CN104398065B - 一种基于机器视觉的珍珠自动穿线装置 - Google Patents

Abstract

一种基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，具有机架，机架上安装有料斗，上料机构，装夹机构和穿线机构；上料机构由导料管和上料件组成装夹机构有夹具座，夹具座上设有进料轨道，出料轨道和装夹工位；装夹工位包括定位孔，夹具座上穿设有正交的第一摩擦棍和第二摩擦棍；夹具座有压紧气缸和压紧头，定位孔的侧壁有支撑球，滚珠、支撑球、第一摩擦棍和第二摩擦棍四点定位待穿线珍珠；第一摩擦棍和第二摩擦棍的转动使带动待穿线珍珠转动；穿线机构包括一对穿线机械手，传动机构和动力件，针，及识别机构；针的两端均为针尖；两个穿线机械手严格对中，穿线时两个穿线机械手相互靠近或相互远离、且交替地夹紧针。本发明具有能够实现珍珠自动化穿线的优点。

Description

一种基于机器视觉的珍珠自动穿线装置

技术领域

本发明涉及一种基于机器视觉的珍珠自动穿线装置。

技术背景

在项链、各类饰品和生肖动物的制作中大量而广泛的使用到了珍珠，通常，对于每粒珍珠都需要打一个孔，然后用线将珍珠穿起来形成项链、手链等饰品。

目前，通常是由珍珠打孔机对每颗珍珠进行打孔，打好孔的珍珠经过人工挑选，挑选出形状大小和圆度都满足要求的珍珠，再由人工将挑选好的珍珠用线串成珍珠项链，形成饰品。

现有的珍珠穿线工作都是由手工完成，不仅劳动强度大，人员成本高，而且随着人工作业时间加长，容易造成视觉疲劳，致使劳动效率低。

发明内容

为了克服目前珍珠穿线工作完全由人工完成，无法实现自动化穿线的缺点，本发明提供了一种能够实现自动化穿线的珍珠穿线装置。

一种基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，具有机架，机架上安装有料斗，上料机构，装夹机构和穿线机构；料斗安装于料斗支架上，料斗支架固定于机架上；

上料机构由将珍珠从料斗运送到装夹机构的导料管和每次仅允许一粒珍珠通过的上料件组成，上料件位于导料管上；

装夹机构具有承接导料管来料的夹具座，夹具座上设有进料轨道，出料轨道和装夹待穿线珍珠的装夹工位，出料轨道倾斜向下；装夹工位包括定位待穿线珍珠的定位孔，定位孔连通进料轨道和出料轨道，夹具座上穿设有正交设置的第一摩擦棍和第二摩擦棍，第一摩擦棍和第二摩擦棍均位于定位孔内，第一、第二摩擦棍分别与各自的摩擦棍电机连接，摩擦棍电机固定于夹具座上；夹具座上固定有压紧气缸和压紧头，压紧头上有能够自由滚动的滚珠，定位孔的侧壁设有能够自由滚动的支撑球，滚珠、支撑球、第一摩擦棍和第二摩擦棍四点定位待穿线珍珠；第一摩擦棍和第二摩擦棍的转动使带动待穿线珍珠转动；

穿线机构包括一对穿线机械手，驱动穿线机械手运动的传动机构和动力件，针，以及判断针是否与待穿线珍珠上的穿线孔共线的识别机构；针的两端均为针尖，针上具有供穿珠线通过的孔；两个穿线机械手严格对中，在穿线时，两个穿线机械手相互靠近或相互远离，两个穿线机械手交替地夹紧针。

珍珠上料前，压紧气缸做第一段行程，使压紧头向定位孔方向伸出到位于出料轨道之上，以阻止珍珠到达定位孔后直接经出料轨道出料。当珍珠到达定位孔后，压紧气缸做第二段行程，压紧头将珍珠压紧于定位孔，此时，珍珠与压紧头的滚珠，定位孔中的支撑球，第一摩擦棍和第二摩擦棍四点接触。摩擦棍电机分别带动各自的摩擦棍运动，从而使珍珠转动，直到珍珠到达正确的穿线位置为止。所谓正确的穿线位置，指的是珍珠上的穿线孔与针共线的位置。若无法找到珍珠正确的穿线位置，则压紧气缸复位，珍珠直接出料。

机械手位于夹具座之上的穿线机械手成为上穿线机械手，机械手位于夹具座之下的穿线机械手为下穿线机械手。以上穿线机械手和下穿线机械手之间为最大距离，且针夹持在下穿线机械手上时为初始状态。在穿线时，下穿线机械手向上运动，同时上穿线机械手向下运动，直到针穿入珍珠孔。当上穿线机械手和下穿线机械手之间的距离达到最小距离时，针的上部到达上穿线机械手中，上穿线机械手夹紧针，然后下穿线机械手松开针。接着，上穿线机械手带着针向上运动，下穿线机械手向下运动直到上穿线机械手和下穿线机械手的距离最大，此时针完全脱离珍珠。压紧气缸带动压紧头复位，珍珠出料，等待下一颗珍珠的穿线孔调整到与针共线。

进一步，识别机构为上摄像头和下摄像头，上摄像头主轴和下摄像头的主轴均与针共线；针夹在上穿线机械手时，下摄像头工作；针夹在下穿线机械手时，上摄像头工作；上、下摄像头判断珍珠到达正确的穿线位置的依据是：摄像头拍摄珍珠图像，当穿线孔位于所采集珍珠图像的中心时，则认为珍珠到达正确穿线位置。

进一步，传动机构由丝杠，与上穿线机械手固定连接的上传动螺母和与下穿线机械手固定连接的下传动螺母组成，上传动螺母和下传动螺母的螺纹的旋向相反，上、下穿线机械手分别通过各自的机械手安装座与传动螺母固定连接，上、下传动螺母分别与仅允许其沿丝杆轴向平动、限制周向转动的限位件连接；丝杆穿设于丝杆底座上，丝杆底座固定于机架上，丝杆底座上设有上限位开关和下限位开关，上传动螺母上固定有触发限位开关的触发件；触发件到达上限位开关时，上穿线机械手和下穿线机械手之间相向运动；触发件到达下限位开关时，上穿线机械手和下穿线机械手之间反向运动。机械手为气动抓手，气动抓手的夹持臂上设有与针配合的凹槽。

进一步，限位件包括架设于丝杆底座上的滑竿，传动螺母上设有与滑竿间隙配合的滑竿孔，滑竿与丝杆平行。滑竿与丝杆平行，从而限制了传动螺母的转动副。

进一步，上料件由珍珠分离杆和往复式电磁铁组成，珍珠分离杆穿设于导料管，往复式电磁铁固定于导料管上；珍珠分离杆与往复式电磁铁的输出端连接，珍珠分离杆往复式运动的周期恰好与一颗珍珠经过的时间匹配。往复式电磁铁带动珍珠分离杆直线往复运动，排列在导料管中的最下端珍珠在珍珠分离杆去程时向下滚落；当珍珠分离杆回程时，挡住后面一颗珍珠，使得每次有且仅有一颗珍珠从导料管进入进料轨道。

本发明的有益效果是：通过上料机构将珍珠分成单颗，珍珠沿着进料通道进入夹具座的定位孔，由两个摩擦棍、支撑球和夹紧气缸的压紧头完成对珍珠的支撑和装夹，然后两个相机中处于气动夹手松开那侧的相机采集珍珠图像，得到珍珠孔的位置，然后控制两个摩擦棍转动调整珍珠的姿态，使得珍珠孔竖直朝向，接着穿线机构完成对珍珠的穿线，穿线完成后，珍珠进入收集盒中。珍珠的装夹和穿线均由装置自动完成，只需要做一些穿线前的准备工作，大大减少了人员的劳动强度，降低了成本，也提高了珍珠穿线的效率。

附图说明

图1是本装置总体结构示意图。

图2是上料机构结构示意图。

图3是上料机构原理示意图。

图4是装夹机构结构示意图一。

图5是装夹机构结构示意图二。

图6是珍珠图像采集和姿态调整原理示意图。

图7是夹具座结构示意图。

图8是安装有支撑球的夹具座结构示意图。

图9是穿线机构结构示意图。

图10是气动抓手松开和夹紧针状态示意图，a是气动抓手松开的示意图，b是气动抓手夹紧针的示意图。

图11是珍珠装夹步骤示意图。

图12是珍珠姿态调整步骤示意图。

图13是珍珠穿线步骤示意图一。

图14是珍珠穿线步骤示意图二。

图15是珍珠穿线步骤示意图三。

图16是珍珠出料步骤示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，具有机架1，机架1上安装有料斗2，上料机构，装夹机构和穿线机构；料斗2安装于料斗支架21上，料斗支架21固定于机架1。

如图2和图3所示，上料机构由将珍珠A从料斗运送到装夹机构的导料管31和每次仅允许一粒珍珠A通过的上料件32组成，上料件32位于导料管31上。料斗2上安装有振动器22。振动器22开启，则料斗2中的珍珠进入导料管31中。

如图4-8所示，装夹机构具有承接导料管31来料的夹具座41，夹具座41上设有进料轨道41A，出料轨道41B和装夹待穿线珍珠A的装夹工位，出料轨道倾斜向下；装夹工位包括定位待穿线珍珠A的定位孔44，定位孔44连通进料轨道41A和出料轨道41B，夹具座41上穿设有正交设置的第一摩擦棍46和第二摩擦棍47，第一摩擦棍46和第二摩擦棍47均位于定位孔44内，第一、第二摩擦棍46、47分别与各自的摩擦棍电机46A、47A连接，摩擦棍电机固定于夹具座41上；夹具座41上固定有压紧气缸42和压紧头43，压紧头43上有能够自由滚动的滚珠43A，定位孔44的侧壁设有能够自由滚动的支撑球45，滚珠43A、支撑球45、第一摩擦棍46和第二摩擦棍47四点定位待穿线珍珠A；第一摩擦棍46和第二摩擦棍47的转动使带动待穿线珍珠A转动。

夹具座41上设置有一对正交的通孔，第一摩擦棍46穿过第一通孔，第二摩擦棍47穿过第二通孔，摩擦棍与其对应的通孔壁有间隙。摩擦棍伸出通孔，位于定位孔44内。摩擦棍露出夹具座的外露部与待穿线珍珠点接触。

如图9和10所示，穿线机构包括一对穿线机械手，驱动穿线机械手运动的传动机构和动力件，针5A，以及判断针5A是否与待穿线珍珠A上的穿线孔共线的识别机构；针5A的两端均为针5A尖，针5A上具有供穿珠线通过的孔；两个穿线机械手严格对中，在穿线时，两个穿线机械手相互靠近或相互远离，两个穿线机械手交替地夹紧针5A。

如图11所示，珍珠A上料前，压紧气缸42做第一段行程，使压紧头43向定位孔44方向伸出到位于出料轨道41B之上，以阻止珍珠A到达定位孔44后直接经出料轨道41B出料。当珍珠A到达定位孔44后，压紧气缸42做第二段行程，压紧头43将珍珠A压紧于定位孔44，此时，珍珠A与压紧头43的滚珠43A，定位孔44中的支撑球45，第一摩擦棍46和第二摩擦棍47四点接触。如图6所示，摩擦棍电机46A、47A分别带动各自的摩擦棍46、47运动，从而使珍珠A转动，直到珍珠A到达正确的穿线位置为止。所谓正确的穿线位置，指的是珍珠A上的孔与针5A共线的位置。若无法找到珍珠A正确的穿线位置，则压紧气缸42复位，珍珠A直接出料。

如图12-16所示，机械手位于夹具座41之上的穿线机械手成为上穿线机械手51，机械手位于夹具座41之下的穿线机械手为下穿线机械手52。以上穿线机械手51和下穿线机械手52之间为最大距离，且针5A夹持在下穿线机械手52上时为初始状态。在穿线时，下穿线机械手52向上运动，同时上穿线机械手51向下运动，直到针5A穿入珍珠A。当上穿线机械手51和下穿线机械手52之间的距离达到最小距离时，针5A的上部到达上穿线机械手51中，上穿线机械手51夹紧针5A，然后下穿线机械手52松开针5A。接着，上穿线机械手51带着针5A向上运动，下穿线机械手52向下运动直到上穿线机械手51和下穿线机械手52的距离最大，此时针5A完全脱离珍珠A。压紧气缸42带动压紧头43复位，珍珠A出料，等待下一颗珍珠A的穿线孔调整到与针5A共线。

识别机构为上摄像头53和下摄像头54，上摄像头53主轴和下摄像头54的主轴均与针5A共线；针5A夹在上穿线机械手51时，下摄像头54工作；针5A夹在下穿线机械手52时，上摄像头53工作；上、下摄像头54判断珍珠A到达正确的穿线位置的依据是：摄像头拍摄珍珠A图像，当穿线孔位于所采集珍珠A图像的中心时，则认为珍珠A到达正确穿线位置。

如图9所示，传动机构由丝杠61，与上穿线机械手51固定连接的上传动螺母62和与下穿线机械手52固定连接的下传动螺母组成，上传动螺母62和下传动螺母63的螺纹的旋向相反，上、下穿线机械手51、52分别通过各自的机械手安装座51A、52A与传动螺母62、63固定连接，上、下传动螺母63分别与仅允许其沿丝杆轴向平动、限制周向转动的限位件连接；丝杆61穿设于丝杆底座67上，丝杆61底座固定于机架1上，丝杆61底座上设有上限位开关64和下限位开关65，上传动螺母62上固定有触发限位开关的触发件66；触发件66到达上限位开关64时，上穿线机械手51和下穿线机械手52之间相向运动；触发件63到达下限位开关65时，上穿线机械手51和下穿线机械手52之间反向运动。机械手为气动抓手，气动抓手的夹持臂上设有与针5A配合的凹槽。丝杆61通过联轴器68与步进电机69连接，步进电机69带动丝杆61转动，从而驱动上传动螺母62和下传动螺母63相向或反向运动。

限位件包括架设于丝杆61底座上的滑竿610，传动螺母上设有与滑竿610间隙配合的滑竿610孔，滑竿610与丝杆61平行。滑竿610与丝杆61平行，从而限制了传动螺母的转动副。

上料件32由珍珠分离杆321和往复式电磁铁322组成，珍珠A分离杆穿设于导料管31，往复式电磁铁322固定于导料管31上；珍珠A分离杆与往复式电磁铁322的输出端连接，珍珠A分离杆往复式运动的周期恰好与一颗珍珠A经过的时间匹配。往复式电磁铁322带动珍珠A分离杆直线往复运动，排列在导料管31中的最下端珍珠A在珍珠A分离杆去程时向下滚落；当珍珠A分离杆回程时，挡住后面一颗珍珠A，使得每次有且仅有一颗珍珠A从导料管31进入进料轨道41A。

本发明运行的步骤如下：

（1）准备工作，工人将穿珠线穿过针5A的穿线孔中，并把穿珠线插入针5A的穿线孔的一端的线头打结，然后把针5A插入处于加紧状态的机械手的凹槽内，并将另一端线头系在拴线柱上，最后将待穿线的珍珠A放入料斗2中；

（2）珍珠A输送与上料，振动器22振动，料斗2中的珍珠A进入导料管31，往复式电磁铁322带动珍珠A分离杆来回运动将排列在导料管31内的珍珠A分离成单颗，从导料管31落出；

（3）珍珠A装夹，如图11所示，压紧气缸42做第一段行程，从导料管31落出的珍珠A经过轨道进入夹具座41的定位孔44，第一摩擦棍46、第二摩擦棍47、压紧头43和支撑球45支撑珍珠A，然后压紧气缸42继续向前伸长，由两个摩擦棍、压紧头43和支撑球45作用下完成对珍珠A的柔性装夹；

（4）珍珠A图像采集和姿态调整，两个相机中处于气动夹手松开那侧的相机采集珍珠A图像，对图像进行处理，得到珍珠孔的位置，然后控制两个摩擦棍转动调整珍珠A的姿态，使得珍珠上的穿线孔与针共线，若在图像中无法找到珍珠孔，则尝试改变珍珠A的姿态，继续采集珍珠A图像并处理，仍不能在图像中找到珍珠孔，以及不能将珍珠调整到正确的穿线位置，则压紧气缸复位，珍珠直接出料；

（5）珍珠A穿线，如图13、14和15所示，步进电机正向转动，上丝杆螺母62带动上端的机械手向下运动，下丝杆螺母63带动下端的机械手向上运动，当上丝杆螺母62上的触发件66接触到下限位开关65的时候，步进电机停止运动，首先之前松开的机械手夹紧，然后之前夹紧的机械手松开，接着步进电机反向转动，夹紧的机械手将针5A从珍珠A中拉出，当上丝杆螺母62上的触发件66接触到上限位开关64的时候，步进电机69停止运动，完成珍珠A的穿线；

（6）珍珠A出料，如图16所示，压紧气缸42向后收缩至最小行程位置，珍珠A沿着滚道从夹具座41掉下，顺着穿珠线掉落至收集盒，完成珍珠A出料。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，其特征在于：具有机架，机架上安装有料斗，上料机构，装夹机构和穿线机构；料斗安装于料斗支架上，料斗支架固定于机架上；

上料机构由将珍珠从料斗运送到装夹机构的导料管和每次仅允许一粒珍珠通过的上料件组成，上料件位于导料管上；

装夹机构具有承接导料管来料的夹具座，夹具座上设有进料轨道、出料轨道和装夹待穿线珍珠的装夹工位，出料轨道倾斜向下；装夹工位包括定位待穿线珍珠的定位孔，定位孔连通进料轨道和出料轨道，夹具座上穿设有正交设置的第一摩擦棍和第二摩擦棍，第一摩擦棍和第二摩擦棍均位于定位孔内，第一摩擦棍和第二摩擦棍分别与各自的摩擦棍电机连接，摩擦棍电机固定于夹具座上；夹具座上固定有压紧气缸和压紧头，压紧头上有能够自由滚动的滚珠，定位孔的侧壁设有能够自由滚动的支撑球，滚珠、支撑球、第一摩擦棍和第二摩擦棍四点定位待穿线珍珠；第一摩擦棍和第二摩擦棍的转动带动待穿线珍珠转动；

穿线机构包括两个穿线机械手、驱动穿线机械手运动的传动机构和动力件、针、以及判断针是否与待穿线珍珠上的穿线孔共线的识别机构；针的两端均为针尖，针上具有供穿珠线通过的孔；两个穿线机械手严格对中，在穿线时，两个穿线机械手相互靠近和相互远离，两个穿线机械手交替地夹紧针；

识别机构为上摄像头和下摄像头，上摄像头主轴和下摄像头的主轴均与针共线；针夹在上穿线机械手时，下摄像头工作；针夹在下穿线机械手时，上摄像头工作；上摄像头和下摄像头判断珍珠到达正确的穿线位置的依据是：摄像头拍摄珍珠图像，当穿线孔位于所采集珍珠图像的中心时，则认为珍珠到达正确穿线位置。

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，其特征在于：传动机构由丝杠、与上穿线机械手固定连接的上传动螺母和与下穿线机械手固定连接的下传动螺母组成，上传动螺母和下传动螺母的螺纹的旋向相反，上穿线机械手和下穿线机械手分别通过各自的机械手安装座与上传动螺母和下传动螺母固定连接，上传动螺母和下传动螺母分别与仅允许其沿丝杠轴向平动、限制周向转动的限位件连接；丝杠穿设于丝杠底座上，丝杠底座固定于机架上，丝杠底座上设有上限位开关和下限位开关，上传动螺母上固定有触发上限位开关或下限位开关的触发件；触发件到达上限位开关时，上穿线机械手和下穿线机械手之间相向运动；触发件到达下限位开关时，上穿线机械手和下穿线机械手之间反向运动。

3.如权利要求2所述的基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，其特征在于：穿线机械手为气动抓手，气动抓手的夹持臂上设有与针配合的凹槽。

4.如权利要求3所述的基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，其特征在于：限位件包括架设于丝杠底座上的滑竿，上传动螺母和下传动螺母上均设有与滑竿间隙配合的滑竿孔，滑竿与丝杠平行。

5.如权利要求4所述的基于机器视觉的珍珠自动穿线装置，其特征在于：上料件由珍珠分离杆和往复式电磁铁组成，珍珠分离杆穿设于导料管，往复式电磁铁固定于导料管上；珍珠分离杆与往复式电磁铁的输出端连接，珍珠分离杆往复式运动的周期恰好与一颗珍珠经过的时间匹配。