具体实施方式

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下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“侧”、“末端”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

近几年，机器视觉技术和工业机器人在工业生产中的应用越来越广泛，取得了良好的控制效果和经济效益。机器视觉技术是工业智能化技术的一个重要分支，通过相机得到物体的图形数据，利用数据重构算法，得到物体的3D图像模型，进而提取所需特征值参与工业自动控制，与工业机器人配合实现工业生产的智能化和无人化。结合钢结构零件分拣工艺流程，将机器视觉建模成像和工业机器人技术应用到的钢结构零件分拣工作流程中，扫描重构钢结构零件的3D模型，提取零件的孔数、厚度等特征值和边缘曲线，实现钢结构零件的自动识别和合格判断，结合工业机器人自动抓取钢构件，可以实现钢结构零件分拣的智能机械化操作，提高分拣工作效率。

实施例一

本实施例提供了一种钢结构零件智能分拣系统。

一种钢结构零件智能分拣系统，包括：

传送机构，包括传送带，用于根据触发条件，将钢结构零件传送至激光相机的扫描范围；

钢结构零件智能识别机构，包括激光相机，用于扫描得到钢结构零件的三维模型图像，将钢结构零件的三维模型图像与零件图纸模板库中的零件进行匹配并判断钢结构零件是否合格，得到钢结构零件的料框编号；

以及分拣机器人，用于根据料框编号，将传送带上的钢结构零件分拣到所述料框编号对应的料框中。

具体的，本实施例所述的钢结构零件智能分拣系统主要分为硬件设备和软件系统两部分。硬件设备组成主要包括：传送带上料端1、控制操作台2、分拣机器人控制柜3、传送带下料端4、不合格零件料框5、料框6、料架7、激光相机安装箱8、分拣机器人地轨9、分拣机器人10、传送带等，硬件平面布置如图1所示。

传送带由PLC系统控制，使用伺服电机驱动，保证传送带运行的匀速稳定，传送带上料端设置磁感应式接近开关，当传送带上有钢结构件时，触发传送带运行。

在传送带中间位置设置激光相机安装箱8，3D激光相机安装在激光相机安装箱8内，对传送带上的钢结构零件进行扫描，得到零件的三维模型。

PLC控制系统、上位机和操作屏均安装在控制操作台2，对整个系统进行操作和控制。

分拣机器人10安装在分拣机器人地轨9上，接受控制系统发出的命令，抓取传送带下料端4的钢结构零件，送至指定的料框内；设置两排料框，每排两层，用于放置分拣后不同类别的零件。

软件系统包括：传送带的PLC逻辑控制系统(可以采用贝加莱软PLC系统，开发软件是：Automation Studio)、相机的触发采集系统和零件图形数据处理系统(开发软件是：德国MVtec公司开发的Halcon软件)、料框自动分配系统、分拣机器人自动控制系统(可以采用KUKA的机器人编程语言，简称KRL)等。传送带由伺服电机驱动，通过PLC编程，实现传送带机的启停和匀速运行；钢结构零件在传送带机上匀速通过激光扫描相机，通过接近开关和时间控制，自动触发相机扫描和停止，得到零件的完整3D图像文件；图像处理软件对零件的3D图像进行处理，提取零件的边界轮廓、特征值、抓取点坐标等信息，与零件的图纸模板比对，匹配得到零件型号，判断是否合格；料框自动分配软件根据识别的零件型号，为零件分配料框号；分拣机器人10接受料框号和抓取点坐标，将零件自动放入指定料框内，实现钢结构零件分拣的自动控制。

其中，料框自动分配系统的执行过程流程图，如图5所示：

采集的图像在Halcon软件内匹配得到零件分类号；

查询分类计划号，获得零件的计划号；

判断计划号的数量是否大于1，若是，比较数量，若否分拣入框；

数量比较是否相同，若相同，则比较差额，数量多的位置号，分拣入框；其中，差额是所需零件数量与实际框内数量的差值。

判断差额是否相同，若是，则比较位置号，得到最小位置号，根据最小位置号分拣入框；若否，得到差额小的位置号，分拣入框。

钢结构零件智能分拣控制方案主要包括零件三维模型建立、零件的匹配和合格判定、分拣机器人自动抓取分拣三部分。

零件三维模型建立方案

零件三维模型的建立需要传送带系统和激光扫描相机合作完成，传送带系统通过PLC控制，在传送带上料端1设置磁感应式接近开关，当有零件放置在传送带上料端1，触发接近开关，PLC程序得到触发信号后，发出伺服电气启动命令，伺服电机根据设定的速度恒速运行。传送带上接近开关到激光相机扫描线的距离固定，传送带运行速度是固定的，因此通过伺服电机的运行距离控制扫描仪的开启，接近开关触发传送带运行，传送带运行1500mm后，PLC发送信号给激光相机，打开激光器开始扫描，激光相机扫描4000个周期，停止扫描，得到一张完整的零件3D图片，传送带运行5000mm后到达传送带下料端4停止，零件停在传送带上，等待下一步分拣机器人10抓取操作，如果下料区有零件未处理，上料区即使有新零件，也不会触发传送带运行。零件三维模型建立控制流程图如图2所示。

为了安装激光扫描相机，同时方便扫描仪扫描范围的调整，设计了安装位置上下可调的激光相机安装箱8，激光相机安装箱8利用地脚螺丝固定在地面。激光扫描相机安装箱8组装图如图3所示：安装地脚11、遮光板12、箱门13、吊装螺栓14、不锈钢固定面板15、上下位置可调的相机安装横梁16、铝合金箱体框架17、箱门锁18组装成激光扫描相机安装箱8。

零件的匹配和合格判定方案

得到零件的3D图像后，利用图像处理软件对图像进行处理，得到所需的控制信息。第一步：导入零件设计的CAD图纸，建立零件图纸模板库；第二步：根据扫描模型的高度信息提取出图形的轮廓；第三步：提取零件高度、孔数等特征值；第四步：提取钢结构件的几何中心作为抓取点；第五步，通过孔数和厚度筛选模板；第六步：根据提取的外形轮廓在筛选后的模板库中进行匹配，寻找零件型号；第七步：零件的实际尺寸和图纸模板比对得到零件加工误差，判断零件是否合格；第八步：将匹配和判断信息发送给料框分配软件。零件的匹配和合格判定流程图如图4所示。

其中，零件图纸模板库建立的过程：从钢结构工程项目的BIM三维立体文件，自动解析出成百上千种零件各自的DXF文件，以及厚度，边长，孔数，边数等特征值，通过DXF文件建立钢结构零件的标准图形库，作为零件匹配和质量判断的图库。

钢结构零件的匹配方法：首先提取钢结构零件三维图形的特征值，主要特征值包括孔数、厚度、边数等，通过特征值筛选缩小标准图形库里的零件模板数量，然后提取钢结构零件的表面轮廓，通过与标准图形库图片轮廓比对，得到零件型号，实现对零件的分拣。这样能够分拣表面轮廓相同，但是厚度不同或是开孔不同的钢结构零件，提高匹配的成功率和匹配速度。匹配速度3s以内。

分拣机器人自动抓取分拣方案

本系统选用六轴分拣机器人自动抓取钢结构零件，分拣机器人10运行在分拣机器人地轨9上。分拣机器人地轨9两侧分别设置两层料架7，料架7上一共40个料框6位。首先对分拣机器人10的行走轨迹进行设定，分拣机器人10从传送带下料端4抓取钢结构零件，送至料架7指定的料框6内，一共40个料框位，因此为分拣机器人10规划40条不同的运行轨迹，保证运送的稳定可靠，避免零件与料框料架碰撞。其中，分拣机器人10的抓取路径通过模拟程序实现，得到每个料框抓取速度最快又不会碰撞料框的机械臂运行路径。上述料框、料架以及分拣机器人10运行轨迹的数目仅仅是本实施例的一种实施方案，包括但不仅限于此。

料框分配软件接受图像处理的零件型号信息以及合格判断信息，运行零件分配算法程序，自动生成零件分配到的料框号，料框分配软件将零件需要送至的料框号发送给分拣机器人10控制器。分拣机器人10末端装设电磁铁，根据图像处理软件提取出钢结构零件几何中心的坐标，电磁铁抓取零件，然后按照设定轨迹将零件分配到指定的料框内，完成钢结构零件的自动分拣。

其中，零件的分拣策略有多种，可以将同一种类的零件分拣到一个料框里，也可以将同一个焊接件所需的零件分拣到一个框里。

通过本实施例建立钢结构零件的三维模型，对钢结构零件自动识别匹配零件号和质量合格判定，实现了钢结构零件分拣的智能化和自动化。为钢结构加工企业节省了操作人员、提高了钢结构生产速度、节约了返工成本，创造了良好的经济效益。钢结构零件智能分拣系统降低了工人的劳动强度、提高了生产的安全性。

实施例二

本实施例提供了一种钢结构零件智能分拣方法。

一种钢结构零件智能分拣方法，包括：

根据触发条件，将钢结构零件传送至激光相机的扫描范围；

所述激光相机扫描得到钢结构零件的三维模型图像，将钢结构零件的三维模型图像与零件图纸模板库中的零件进行匹配并判断钢结构零件是否合格，得到钢结构零件的料框编号；

根据料框编号，将传送带上的钢结构零件分拣到所述料框编号对应的料框中。

本实施例融合了钢结构零件智能识别、合格判定技术、料框位号分配算法和分拣机器人自动抓取技术，通过智能控制程序建立一套钢结构零件智能分拣系统。首先设置一条伺服电机驱动的传送带，在传送带中间设置扫描仪安装箱，安装一台3D激光扫描相机，钢结构零件放在传送带上，随传送带匀速移动，激光相机对零件进行扫描，得到零件的点云数据，通过轻量化、去燥、三角重构等数据处理算法，对点云数据重构建模，建立其三维模型，通过图形分类、边缘提取、目标检测、图像分割、特征值提取、边界匹配等图像处理算法，输出零件模板号、厚度、误差值、机器人抓取坐标等数据信息，数据发送给分拣系统控制软件系统，结合钢结构分拣需求，将相应的控制参数发送给分拣机器人，实现钢结构零件的自动分拣。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。