CN111823471B - 空腔自动发泡视觉定位装置及自动发泡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空腔自动发泡视觉定位装置及自动发泡方法，属于发泡工艺设备技术领域。包括：U工业机器人与固定支架固定连接；固定罩壳固设于固定支架，固定罩壳内设置有安装腔，固定罩壳的一侧开设有开口；工业相机设置于安装腔内，且工业相机的镜头朝向开口，且工业相机与工业机器人通讯连接；翻转罩壳与固定罩壳设置有开口的一端活动连接，翻转罩壳能移动地与开口相正对；发泡装置与固定支架固定连接。本发明提供的空腔自动发泡视觉定位装置及自动发泡方法，实现车身空腔自动发泡作业，提高车身空腔发泡作业效率、保证发泡质量、避免发泡作业对企业员工健康的危害。

Description

空腔自动发泡视觉定位装置及自动发泡方法

技术领域

本发明涉及发泡工艺设备技术领域，具体是涉及空腔自动发泡视觉定位装置及自动发泡方法。

背景技术

目前车身空腔发泡作业中，由于手工发泡作业效率低、且发泡质量不稳定以及发泡材料对人体健康有危害，需要实现车身空腔发泡作业的自动化。而在机器人自动化应用中，已有的一些手持视觉定位装置，无法适应污染严重的工况，污染工况容易对定位设备造成影响，影响后续位置定位的精度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供空腔自动发泡视觉定位装置，实现车身空腔自动发泡作业，提高车身空腔发泡作业效率、保证发泡质量、避免发泡作业对企业员工健康的危害。

具体技术方案如下：

空腔自动发泡视觉定位装置，包括：工业机器人、固定罩壳、工业相机、翻转罩壳以及发泡装置。

工业机器人与固定支架固定连接；

固定罩壳固设于固定支架，固定罩壳内设置有安装腔，固定罩壳的一侧开设有开口；

工业相机设置于安装腔内，且工业相机的镜头朝向开口，且工业相机与工业机器人通讯连接；

翻转罩壳与固定罩壳设置有开口的一端活动连接，翻转罩壳能移动地与开口相正对；

发泡装置与固定支架固定连接。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，工业相机包括激光投影仪和2D相机，激光投影仪和2D相机的镜头朝向相同。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，2D相机的镜头朝向侧设置有双色环形光源，该双色环形光源分别套设在镜头的外侧。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，双色环形光源包括红色环形光源和蓝色环形光源，红色环形光源和蓝色环形光源的环心相同，且蓝色环形光源嵌设在红色环形光源的内侧。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，固定罩壳的两相对侧面设置有转轴，翻转罩壳的两相对侧面通过转轴与固定罩壳铰接，且翻转罩壳的截面为扇形。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，固定罩壳的外侧设置有转动位移执行器，转动位移执行器的驱动端设置有摆动臂，该摆动臂的中部开设有滑动槽，翻转罩壳的外侧设置有驱动条，驱动条与滑动槽相匹配。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，还包括缓冲器，缓冲器设置在转动位移执行器的一侧。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，还包括激光测距传感器，激光测距传感器设置在转动位移执行器的一侧，且激光测距传感器的信号发射及接收口朝向与固定罩壳的开口朝向相同。

上述的空腔自动发泡视觉定位装置，还具有这样的特征，固定支架呈“L”型设置，且固定支架的两端分别设置有与机器人相连的转接机构，与发泡装置相连的转接块。

一种自动发泡方法，包括以下步骤：

步骤一、该空腔自动发泡视觉定位装置到达待注射孔的拍照位，旋转罩壳旋转开启，工业相机露出；

步骤二、工业相机对待注射孔进行拍照定位，拍照定位所得的结果数据为该孔相对标准参考位置的偏移参数；

步骤三、工业相机停止工作，旋转罩壳关闭；

步骤四、根据步骤二计算出待注射孔的三维位置偏移参数，发泡装置移动至待注射孔的位置上方，随后发泡装置的喷嘴插入至待注射孔内；

步骤五、发泡装置开始注射作业，按照设定的工艺参数注射发泡材料；

步骤六、发泡装置停止注射后等待3-4秒，待发泡材料在注射孔的空腔内完全反应后，发泡装置抽出，继续下一个注射孔的注射作业。

上述技术方案的积极效果是：

本发明提供的空腔自动发泡视觉定位装置，实现车身空腔自动发泡作业，提高车身空腔发泡作业效率、保证发泡质量、避免发泡作业对企业员工健康的危害；具体的还包括以下技术效果：

1.通过工业相机中的激光投影仪和2D相机配合使用，采用Laser Cross Section(激光投影截面)算法进行视觉定位，定位精度较高，定位精度要求可控制在0.5mm以内；

2.2D相机的外圈设置有双色光源，对于工件的不同颜色，可采用不同的光源照明进行定位，能够适应不同的车身颜色，不受车身颜色干扰，进而提升定位精度；

3.通过固定罩壳和翻转罩壳在不同工况下的开合，使工业相机能够适应污染工况；

4.该装置上设置有激光测距传感器，能实时对本装置与工件之间的距离进行测算，具有碰撞保护功能，避免作业工作中发生碰撞；

5.工业相机所需的定位时间小于2秒，能够满足生产线的节拍要求；

6.该装置可以装配在六轴工业机器人的机械臂上以及配置有缓冲器，能够满足不同姿态下均可平稳开关罩壳的要求。

附图说明

图1为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例的结构示意图；

图2为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中固定罩壳与翻转罩壳处于关闭状态的结构示意图；

图3为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中固定罩壳与翻转罩壳处于开启状态的结构示意图；

图4为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中转轴、摆动臂以及驱动条的结构示意图；

图5为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中转轴、摆动臂以及驱动条的简易动作视图；

图6为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中激光投影仪和2D相机的结构示意图；

图7为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中外部机构的结构示意图；

图8为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中内部机构的结构示意图；

图9为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中双色光源的工作状态示意图；

图10为本发明的空腔自动发泡视觉定位装置的实施例中双色光源与2D相机在竖直位置上的位置关系图。

附图中：1、固定支架；2、固定罩壳；3、翻转罩壳；4、工业相机；401、激光投影仪；402、2D相机；5、双色环形光源；501、蓝色光源；502、红色光源；6、转动位移执行器；7、缓冲器；8、激光测距传感器；9、转接板；10、转轴；11、摆动臂；12、驱动条；13、转接机构；14、转接块；15、工业机器人；16、发泡装置；17、工件。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至附图10对本发明提供的空腔自动发泡视觉定位装置作具体阐述。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在空腔自动发泡视觉定位装置中。

工业机器人15与固定支架1固定连接。固定罩壳2用做其内部部件的支撑以及保护，固定支架1作为固定罩壳2与外部工业机器人15之间的转接部件，便于对将固定罩壳2作为一个整体进行拆卸替换，固定罩壳2固设于固定支架1，固定罩壳2内设置有安装腔，该安装腔内主要用于容纳工业相机4，用该固定罩壳2作为工业相机4的防污染保护，固定罩壳2的一侧开设有开口，工业相机4 可穿过该开口对位于固定罩壳2外部的工件进行拍摄与位置偏差判断。

工业相机4设置于安装腔内，且工业相机4的镜头朝向开口，在发泡材料注射之前，开启该开口，通过工业相机4对外部工件17进行位置判断，确定位置偏差后，关闭该开口，避免发泡注射过程中待注射的材料对工业相机4的镜头造成污染，避免对后续位置判断造成影响，工业相机4将获得的偏差值传输至工业机器人15的控制系统中，再通过工业机器人15来调整发泡装置16的后续位置。

翻转罩壳3与固定罩壳2设置有开口的一端活动连接，翻转罩壳3能移动地与开口相正对。翻转罩壳3旋转后，开口完全露出，便于工业相机4的拍摄作业，翻转罩壳3按原位旋转后，固定罩壳2的开口被翻转罩壳3完全封闭，且固定罩壳2与翻转罩壳3的连接处具有较好的密封性，防止发泡材料对工业相机4造成影响。

发泡装置16与固定支架1固定连接，一般的发泡装置16采用发泡枪，发泡枪的注射口较小，与待注射工件17的注射孔相匹配，将工业相机4拍摄获得的位置稍差反馈至工业机器人15，通过工业机器人15的机械臂来调整发泡装置 16的具体位置。

在一种优选的实施方式中，如图1、图6、图8所示，其中工业相机4通过转接板9与固定支架1连接，工业相机4包括激光投影仪401和2D相机402，通过激光投影仪401和2D相机402的配合使用，能够缩短定位时间，符合生产节拍，且进一步地提高了定位精度，其中激光投影仪401和2D相机402配合采用Laser Cross Section(激光投影截面)的算法进行视觉定位，定位精度较高，其中Laser Cross Section原理为：激光投影成像用于确认特征所在平面的偏转角度；2D特征成像用于确认特征位置；2者组合计算可确认该2D特征的空间 6自由度。此外2D相机402可对不同颜色的工件17对光源进行适应性调整，以提升视觉精度，激光投影仪401和2D相机402的镜头朝向相同。

在一种优选的实施方式中，如图1、图6、图8所示，2D相机402的镜头朝向侧设置有双色环形光源5，该双色环形光源5分别套设在镜头的外侧，具体的该光源为倾斜向下设置，便于对工件进行集中照亮，此外可以通过信号控制打开不同颜色的光源，配合曝光时间自动调整，一般的定位总时长小于两秒，以实现对工件17颜色的适应性，满足不同颜色工件17的定位要求。

在一种优选的实施方式中，如图9、图10所示，双色环形光源5包括红色环形光源502和蓝色环形光源501，红色环形光源502和蓝色环形光源501的环心相同，且蓝色环形光源501嵌设在红色环形光源502的内侧。因为单色光源对工件颜色的适应性较差，如红色光源对蓝色、绿色工件的照明效果很差；双色光源可较好地解决该问题。可通过信号控制只打开某一个单色光源，或同时打开双色光源。工业机器人15的控制系统从生产线获取产品工件的颜色信息后，可根据需求控制双色环形光源，只打开其中一个光源，或同时打开两个光源，保证视觉定位成功率，提升定位精度。

在一种优选的实施方式中，如图1、图2、图3所示，固定罩壳2的两相对侧面设置有转轴10，翻转罩壳3的两相对侧面通过转轴10与固定罩壳2铰接，翻转罩壳3可以绕着该转轴10进行旋转，进而开启或关闭固定罩壳2下方的开口，且翻转罩壳3的截面为扇形，扇形翻转罩壳配合旋转开启的方式能最大程度地节省该装置在生产环境中的占用空间。

在一种优选的实施方式中，如图4、图5所示，固定罩壳2的外侧设置有转动位移执行器6，具体的，转动位移执行器6可以采用回转气缸、回转电缸等部件，优选的采用回转气缸，转动位移执行器6的驱动端设置有摆动臂11，该摆动臂11的中部开设有滑动槽，翻转罩壳3的外侧设置有驱动条12，驱动条 12与滑动槽相匹配。具体的，翻转罩壳3绕转轴10的旋转由回转气缸控制。安装于固定支架1或固定罩壳2上的回转气缸，其转轴10末端固定设置有一带槽摆动臂11，扇形翻转罩壳3的表面固定有方形驱动条12，嵌入摆动臂11中，该方形驱动条12可沿着摆动臂11的槽的长度方向滑动，且该槽的形状与方形驱动条12的形状相匹配。回转气缸控制转轴旋转时，从而带动扇形翻转罩壳3 转动，实现罩壳的开闭。

在一种优选的实施方式中，如图7所示，还包括缓冲器7，缓冲器7设置在转动位移执行器6的一侧。用于保证在不同姿态下，罩壳受力不同时均可平稳打开翻转罩壳3。缓冲器7可为机械式缓冲器或液压式缓冲器；翻转罩壳3为铝合金材料制成以减轻重量，使翻转罩壳3的开启过程更为平顺。

在一种优选的实施方式中，如图7所示，还包括激光测距传感器8，激光测距传感器8设置在转动位移执行器6的一侧，且激光测距传感器8的信号发射及接收口朝向与固定罩壳2的开口朝向相同。该激光测距传感器8用于拍摄方向的碰撞保护，激光测距传感器8将与前方工件17的实时距离传输至工业机器人15的控制系统，该工业机器人15监测到距离前方工件17过近时可紧急停止运动，避免该装置与工件17发生碰撞。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，固定支架1呈“L”型设置，且固定支架1的两端分别设置有与工业机器人15相连的转接机构13，具体的转接机构13为转接法兰，该转接法兰13与工业机器人15的法兰相连接，与发泡装置 16相连的转接块14，一般的转接块14通过螺纹紧固件的形式与发泡装置16进行固定连接。

一种自动发泡方法，包括以下步骤：

步骤一、该空腔自动发泡视觉定位装置到达待注射孔的拍照位，旋转罩壳旋转开启，工业相机露出；

步骤二、工业相机对待注射孔进行拍照定位，拍照定位所得的结果数据为该孔相对标准参考位置的偏移参数；

步骤三、工业相机停止工作，旋转罩壳关闭；

步骤四、根据步骤二计算出待注射孔的三维位置偏移参数，发泡装置移动至待注射孔的位置上方，随后发泡装置的喷嘴插入至待注射孔内；

步骤五、发泡装置开始注射作业，按照设定的工艺参数注射发泡材料；

步骤六、发泡装置停止注射后等待3-4秒，待发泡材料在注射孔的空腔内完全反应后，发泡装置抽出，继续下一个注射孔的注射作业。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.空腔自动发泡视觉定位装置，其特征在于，包括：

工业机器人，所述工业机器人与固定支架固定连接；

固定罩壳，所述固定罩壳固设于所述固定支架，所述固定罩壳内设置有安装腔，所述固定罩壳的一侧开设有开口；

工业相机，所述工业相机设置于所述安装腔内，且所述工业相机的镜头朝向所述开口，且所述工业相机与所述工业机器人通讯连接；

翻转罩壳，所述翻转罩壳与所述固定罩壳设置有所述开口的一端活动连接，所述翻转罩壳能移动地与所述开口相正对；

发泡装置，所述发泡装置与所述固定支架固定连接；

所述工业相机包括激光投影仪和2D相机，所述激光投影仪和所述2D相机的镜头朝向相同；

所述2D相机的镜头朝向侧设置有双色环形光源，该双色环形光源分别套设在所述镜头的外侧；

所述双色环形光源包括红色环形光源和蓝色环形光源，所述红色环形光源和所述蓝色环形光源的环心相同，且所述蓝色环形光源嵌设在所述红色环形光源的内侧。

2.根据权利要求1所述的空腔自动发泡视觉定位装置，其特征在于，所述固定罩壳的两相对侧面设置有转轴，所述翻转罩壳的两相对侧面通过所述转轴与所述固定罩壳铰接，且所述翻转罩壳的截面为扇形。

3.根据权利要求1所述的空腔自动发泡视觉定位装置，其特征在于，所述固定罩壳的外侧设置有转动位移执行器，所述转动位移执行器的驱动端设置有摆动臂，该所述摆动臂的中部开设有滑动槽，所述翻转罩壳的外侧设置有驱动条，所述驱动条与所述滑动槽相匹配。

4.根据权利要求3所述的空腔自动发泡视觉定位装置，其特征在于，还包括缓冲器，所述缓冲器设置在所述转动位移执行器的一侧。

5.根据权利要求3所述的空腔自动发泡视觉定位装置，其特征在于，还包括激光测距传感器，所述激光测距传感器设置在所述转动位移执行器的一侧，且所述激光测距传感器的信号发射及接收口朝向与所述固定罩壳的开口朝向相同。

6.根据权利要求1所述的空腔自动发泡视觉定位装置，其特征在于，所述固定支架呈“L”型设置，且所述固定支架的两端分别设置有与工业机器人相连的转接机构，与发泡装置相连的转接块。

7.一种自动发泡方法，包括权利要求1-6任意一项所述的空腔自动发泡视觉定位装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、该空腔自动发泡视觉定位装置到达待注射孔的拍照位，旋转罩壳旋转开启，工业相机露出；

步骤二、所述工业相机对待注射孔进行拍照定位，拍照定位所得的结果数据为该孔相对标准参考位置的偏移参数；

步骤三、所述工业相机停止工作，所述旋转罩壳关闭；

步骤四、根据步骤二计算出待注射孔的三维位置偏移参数，发泡装置移动至待注射孔的位置上方，随后发泡装置的喷嘴插入至待注射孔内；

步骤五、发泡装置开始注射作业，按照设定的工艺参数注射发泡材料；

步骤六、发泡装置停止注射后等待3-4秒，待发泡材料在注射孔的空腔内完全反应后，发泡装置抽出，继续下一个注射孔的注射作业。

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