CN104308531B - 基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法 - Google Patents

Abstract

一种基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法，包括如下步骤：(1)待装配的单向器星轮以随意的位置放置在摄像头下，获取摄像头获取的星轮原始图像信息，进行图像处理，计算得出星轮的中心坐标和星轮偏角(x₀,y₀,h,0,0,γ)；(2)星轮夹爪根据星轮位置坐标对星轮进行抓取；(3)星轮夹爪抓取星轮之后根据检测的星轮偏转角，进行相应角度的偏转，使星轮旋转到设定的位置；(4)星轮夹爪将星轮抓取到装配机构下方的加工工位，与出口对齐，之后装配器将弹簧和滚柱压到星轮中；(5)完成装配动作，机械手臂将星轮放到储料盘中。本发明机械化装配、减轻劳动强度、效率较高。

Description

基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机零件单向器的加工设备，尤其是一种单向器星轮弹簧滚柱装配方法。

背景技术

单向器是发动机中的重要部件，每年的需求量很大，单向器中的星轮和弹簧、滚柱的装配是单向器装配的一道关键装配工序，现在主要采用的还是手工装配，劳动力需求较大，效率低下。因此，工程实践中需要一种代替人工的、高效的装配机。

发明内容

为了克服已有单向器的星轮和弹簧、滚柱装配方式的手工装配、劳动强度大、效率低下的不足，本发明提供一种机械化装配、减轻劳动强度、效率较高的基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法，实现该方法的装置包括主体平台，所述主体平台上安装装配机构，所述装配机构的下方为用以放置待装配单向器星轮的加工工位，所述主体平台上设置用以放置装配后的单向器星轮的储料盘，所述主体平台上安装用以进行视觉检测的摄像头，所述摄像头与视觉检测智能控制器连接，机器人包括用于抓取待装配单向器星轮和装配后的单向器星轮的星轮夹爪；所述装配方法包括如下步骤：

(1)待装配的单向器星轮以随意的位置放置在摄像头下，首先检测出所述星轮的圆心坐标(x₀,y₀)，然后检测出星轮内侧的齿形轮廓，提取出轮廓各个点的像素坐标再算出轮廓上的点和圆心坐标点的距离平方和，D＝(x_i-x₀)²+(y_i-y₀)²，求出D的最小值D_min，并得到相应的轮廓上的像素坐标值那么将它们带入到公式得星轮偏转角γ，从而组成一组机器人可识别的坐标点(x₀,y₀,h,0,0,γ)，h是单向器星轮的实际高度；

(2)星轮夹爪根据星轮位置坐标对星轮进行抓取；

(3)星轮夹爪抓取星轮之后根据检测的星轮偏转角γ，进行相应角度的偏转，使星轮旋转到设定的位置；

(4)星轮夹爪将星轮抓取到装配机构下方的加工工位，之后装配机构将弹簧和滚柱压到星轮中；

(5)完成装配动作，机械手臂将星轮放到储料盘中。

进一步，所述装配机构包括转芯和顶块，所述转芯上开有与待装配单向器星轮相同的星轮槽，所述转芯的下方为所述加工工位，所述顶块位于所述转芯的正上方，所述顶块上设有与所述星轮槽形状匹配的顶杆；所述顶块位于隔板的下方，所述隔板固定在机架上，所述顶块的顶面与连接轴的下端连接，所述连接轴可上下滑动地穿过所述隔板，所述连接轴的上端与第一从动件连接，位于隔板上的连接轴上套装第一复位弹簧，所述第一从动件的上方靠接第一偏心轮，所述第一偏心轮的转轴与第一电机的输出轴连接；所述转芯安装在第一转轴的下端，所述第一转轴的上端与第二电机的输出轴联接，所述第一转轴穿过所述顶块和隔板；

所述步骤(3)中，设定位置是指：使星轮的槽与转芯的槽对齐；

所述步骤(4)中，第一电机带动偏心轮旋转，将顶块下推，将弹簧和滚珠推入到星轮的槽中。

再进一步，所述装配机构还包括上料组件，所述上料组件包括弹簧上料导轨、滚柱入口和曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括第三电机、第一连杆和第二连杆和推料块，所述第三电机的输出轴上安装第一连杆，所述第一连杆与所述第二连杆铰接，所述第二连杆与所述推料块铰接；所述转芯位于底板的转芯孔内，所述底板上开有与所述转芯孔连通的进料口，所述推料块位于所述进口料的入口处，所述弹簧上料导轨、滚柱入口分别与所述进料口的一侧相接；

所述步骤(4)中，在机械手臂抓取的同时，弹簧沿着弹簧上料导轨进行上料，滚柱从滚柱入口中的孔中落下，然后推料块把弹簧和滚柱推入转芯中，旋转第二电机旋转72°，重复上料动作5次，直到转芯槽被填满为止。

本发明的有益效果主要表现在：机械化装配、减轻劳动强度、效率较高。

附图说明

图1是基于视觉检测的单向器星轮自动化装配装置的示意图。

图2是星轮的位姿图。

图3是装配机构的示意图。

图4是推料机构的示意图。

图5是转芯的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法，实现该方法的装置包括主体平台4，所述主体平台4上安装装配机构2，所述装配机构2的下方为用以放置待装配单向器星轮6的加工工位，所述主体平台4上设置用以放置装配后的单向器星轮的储料盘3，所述主体平台4上安装用以进行视觉检测的摄像头1，所述摄像头1与视觉检测智能控制器连接，所述主体平台4上安装机器人5，机器人5包括用于抓取待装配单向器星轮和装配后的单向器星轮的星轮夹爪23，所述装配方法包括如下步骤：

(1)待装配的单向器星轮以随意的位置放置在摄像头下，首先检测出所述星轮的圆心坐标然后检测出星轮内侧的齿形轮廓，提取出轮廓各个点的像素坐标再算出轮廓上的点和圆心坐标点的距离平方和，求出D的最小值D_min，并得到相应的轮廓上的像素坐标值那么将它们带入到公式得星轮偏转角γ，从而组成一组机器人可识别的坐标点h是单向器星轮的实际高度；

(2)星轮夹爪根据星轮位置坐标对星轮进行抓取；

(3)星轮夹爪抓取星轮之后根据检测的星轮偏转角γ，进行相应角度的偏转，使星轮旋转到设定的位置；

(4)星轮夹爪将星轮抓取到装配机构下方的加工工位，之后装配机构将弹簧和滚柱压到星轮中；

(5)完成装配动作，机械手臂将星轮放到储料盘中。

进一步，所述装配机构包括转芯15和顶块11，所述转芯15上开有与待转配单向器星轮相同的星轮槽，所述转芯15的下方为所述加工工位，所述顶块11位于所述转芯15的正上方，所述顶块11上设有与所述星轮槽形状匹配的顶杆；

所述顶块11位于隔板的下方，所述隔板固定在支架7上，所述顶块11的顶面与连接轴的下端连接，所述连接轴可上下滑动地穿过所述隔板，所述连接轴的上端与第一从动件连接，位于隔板上的连接轴上套装第一复位弹簧10，所述第一从动件的上方靠接第一偏心轮9，所述第一偏心轮9的转轴与第一电机24的输出轴连接；

所述转芯15安装在第一转轴的下端，所述第一转轴的上端与第二电机8的输出轴联接，所述第一转轴穿过所述顶块11和隔板；

所述步骤(3)中，设定位置是指：使星轮的槽与转芯的槽对齐；

所述步骤(4)中，第一电机带动偏心轮旋转，将顶块下推，将弹簧和滚珠推入到星轮的槽中。

再进一步，所述装配机构还包括上料组件，所述上料组件包括弹簧上料导轨14、滚柱入口12和曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括第三电机19、第一连杆和第二连杆18和推料块16，所述第三电机19的输出轴上安装第一连杆，所述第一连杆与所述第二连杆18铰接，所述第二连杆18与所述推料块16；所述第三电机安装在电机支架20上，所述电机支架20安装在主体平台4上；

所述转芯15位于底板的转芯孔内，所述底板上开有与所述转芯孔连通的进料口13，所述推料块16位于所述进口料13的入口处，所述弹簧上料导轨14、滚柱入口12分别与所述进料口13的一侧相接。

所述视觉检测智能控制器包括用以根据拍摄的图像定位单向器星轮的位置的定位模块、用以根据拍摄的图像识别待装配单向器星轮的水平偏角且当机器人抓取星轮后向机器人发出调节星轮位置的智能视觉检测模块和根据装配工序控制机器人将星轮转移到预定位置的运动控制模块。所述推料块16上设有导向槽17；

所述步骤(4)中，在机械手臂抓取的同时，弹簧沿着弹簧上料导轨进行上料，滚柱从滚柱入口中的孔中落下，然后推料块把弹簧和滚柱推入转芯中，旋转第二电机旋转72°，重复上料动作5次，直到转芯槽被填满为止。

本实施例中，一个摄像头1用支架支撑在主体平台4上，主体平台4中间位置放置一个装配机构7，右侧放置一个装配后的半成品的储料盘3，主体平台4前部放置一个机器人5(例如六轴机器人)，机器人头部是一个星轮夹爪23。机械手臂与视觉检测智能控制器之间连接有机械手臂通讯线，摄像头1通过通讯线与视觉检测智能控制器相连。将单向器星轮随意地放在摄像头能照射到的区域下，经过视觉检测CCD进行动态扫描，将扫描得到的图像传输给视觉检测智能控制器，视觉检测智能控制器通过图像处理算法，得出星轮的水平偏角。计算机再通过机械手臂通讯线，将偏角数值传递给机器人，机器人通过手抓对星轮进行抓取，随后通过自动化程序将第六轴进行偏转摄像机检测到的星轮偏转角度，同时将星轮抓至装配机构2下对准弹簧滚柱的出口，完成好装配后，星轮夹爪将装配后的星轮放到储料盘中，

如图2，星轮以随意的位置放置在摄像头下，利用OPENCV视觉库，首先检测出星轮的圆心坐标然后检测出星轮内侧的齿形轮廓，提取出轮廓各个点的像素坐标再算出轮廓上的点和圆心坐标点的距离平方和，求出D的最小值D_min，并得到相应的轮廓上的像素坐标值那么将它们带入到公式得星轮偏转角γ，从而组成一组机器人可识别的坐标点h是单向器星轮的实际高度。

本实施例的装配装置包括一个主体平台4，在主体平台4的左侧架有摄像头1，摄像头下放置待装配的单向器星轮6，在工作平台4的中间有主体装配机构2，在工作平台的右放有储料器3，在工作平台的前方放置六轴机器人5。所述的主体装配机构有主装配体支架7，总体上分为三格。在最上部分有第二电机8，中间固定有偏心轮机构9，由电机带动。复位弹簧10放置在顶块11和支架之间。如图5，转芯15固定在主装配体支架的底层中，它通过电机8带动。在支架的底层前部固定有弹簧上料轨道14，底层上部固定有推料机构导轨。所述推料机构如图4，它由推料顶块16，曲柄连杆18，和驱动电机19组成。推料顶块上开有导向槽17。机械手夹爪23连接在六轴机器人的末端轴。

Claims (3)

1.一种基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法，其特征在于：实现该方法的装置包括主体平台，所述主体平台上安装装配机构，所述装配机构的下方为用以放置待装配单向器星轮的加工工位，所述主体平台上设置用以放置装配后的单向器星轮的储料盘，所述主体平台上安装用以进行视觉检测的摄像头，所述摄像头与视觉检测智能控制器连接，机器人包括用于抓取待装配单向器星轮和装配后的单向器星轮的星轮夹爪；所述装配方法包括如下步骤：

(1)待装配的单向器星轮以随意的位置放置在摄像头下，首先检测出所述星轮的圆心坐标然后检测出星轮内侧的齿形轮廓，提取出轮廓各个点的像素坐标再算出轮廓上的点和圆心坐标点的距离平方和，求出D的最小值D_min，并得到相应的轮廓上的像素坐标值那么将它们带入到公式得星轮偏转角γ，从而组成一组机器人可识别的坐标点h是单向器星轮的实际高度；

(2)星轮夹爪根据星轮位置坐标对星轮进行抓取；

(3)星轮夹爪抓取星轮之后根据检测的星轮偏转角γ，进行相应角度的偏转，使星轮旋转到设定的位置；

(4)星轮夹爪将星轮抓取到装配机构下方的加工工位，之后装配机构将弹簧和滚柱压到星轮中；

(5)完成装配动作，机械手臂将星轮放到储料盘中。

2.如权利要求1所述的一种基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法，其特征在于：所述装配机构包括转芯和顶块，所述转芯上开有与待装配单向器星轮相同的星轮槽，所述转芯的下方为所述加工工位，所述顶块位于所述转芯的正上方，所述顶块上设有与所述星轮槽形状匹配的顶杆；所述顶块位于隔板的下方，所述隔板固定在机架上，所述顶块的顶面与连接轴的下端连接，所述连接轴可上下滑动地穿过所述隔板，所述连接轴的上端与第一从动件连接，位于隔板上的连接轴上套装第一复位弹簧，所述第一从动件的上方靠接第一偏心轮，所述第一偏心轮的转轴与第一电机的输出轴连接；所述转芯安装在第一转轴的下端，所述第一转轴的上端与第二电机的输出轴联接，所述第一转轴穿过所述顶块和隔板；

所述步骤(3)中，设定位置是指：使星轮的槽与转芯的槽对齐；

所述步骤(4)中，第一电机带动偏心轮旋转，将顶块下推，将弹簧和滚珠推入到星轮的槽中。

3.如权利要求2所述的一种基于视觉检测的单向器星轮自动化装配方法，其特征在于：所述装配机构还包括上料组件，所述上料组件包括弹簧上料导轨、滚柱入口和曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括第三电机、第一连杆和第二连杆和推料块，所述第三电机的输出轴上安装第一连杆，所述第一连杆与所述第二连杆铰接，所述第二连杆与所述推料块铰接；所述转芯位于底板的转芯孔内，所述底板上开有与所述转芯孔连通的进料口，所述推料块位于所述进口料的入口处，所述弹簧上料导轨、滚柱入口分别与所述进料口的一侧相接；

所述步骤(4)中，在机械手臂抓取的同时，弹簧沿着弹簧上料导轨进行上料，滚柱从滚柱入口中的孔中落下，然后推料块把弹簧和滚柱推入转芯中，旋转第二电机旋转72°，重复上料动作5次，直到转芯槽被填满为止。