的3D相机，也可采用光源、相机和相机处理器单独设置的3D相机系统。所述连接件8可采用铝合金材质。
海绵吸盘9，所述的海绵吸盘9固定在连接件8上，所述的海绵吸盘9与真空发生器相连，采用海绵吸盘，针对不同平整度的物体表面，都有良好的吸取效果，通过真空发生器形成真空，并可设置一定负压值得到反馈信号。
所述的中央处理器1分别通过数据线与结构光相机7、AGV2、人机界面4以及多关节工业机器人6的控制系统连接；并通过I/O口硬线与真空发生器的电磁阀I/O口连接。
步骤二、在进行耐火砖检测前，进行以下步骤：
第一步，手动操控AGV在进行耐火砖检测的工作场地全方位运动，以完成对工作场地的3D地图扫描重建，然后手动操控AGV运动到各耐火砖检测生产线的检测工位，并记录各检测工位的位置信息，最后将位置信息保存在AGV的激光3D SLAM定位导航系统中；
第二步，通过AGV的触摸屏设置到达各个检测工位的运动路线；
第三步，手动操控工业机器人运动到待检查测耐火砖左侧上方，打开结构光相机的激光发生器，使结构光相机的线结构光平面沿竖直方向设置且能够扫描到待检测耐火砖整个左侧面,将工业机器人的该位置作为检测路径的起始点A，通常线结构光平面与待检测耐火砖左侧的间距H保持100mm左右，然后通过工业机器人的示教器记录检测路径起始点位置信息，保存在工业机器人的控制系统中；
第四步，在示教器中设置待检测耐火砖10的砖长L，手动操控工业机器人从第三步中检测路径起始点开始沿平行于待检测耐火砖的水平运送方向(沿水平方向前进)行进直至超过待检测耐火砖右侧面且使得结构光相机的线结构光平面C能够扫描到待检测耐火砖整个右侧面，将工业机器人的该位置作为检测路径的结束点B，然后记录该检测路径，保存在工业机器人的控制系统中；通常行进距离为待检测耐火砖砖长L加上2H。
第五步，重复第三步-第四步完成各个检测工位的每种砖长的耐火砖的检测路径的示教，并通过示教器记录与各砖型分别对应的检测路径信息，保存在工业机器人控制系统中。优选地，工业机器人的重复精度小于0.1mm，还可采用手势示教、拖动示教等示教方式完成点位和路径信息的记录。
第六步，手动操控工业机器人运动到吸砖位置，使海绵吸盘下表面与耐火砖上表面平行并完全接触，打开真空发生器，查看真空发生器上显示的负压值，若负压值等于或超过预设的负压值，则将工业机器人的该位置作为吸砖位置，然后通过工业机器人的示教器记录吸砖点位置信息，保存在工业机器人的控制系统中；
第七步，通过工业机器人的示教器的码垛界面设置码垛起始点位置、码垛的层数、行数和列数，并填入每次放砖点相对于码垛起始点在工业机器人的基坐标系下的X、Y、Z方向的偏移量，然后手动操控工业机器人从第六步吸砖位置开始，将耐火砖沿竖直方向抓起；工业机器人再平移运动至储物架上方，将耐火砖按照设定的每次放砖点位置放置在储物架上，最后工业机器人的示教器依次记录码垛起始点位置和将耐火砖从吸砖位置放置到储物架上设定的放砖点位置的各个放砖路径，保存在工业机器人的控制系统中。
步骤三、进行基于结构光视觉的耐火砖检测过程，包括以下步骤：
第一步，人机界面与中央处理器使用RS232串口通讯，在人机界面上设置检测砖型尺寸信息、耐火砖检测数量和检测工位，所述的检测工位与在AGV中设置的到达各个检测工位的运动路线分别对应，点击“开始”；
AGV与中央处理器采用Ethernet/IP通讯，中央处理器发送运动指令给AGV，并发送第一步中设置的检测工位信息给AGV；AGV接收到运动指令和检测工位信息后，根据步骤二中预先设置的此检测工位的运动路线，运动到指定检测工位，准备检测；优选地，AGV可多次重复运动到指定位置，并保证误差小于1mm。
第二步，工业机器人与中央处理器使用Socket通讯，工业机器人接收中央处理器运动指令带动结构光相机运动到由步骤二中预先示教确定的与待检测耐火砖对应的检测路径起始点位置，准备扫描；
第三步，结构光相机与中央处理器使用Ethernet/IP通讯，中央处理器向结构光相机输出控制信号控制结构光相机打开线激光，开始扫描；优选地，所述线激光为红外结构光。
第四步，工业机器人根据步骤二中预设的与待检测耐火砖的砖长对应的检测路径运动,确保结构光相机扫描完整的耐火砖，并发送耐火砖的三维检测数据信息给中央处理器(在此过程中运送耐火砖的皮带运行缓慢，AGV不动，工业机器人带动结构光相机快速扫描)；优选地，结构光相机发送的三维数据信息可实时或每隔预订时间发送给中央处理器。
第五步，中央处理器将接收的耐火砖的三维检测数据信息与设定的阈值进行比较；优选地各个阈值的取值为耐火砖三维信息标准值的1％。例如耐火砖的标准尺寸为100mm，那么阈值为99～101mm。
第六步，若中央处理器判断耐火砖的某一检测值大于设定的阈值，则产品为不合格品，中央处理器通过I/O口通讯，向控制运输耐火砖用的皮带的电机发送停止信号，皮带停止运动且使不合格品停止在示教过程中预设的吸砖位置，工业机器人运动到步骤二中预设的吸砖位置，然后执行下一步；
第七步，真空发生器与中央处理器使用I/O接口通讯，中央处理器向真空发生器输出启动信号，使真空发生器吸气，吸盘开始工作，当吸盘与耐火砖表面接触，压缩海绵，真空发生器吸气，形成局部真空，直至吸盘内部负压值超过或等于预设的负压值，真空发生器向中央处理器输出反馈信号，表示耐火砖已经吸住，可以吸取到指定位置。
第八步，中央处理器收到反馈信号后向工业机器人输出运动信号，中央处理器控制工业机器人根据步骤二中第七步预设的放砖路径依次将不合格耐火砖放置到储物架上设定的位置。
第九步，中央处理器通过Socket通讯，发送运动指令给工业机器人，使工业机器人运动到步骤二中预先示教确定的耐火砖检测路径起始点位置，到位后，中央处理器通过I/O通讯，向控制皮带运动的电机发送启动信号，皮带开始运行；重复本步骤第三步-第六步进行下一块耐火砖检测直至达到耐火砖检测数量。
所述的中央处理器将接收的结构光相机扫描耐火砖的检测值与设定的阈值进行比较的具体过程如下：
S201，中央处理器将耐火砖的长度、高度和宽度值检测数据信息分别与相应的阈值进行比较。若长度、高度和宽度有任意一项不在规定阈值内，直接将耐火砖判断为不合格品；若全部在阈值内，则执行步骤S202；
S202，中央处理器将耐火砖的平面度检测值与平面度阈值比较。若不在阈值内，判断耐火砖为不合格品；在阈值内，耐火砖为合格品；
S203,中央处理器输出判定结果，耐火砖为合格品，人机界面显示绿色“OK”，表示已检测的耐火砖为合格品。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
