CN103599892A - 基于视觉的钢珠分拣装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于视觉的钢珠分拣装置，包括：外型材框架、分珠装置、弹射装置、收集盒以及控制系统，其中，分珠装置固定于外型材框架的上部；控制系统的图像采集装置固定在外型材框架上部，镜头正对分珠装置的出口下方；弹射装置固定于外型材框架底部，弹射装置的弹射板板面正对分珠装置出口；收集盒均匀排开，固定于外型材框架底部。本发明实现了分离钢珠、识别钢珠尺寸、收集钢珠的全过程，具有效率高，准确度好，结构简单，易于实现的特点。
Description
技术领域
本发明涉及机电一体化技术领域，具体是一种基于视觉的钢珠分拣装置。
背景技术
钢珠分拣机构是现代工业中一种常见的装置，其目的是根据不同的钢珠分类标准实现钢珠的分类，一般情况是以钢珠大小为标准，筛出公差带以内的合格钢珠而剔除公差带以外的不合格钢珠，广泛使用于钢珠的生产制造质检环节。
经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为：CN200720109642.0，名称为“钢珠筛选机”的专利，它包括机座、驱动装置、两根转轴、转轴轴承座、转轴调整装置，分料盒和下料装置，上述两根转轴在机座两端的轴承座上，由驱动装置驱动，处于同一平面的两根转轴之间有一微小的夹角，两根转轴的转动方向为相对两根转轴的间隙作向上的转动，转轴轴承座可通过两端的转轴调整装置在机座上前后平移，来调整两根转轴的间隙和夹角，机座的一端有放置待检钢珠的下料装置，钢珠在两根转轴的间隙处由高到低下滚，随着间隙的不断增大，公差带范围内的钢珠在不同处从两根转轴的间隙中落入下方并排放置的标明不同组的分料盒中。因此，该装置可以实现对公差带范围内的钢珠进行自动分组筛选，具有检测筛选效率高的特点。但该专利尚存在一些弊端。首先，该装置依靠的是机械结构的精度实现分拣，这对较长的转轴加工精度和轴承座与转轴的配合精度要求很高，转轴周向加工误差、轴承游隙及轴承位的间隙产生的误差会显著影响分拣精度；其次，该装置的分拣精度调节是由轴承座支撑处手工进行调节的，这影响了分拣过程的自动化和操作性；再次，由于需要较长的滚轴实现分拣，占用空间大。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种基于视觉的钢珠分拣装置，该装置实现了分离钢珠、识别钢珠尺寸、收集钢珠的全过程，具有效率高，准确度好，结构简单，易于实现的特点。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于视觉的钢珠分拣装置，包括：
-外型材框架1；
-可连续旋转的分珠装置2，所述分珠装置2固定于外型材框架1的上部；
-可旋转的弹射装置3，所述弹射装置3固定于外型材框架1底部，弹射装置3包括弹射板13，所述弹射板13的板面正对分珠装置2的出口；
-用于收集弹射钢珠的多个收集盒4，所述多个收集盒4均匀排开，并固定于外型材框架1底部；
-控制系统，所述控制系统包括：
可连续采集钢珠图像的为图像采集装置5，所述为图像采集装置5固定在外型材框架1的上部，为图像采集装置5的镜头正对分珠装置2的出口下方；
装有配套控制软件的上位机，所述上位机设置于外型材框架中部伸出的平台15上，所述为图像采集装置5与上位机相连接；
可用作背景光源显示屏，所述显示屏固定于外型材框架1上方的背面，并与上位机相连接；
所述上位机与弹射装置3的弹射板13相连接。
优选地，所述的分珠装置2包括：
-四棱台形状的分珠漏斗6和分拣装置，所述分珠漏斗6位于整个分珠装置2的上部，用于盛放不同大小的钢珠；
-盖板16，所述盖板16为两块，并与分珠漏斗6的底部螺纹固定；
-圆形挡板7，所述圆形挡板7嵌于两块盖板中间，圆形挡板7上包含4个用于与盖板16贴合的槽；
-长条状的支撑板8，所述支撑板8为两块，并分别与相对应的盖板16通过螺纹固定，用于压紧两块盖板以及圆形挡板；
-分珠齿轮机构，包括分珠齿轮10、齿轮轴、滚珠轴承11以及摇杆9，其中，所述分珠齿轮10位于分珠漏斗6的正下方，并与齿轮轴过盈配合；所述滚珠轴承11为两个，所述齿轮轴的突出端安装在两个滚珠轴承11中，齿轮轴的突出端端部与摇杆9相连。
优选地，所述分珠齿轮机构还包括齿轮框7，所述分珠齿轮10设置于齿轮框7内部。
优选地，所述的弹射装置3包括：
-固定架12，所述固定架12通过法兰与外型材框架1螺纹固定；
-步进电机14，所述步进电机14设有集成的驱动器控制器，并通过法兰固定在固定架12上，所述步进电机14可360度自由转动；
-所述弹射板13整体为复合矩形立方体，弹射板13的上部为矩形轴承钢板，弹射板13的下部为可调矩形固定端；弹射板13的内部设有矩形沟槽，用于插入定位栓17，矩形沟槽的槽壁上有螺纹通孔I，所述弹射板13与定位栓17之间通过设置于螺纹通孔I内的螺栓固定，并使弹射板13与步进电机的输出轴配合连接；所述弹射板13的倾斜角度可调节；
-定位栓17，用于连接步进电机的输出轴和弹射板13，包括圆柱端和方形端，所述圆柱端设有内孔，所述内孔与步进电机的输出轴相适配；所述圆柱端的侧壁上设有1个深至内孔的螺纹孔，所述螺纹孔用于拧入螺栓夹紧定位栓17与步进电机的输出轴；所述方形端与弹射板13的矩形沟槽相适配，方形端的侧壁上设有与矩形沟槽的槽壁上的螺纹通孔I位置相应的螺纹通孔II。
上述基于视觉的钢珠分拣装置的分拣方法，包括以下步骤：
步骤1，上位机通过USB串口向步进电机发出指令，步进电机的输出轴转动相应角度并带动弹射板转动至相应位置；
步骤2，通过分珠装置后自由落体的钢珠随后与弹射板发生碰撞并反弹；
步骤3，通过调整弹射板的弹射角度，不同大小的钢珠对应不同的弹射板位置，因而钢珠的反弹落点分布区间也相应不同，从而使钢珠反弹至不同的收集盒内，完成筛选钢珠的动作。
本发明提供的基于视觉的钢珠分拣装置，利用分珠装置实现钢珠的分离，使其一个一个自由下落，分珠的速度可调节，稳定可靠；利用为图像采集装置实时采集钢珠下落图像，通过配套的控制软件进行处理，可准确识别钢珠尺寸大小；利用弹射装置将钢珠弹射入不同的收集盒中，实现分拣目的。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为外框架结构示意图；
图3为分珠装置结构示意图；
图4为弹射装置结构示意图；
图5为收集盒结构示意图；
图6为分珠装置的分珠漏斗结构示意图；
图7为分珠装置的齿轮框结构示意图；
图8为分珠装置的分珠齿轮结构示意图；
图中：1为外型材框架，2为分珠装置，3为弹射装置，4为收集盒，5为图像采集装置，6为分珠漏斗，7为齿轮框，8为支撑板，9为摇杆，10为分珠齿轮，11为滚珠轴承，12为固定架，13为弹射板，14为步进电机，15为平台，16为盖板，17为定位栓。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1至图8。
本实施例提供了一种基于视觉的钢珠分拣装置，包括：
-外型材框架1；
-可连续旋转的分珠装置2，所述分珠装置2固定于外型材框架1的上部；
-可绕步进电机的输出轴旋转的弹射装置3，所述弹射装置3固定于外型材框架1底部，弹射装置3包括弹射板13，所述弹射板13的板面正对分珠装置2的出口；
-用于收集弹射钢珠的多个收集盒4，所述多个收集盒4均匀排开，并固定于外型材框架1底部；
-控制系统，所述控制系统包括：
可连续采集钢珠图像的为图像采集装置5，所述为图像采集装置5固定在外型材框架1的上部，为图像采集装置5的镜头正对分珠装置2的出口下方；
装有配套控制软件的上位机，所述上位机设置于外型材框架中部伸出的平台15上，所述为图像采集装置5与上位机相连接；
可用作背景光源显示屏，所述显示屏固定于外型材框架1上方的背面，并与上位机相连接；
所述上位机与弹射装置3的弹射板13相连接。
进一步地，所述的分珠装置2包括：
-四棱台形状的分珠漏斗6和分拣装置，所述分珠漏斗6位于整个分珠装置2的上部，用于盛放不同大小的钢珠；
-盖板16，所述盖板16为两块，并与分珠漏斗6的底部螺纹固定；
-圆形挡板7，所述圆形挡板7嵌于两块盖板中间，圆形挡板7上包含4个用于与盖板16贴合的槽；
-长条状的支撑板8，所述支撑板8为两块，并分别与相对应的盖板16通过螺纹固定，用于压紧两块盖板以及圆形挡板；
-分珠齿轮机构，包括分珠齿轮10、齿轮轴、滚珠轴承11以及摇杆9，其中，所述分珠齿轮10位于分珠漏斗6的正下方，并与齿轮轴过盈配合；所述滚珠轴承11为两个，所述齿轮轴的突出端安装在两个滚珠轴承11中，齿轮轴的突出端端部与摇杆9相连。
进一步地，所述分珠齿轮机构还包括齿轮框7，所述分珠齿轮10设置于齿轮框7内部。
进一步地，所述的弹射装置3包括：
-固定架12，所述固定架12通过法兰与外型材框架1螺纹固定；
-步进电机14，所述步进电机14设有集成的驱动器控制器，并通过法兰固定在固定架12上，所述步进电机14可360度自由转动；
-所述弹射板13整体为复合矩形立方体，弹射板13的上部为矩形轴承钢板，弹射板13的下部为可调矩形固定端；弹射板13的内部设有矩形沟槽，用于插入定位栓17，矩形沟槽的槽壁上有螺纹通孔I，所述弹射板13与定位栓17之间通过设置于螺纹通孔I内的螺栓固定，并使弹射板13与步进电机的输出轴配合连接；所述弹射板13的倾斜角度可调节；
-定位栓17，用于连接步进电机的输出轴和弹射板13，包括圆柱端和方形端，所述圆柱端设有内孔，所述内孔与步进电机的输出轴相适配；所述圆柱端的侧壁上设有1个深至内孔的螺纹孔，所述螺纹孔用于拧入螺栓夹紧定位栓17与步进电机的输出轴；所述方形端与弹射板13的矩形沟槽相适配，方形端的侧壁上设有与矩形沟槽的槽壁上的螺纹通孔I位置相应的螺纹通孔II。
具体为：
如图1所示，本实施例包括：外型材框架1、分珠装置2、弹射装置3、收集盒4以及控制系统。
结合图3所示，分珠装置2位于整个钢珠分拣装置的上部，通过螺栓固定在外型材框架1上，包括：
一个用来盛不同大小钢珠的分珠漏斗6，形状为四棱台，顶面大于底面，横截面为矩形，位于分珠装置2的上部，可以一次盛放大量钢珠。
一个用来实现钢珠逐个分离的分珠齿轮10，每个齿轮只能同时进入一个钢珠。齿轮位于分珠漏斗的正下方，通过一根轴过盈配合，轴的两端安装于两个同样的滚珠轴承11中。在一边轴的突出端安装一个摇杆9，通过摇杆的转动实现齿轮的同步转动。滚珠轴承通过螺栓螺母固定于两块盖板上。盖板作用是在水平方向限制钢珠由分珠漏斗进入齿轮的控件，保证水平方向上一次只能通过一个钢珠。为了限制齿轮径向的空间，保证每两个齿之间只能通过一个钢珠，沿着两块盖板的边缘安装一个弯成圆形的挡板，这样一来整个分珠装置2中钢珠移动的空间就被完全固定了。在圆形挡板的正下方开有一个圆形的孔，用于使钢珠离开分珠装置。两块盖板的顶部有螺纹孔，通过螺纹配合实现分珠漏斗与下部分离机构的装配。在左右两块盖板外侧通过螺柱固定了两块长条状的支撑板8，其主要作用是将分离机构固定于钢珠分拣机的外框架上。
整个分珠装置的工作原理为：首先将大小不同的钢珠混合放置于顶部的分珠漏斗中。通过手摇动一侧的摇杆使齿轮转动，在齿轮转动的同时，分珠漏斗中的钢珠因为自身的重力落入齿轮的每个齿隙。由于齿轮的转动，被分开的钢珠依次从底部的孔中离开下落，同时不断的有空的齿隙来分离剩下的钢珠。这样，使齿轮转动的同时，便实现了混合的钢珠的分离。
结合图4所示：弹射装置3置于钢珠分拣机外框架最下部，通过螺栓固定在外框架上，包括：
一个用来安装电机的含法兰的固定架12，通过螺栓固定在外型材框架1上；
一个集成了驱动器控制器的步进电机14，通过法兰固定在固定架上，通过USB串口与上位机通信，收到信号时可转动相应角度，可360度自由转动；
一个用来弹射不同大小的钢珠的轴承钢钢板13(以下简称弹射板)，形状为复合矩形立方体，上部为70cm×70cm的矩形轴承钢板，下部为可调矩形固定端。其内有矩形沟槽，用于插入定位栓，槽壁上有螺纹通孔，拧入螺栓后可固定弹射板与定位栓，使之与电机输出端配合连接。松开螺栓后可调节弹射板的倾斜角度；
一个定位栓，位于步进电机的输出轴与弹射板之间，用于连接步进电机的输出轴与弹射板。一端为圆柱形一端为方形。圆柱端有内孔，用于和电机输出端配合；圆柱侧壁有1个至内孔的螺纹孔，用于拧入螺栓夹紧定位栓与步进电机的输出轴；方形端可与弹射板下端矩形沟槽配合，方形端的相应位置有螺纹通孔，与弹射板槽壁的螺纹通孔对应；
结合图5所示：实施例中的收集盒为三个圆形收集盒，并位于距弹射板一定距离的外框架上，用于收集不同大小的钢珠。
本实施例提供的基于视觉的钢珠分拣装置，其分拣方法包括如下步骤：
步骤1，上位机通过USB串口向步进电机发出指令，步进电机的输出轴转动相应角度并带动弹射板转动至相应位置；
步骤2，通过分珠装置后自由落体的钢珠随后与弹射板发生碰撞并反弹；
步骤3，通过调整弹射板的弹射角度，不同大小的钢珠对应不同的弹射板位置，因而钢珠的反弹落点分布区间也相应不同，从而使钢珠反弹至不同的收集盒内，完成筛选钢珠的动作。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (4)
1.一种基于视觉的钢珠分拣装置，其特征在于，包括：
-外型材框架(1)；
-可连续旋转的分珠装置(2)，所述分珠装置(2)固定于外型材框架(1)的上部；
-可旋转的弹射装置(3)，所述弹射装置(3)固定于外型材框架(1)底部，弹射装置(3)包括弹射板(13)，所述弹射板(13)的板面正对分珠装置(2)的出口；
-用于收集弹射钢珠的多个收集盒(4)，所述多个收集盒(4)均匀排开，并固定于外型材框架(1)底部；
-控制系统，所述控制系统包括：
可连续采集钢珠图像的为图像采集装置(5)，所述为图像采集装置(5)固定在外型材框架(1)的上部，为图像采集装置(5)的镜头正对分珠装置(2)的出口下方；
上位机，所述上位机设置于外型材框架中部伸出的平台(15)上，所述图像采集装置(5)与上位机相连接；
显示屏，所述显示屏固定于外型材框架(1)上方的背面，并与上位机相连接；
所述上位机还与弹射装置(3)的弹射板(13)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于视觉的钢珠分拣装置，其特征在于，所述的分珠装置(2)包括：
-四棱台形状的分珠漏斗(6)和分拣装置，所述分珠漏斗(6)位于整个分珠装置(2)的上部，用于盛放不同大小的钢珠；
-盖板(16)，所述盖板(16)为两块，并与分珠漏斗(6)的底部螺纹固定；
-圆形挡板(7)，所述圆形挡板(7)嵌于两块盖板中间，圆形挡板(7)上包含4个用于与盖板(16)贴合的槽；
-长条状的支撑板(8)，所述支撑板(8)为两块，并分别与相对应的盖板(16)通过螺纹固定，用于压紧两块盖板以及圆形挡板；
-分珠齿轮机构，包括分珠齿轮(10)、齿轮轴、滚珠轴承(11)以及摇杆(9)，其中，所述分珠齿轮(10)位于分珠漏斗(6)的正下方，并与齿轮轴过盈配合；所述滚珠轴承(11)为两个，所述齿轮轴的突出端安装在两个滚珠轴承(11)中，齿轮轴的突出端端部与摇杆(9)相连。
3.根据权利要求2所述的基于视觉的钢珠分拣装置，其特征在于，所述分珠齿轮机构还包括齿轮框(7)，所述分珠齿轮(10)设置于齿轮框(7)内部。
4.根据权利要求1所述的基于视觉的钢珠分拣装置，其特征在于，所述的弹射装置(3)包括：
-固定架(12)，所述固定架(12)通过法兰与外型材框架(1)螺纹固定；
-步进电机(14)，所述步进电机(14)设有集成的驱动器控制器，并通过法兰固定在固定架(12)上，所述步进电机(14)可360度自由转动；
-所述弹射板(13)整体为复合矩形立方体，弹射板(13)的上部为矩形轴承钢板，弹射板(13)的下部为可调矩形固定端；弹射板(13)的内部设有矩形沟槽，用于插入定位栓(17)，矩形沟槽的槽壁上有螺纹通孔I，所述弹射板(13)与定位栓(17)之间通过设置于螺纹通孔I内的螺栓固定，并使弹射板(13)与步进电机的输出轴配合连接；所述弹射板(13)的倾斜角度可调节；
-定位栓(17)，用于连接步进电机的输出轴和弹射板(13)，包括圆柱端和方形端，所述圆柱端设有内孔，所述内孔与步进电机的输出轴相适配；所述圆柱端的侧壁上设有1个深至内孔的螺纹孔，所述螺纹孔用于拧入螺栓夹紧定位栓(17)与步进电机的输出轴；所述方形端与弹射板(13)的矩形沟槽相适配，方形端的侧壁上设有与矩形沟槽的槽壁上的螺纹通孔I位置相应的螺纹通孔II。
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| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lin Shengyi Inventor after: Zhang Di Inventor after: Mao Chenchen Inventor after: Xie Zhaozhi Inventor after: Sun Lin Inventor after: Wu Lijing Inventor after: Yu Tao Inventor before: Mo Jinqiu Inventor before: Yu Deru Inventor before: Zhang Wenjun Inventor before: Tang Hongyun Inventor before: He Mingchao Inventor before: Gong Xiao |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171109 Address after: Qingpu District of Shanghai City Hua Pu Road 201799 No. 500 Building 5 Patentee after: Shanghai Zhao Hong Automation Machinery Co., Ltd. Address before: 200240 Dongchuan Road, Shanghai, No. 800, No. Patentee before: Shanghai Jiao Tong University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Five Blocks No. 500 Huapu Road, Qingpu District, Shanghai, 201799 Patentee after: Shanghai Zhaohong Aviation Technology Co., Ltd. Address before: Five Blocks No. 500 Huapu Road, Qingpu District, Shanghai, 201799 Patentee before: Shanghai Zhao Hong Automation Machinery Co., Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |