(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210408627.5 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街438号 (72)发明人 刘福才　郑宏伟　徐继龙　张震宇　 (74)专利代理 机构 石家庄众志华清知识产权事 务所(特殊普通 合伙) 13123 专利代理师 赵洪娥 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/88(2006.01) G01N 21/952(2006.01) G06T 7/00(2017.01) G06T 7/70(2017.01)G06T 17/00(2006.01) B25J 9/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种采用并联机构的轮毂表面缺陷检测装 置及方法 (57)摘要 本发明涉及一种采用并联机构的轮毂表面 缺陷检测装置及方法， 属于轮毂表 面缺陷检测技 术领域， 所述装置包括设置于平台上的轮毂表面 缺陷检测单元和轮毂表面缺陷标注单元； 轮毂表 面缺陷检测单元通过六自由度机械臂拖动深度 相机对待测轮毂处于不同姿态时的表面进行拍 摄， 得到轮 毂表面不同角度下的RGB ‑D图像， PC机 中轮毂缺陷检测与标注软件对所述RGB ‑D图像进 行处理获得缺陷分类和缺陷三维位姿信息， 机械 臂控制器根据所述缺陷三维位姿信息控制六自 由度机械臂完成运动到轮毂表面缺陷位置处使 用信号笔标注 缺陷的动作。 本发 明可以自动化的 完成在轮毂复杂曲面上识别缺陷并标注的工作， 提高了检查效率， 降低漏检几率， 减轻工人劳动 负担。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114993945 A 2022.09.02 CN 114993945 A 1.一种采用并联机构的轮毂表面缺陷检测装置， 其特征在于： 包括设置于平台(10)上 的轮毂表面 缺陷检测单 元和轮毂表面 缺陷标注单 元； 所述轮毂表面缺陷检测单元包括轮毂夹具(6)、 6 ‑UCU并联机构(5)、 六自由度机械臂 (7)、 机械臂控制器(8)、 深度相机(1)和相机夹具(3)， 所述六自由度机械臂(7)、 机械臂控制 器(8)和6 ‑UCU并联机构(5)均设置于平台(10)的上表面， 且6 ‑UCU并联机构(5)的上表面安 装有轮毂夹具(6)， 所述轮毂夹具(6)通过三爪卡盘(6 ‑1)固定夹持待测轮毂(4)； 所述六自 由度机械臂(7)的末端安装有相机 夹具(3)， 所述相机 夹具(3)上安装有深度相机(1)； 所述轮毂表面缺陷标注单元包括六自由度机械臂(7)、 机械臂控制器(8)、 信号笔(2)和 信号笔夹具(11)， 所述六自由度机械臂(7)的末端安装有信号笔夹具(11)， 所述信号笔夹具 (11)上安装有信号笔(2)。 2.根据权利要求1所述的一种 采用并联机构的轮毂表面缺陷检测装置， 其特征在于： 所 述三爪卡盘(6 ‑1)通过导气管与空气压缩机连接， 空气 压缩机为三爪卡盘(6 ‑1)的夹爪张合 提供动力。 3.根据权利要求1所述的一种 采用并联机构的轮毂表面缺陷检测装置， 其特征在于： 所 述六自由度机 械臂(7)和机 械臂控制器(8)通过外 部缆线(9)连接 。 4.根据权利要求1所述的一种 采用并联机构的轮毂表面缺陷检测装置， 其特征在于： 所 述信号笔夹具(11)包括压力感应器(11 ‑4)、 弹簧(11 ‑1)、 基座(11 ‑3)和可活动信 号笔底座 (11‑2)； 所述基座(11 ‑3)中部开设有圆柱形开孔， 所述圆柱形开孔的底部安装有压力感应 器(11‑4)， 且圆柱形开孔中设有弹簧(11 ‑1)， 所述弹簧(11 ‑1)与可活动信 号笔底座(11 ‑2) 的底部固定连接， 所述圆柱形开孔内边缘对称开设有一对矩形凹槽状滑轨， 所述可活动信 号笔底座(11 ‑2)侧面对称位置设有一对矩形凸起， 所述矩形凹槽状滑轨与矩形凸起相 匹 配， 可活动信号笔底座(11 ‑2)能够沿矩形凹槽状滑轨上下滑动， 所述可活动信号笔底座 (11‑2)上安装有信号笔(2)。 5.根据权利要求1所述的一种 采用并联机构的轮毂表面缺陷检测装置， 其特征在于： 所 述6‑UCU并联机构(5)由单片机控制系统操控， 包括定平台(5 ‑4)、 六条驱动支链(5 ‑1)和动 平台(5‑3)； 每条驱动支链(5 ‑1)均由两个虎克铰(5 ‑2)、 一个移动副和一个转动副组成， 所 述移动副和转动副合并组成一个圆柱副， 所述移动副为驱动副， 通过控制移动副进行伸缩 运动， 从而 使动平台(5 ‑3)实现沿X、 Y、 Z的移动以及绕X、 Y、 Z的转动。 6.一种基于权利要求1 ‑5任一权利要求所述装置的轮毂表面缺陷检测与标注方法， 其 特征在于， 包括以下步骤： 1)、 将待测轮毂(4)用三抓卡盘(6 ‑1)紧固于6 ‑UCU并联机构(5)的动平台(5 ‑3)上表面； 用单片机控制系统精确控制6 ‑UCU并联机构(5)的驱动支链(5 ‑1)进行伸缩运动， 从而使6 ‑ UCU并联机构(5)的动平台(5 ‑3)带动待测轮毂(4)实现沿笛卡尔坐标系下X、 Y、 Z轴的移动和 转动； 2)、 所述单片机控制系统的参数由PC 机中轮毂表面 缺陷检测与标注软件设定； 3)、 所述深度相机(1)在六自由度机械臂(7)的拖动下对待测轮毂(4)处于不同姿态时 的表面进行拍摄， 得到待测轮毂(4)表面 不同角度下的RGB ‑D图像； 4)、 通过PC机中轮毂缺陷检测与标注软件中内嵌的缺陷图像处理程序对所述RGB ‑D图 像进行处 理获得缺陷分类和缺陷三维位姿信息；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114993945 A 25)、 PC机将所述缺陷三维位姿信息发送至机械臂控制器(8)， 所述机械臂控制器(8)运 行内嵌的轨迹规划算法程序控制六自由度机械臂(7)运动到待测轮毂(4)表 面缺陷位置处， 同时调整 六自由度机械臂(7)的末端姿态使信号笔(2)的笔头垂 直正对缺陷中心所在曲面； 所述机械臂控制器(8)运行内嵌的考虑末端压力反馈的路径规划算法程序控制六自由度机 械臂(7)带动末端的信号笔(2)在待测轮毂(4)曲面上画圆来标注缺陷。 7.根据权利要求6所述的一种轮毂表面缺陷检测与标注方法， 其特征在于： 所述缺陷 图 像处理程序包括下述 步骤： b1)、 读入RGB ‑D图像， 提取出RGB ‑D图像中的RGB图像部分进行预处理， 消除图像模糊和 背景噪点； b2)、 输入预处理后的RGB图像到训练好的缺陷检测神经网络模型中得到缺陷的识别分 类信息， 并计算 缺陷中心点在预处 理后的RGB图像中的位置； b3)、 输出缺陷类别到PC 机上显示； b4)、 在RGB ‑D图像中找到与预处理后的RGB图像中缺陷中心点位置相对应的像素点位 置； b5)、 利用深度相机(1)的自身参数和RGB ‑D图像中包含的深度信息， 以深度相机(1)的 固连坐标系A为参考坐标系对RGB ‑D图像内容进行三维重建， 还原RGB ‑D图像中内容在三维 空间中的位置， 得到每 个像素点的三维坐标； b6)、 计算三维空间中轮毂曲面上缺陷中心位置点处沿着该点垂线方向的方向向量， 并 以此方向向量的方向为z轴方向， 缺陷 中心点为原点， 建立 缺陷中心点的三维坐标系B； b7)、 取坐标系B的三个坐标轴向量AXB，AYB，AZB构成旋转矩阵 取 B原点坐标构成向量APBORG＝(Apx，Apy，Apz),计算坐标系B到A的齐次变换矩阵 b8)、 由 结合六自由度机械臂(7)的六个关节角 度计算B相对于六自由度机械臂(7) 的参考坐标系的齐次变换矩阵； b9)、 将齐次变换矩阵逆解得到缺陷中心点相对于六自由度机械臂(7)参考坐标系的三 维位姿信息； b10)、 发送步骤b9)的三维位姿信息 到机械臂控制器(8)； b11)、 程序结束段。 8.根据权利要求6所述的一种轮毂表面缺陷检测与标注方法， 其特征在于： 所述机械臂 控制器(8)内嵌的轨 迹规划算法程序包括下述 步骤： c1)、 读入缺陷三维位姿信息； c2)、 处理缺陷三维位姿信息得到缺陷中心点坐标系到六自由度机械臂(7)参考坐标系 的齐次变换矩阵； c3)、 利用步骤c2)得到的齐次变换矩阵求解相应的机器人逆运动学解， 得到六自由度 机械臂(7)运动到缺陷中心 位置处所需的六个 关节角度， 作为六自由度机械臂(7)的终止位 置关节角度；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114993945 A 3