CN104924064B - 一种基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法及其装置，所述方法包括中央控制器通过网卡控制工业相机、通过运动控制卡采集限位传感器信号并控制四个伺服电机驱动器，其中三个电机用于三轴位置移动，第四个电机用于驱动螺丝刀旋转。本发明通过三轴电机携带工业相机移动至目标螺丝附近，光源打开、拍照、采用图象识别方法识别螺钉中心位置，输出中心位置二维坐标，三轴电机控制螺丝刀装置移动至螺钉中心，通过扭矩控制方式的伺服电机驱动螺丝刀旋转，同时Z轴电机同步配合后退，旋开螺钉。本发明定位准确，操作简便，拆卸效率高，可应用于多种产品的螺钉自动拆卸工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动拆卸螺钉方法及其装置，具体涉及一种定位准确、操作简便、拆卸效率高、可应用于多种产品的螺钉自动拆卸的基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法及其装置。
背景技术
随着家电等行业的发展，数量巨大的电子废弃物面临着如何妥善处置的问题。在拆解家电类电子产品的过程中，固定螺钉的拆卸是其中的关键问题，目前我国电子废弃物元器件拆解业的目前主要靠人工拆解来实现。人工拆解存在的突出问题是效率低下，人工成本费用逐年上升。且拆解过程中的粉尘、噪声等因素会对环境和操作人员造成危害，意外的误操作会造成操作人员的工伤事故。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种定位准确、操作简便、拆卸效率高、可应用于多种产品的螺钉自动拆卸的基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法及其装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法，所述基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法包括中央控制器通过网卡控制工业相机、通过运动控制卡采集限位传感器信号并控制四个伺服电机驱动器，其中三个伺服电机用于三轴位置移动，第四个伺服电机用于驱动螺丝刀旋转。
在本发明的一个具体实施例子中，所述方法包括如下步骤：
(1)系统复位，系统自检；
(2)X、Y轴伺服电机驱动直线模组将工业相机移动至目标区域；
(3)工业相机工作，图像通过网口通信方式传入中央控制器；
(4)通过图像识别算法识别螺钉中心位置，计算螺钉中心位置二维空间坐标；
(5)根据二维空间坐标和螺丝刀与图像中心的相对位置计算伺服电机移动距离和方向；
(6)控制X、Y轴伺服电机驱动器驱动伺服电机运动螺丝刀到达螺钉中心位置；
(7)控制Z轴伺服电机向Z方向运动距离L到达螺钉中心位置；
(8)根据设定的扭矩限制值控制螺丝刀旋转，Z轴伺服电机同步退出，同时根据伺服驱动器输出端检测伺服电机扭矩限制状态，如检测到伺服电机扭矩限制中状态，则转步骤(9)，如在扭矩非限制状态，则转步骤(10)；
(9)系统报警；
(10)所有螺钉是否全部拆卸完成，是则转步骤(11)，否则根据螺钉间距，转步骤(2)；
(11)结束。
一种基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉装置，所述装置包括：中央控制器、运动控制卡、工业相机、伺服电机、电机驱动器、直线模组、限位开关、螺丝刀、联轴器、连接片、两个定位挡块；
中央控制器与运动控制卡电连接；运动控制卡与限位开关电连接；
伺服电机包括四组：分别为X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机和驱动与螺丝刀连接的伺服电机；
伺服电机驱动器包括四组：分别为X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器、Z轴伺服电机驱动器和驱动与螺丝刀连接的伺服电机的伺服电机驱动器；
X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机；X轴伺服电机与X轴直线模组电连接；
Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机；Y轴伺服电机与Y轴直线模组电连接；
Z轴伺服电机驱动器驱动Z轴伺服电机；Z轴伺服电机与Z轴直线模组电连接。
X轴直线模组上连接有Y轴直线模组，Y轴直线模组上连接有Z轴直线模组，Z轴直线模组上连接有连接片，螺丝刀、联轴器、伺服电机、环形光源、工业相机均固定在连接片上；
两个定位挡块将待拆卸螺钉的产品固定。
在本发明的一个具体实施例子中，所述螺丝刀驱动旋转采用伺服电机扭矩控制方式，在驱动螺丝刀旋转同时根据扭矩值判断螺钉拧开状态。
在本发明的一个具体实施例子中，所述螺丝刀与带动螺丝刀运行的伺服电机之间装有联轴器，联轴器内置弹簧，通过弹簧压力使螺丝刀头在旋转过程中自动嵌入螺钉十字槽中。
在本发明的一个具体实施例子中，所述连接片固定于Z轴直线模组上。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法及其装置具有以下优点：本发明通过三轴伺服电机携带工业相机移动至目标螺丝附近，光源打开、拍照、采用图象识别方法识别螺钉中心位置，输出中心位置二维坐标，三轴伺服电机控制螺丝刀装置移动至螺钉中心，通过扭矩控制方式的伺服电机驱动螺丝刀旋转，同时Z轴伺服电机同步配合后退，旋开螺钉。本发明定位准确，操作简便，拆卸效率高，可应用于多种产品的螺钉自动拆卸工作。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图。
图2为本发明的位置结构框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
图1为本发明的整体结构示意图。如图1所示，本发明公开了一种基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法和装置，方法包括中央控制器通过网卡控制工业相机、通过运动控制卡采集限位传感器信号并控制四个伺服电机驱动器，其中三个伺服电机用于三轴位置移动，第四个伺服电机用于驱动螺丝刀旋转。
具体方法包括如下步骤：
(1)系统复位，系统自检；
(2)X、Y轴伺服电机驱动直线模组将工业相机移动至目标区域；
(3)工业相机工作，图像通过网口通信方式传入中央控制器；
(4)通过图像识别算法识别螺钉中心位置，计算螺钉中心位置二维空间坐标1；
(5)根据坐标1和螺丝刀与图像中心的相对位置计算伺服电机移动距离和方向；
(6)控制X、Y轴伺服电机驱动器驱动伺服电机运动螺丝刀到达螺钉中心位置；
(7)控制Z轴伺服电机向Z方向运动距离L到达螺钉中心位置；
(8)根据设定的扭矩限制值控制螺丝刀旋转，Z轴伺服电机同步退出(退出速度V1＝螺钉螺距S*螺丝刀旋转伺服电机速度V2)，同时根据伺服驱动器输出端检测伺服电机扭矩限制状态，如检测到伺服电机扭矩限制中状态，则转步骤(9)，如在扭矩非限制状态，则转步骤(10)；
(9)系统报警，报警信息：“螺钉无法拆卸！请检查螺钉！”
(10)所有螺钉是否全部拆卸完成，是则转步骤(11)，否则根据螺钉间距(固定参数)，转步骤(2)；
(11)结束。
本发明的装置包括：中央控制器、运动控制卡、工业相机、伺服电机、电机驱动器、直线模组、限位开关、螺丝刀、联轴器、连接片、两个定位挡块；
中央控制器与运动控制卡电连接；运动控制卡与限位开关电连接；
伺服电机包括四组：分别为X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机和驱动与螺丝刀连接的伺服电机；
伺服电机驱动器包括四组：分别为X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器、Z轴伺服电机驱动器和驱动与螺丝刀连接的伺服电机的电机驱动器；
X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机；X轴伺服电机与X轴直线模组电连接；
Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机；Y轴伺服电机与Y轴直线模组电连接；
Z轴伺服电机驱动器驱动Z轴伺服电机；Z轴伺服电机与Z轴直线模组电连接。
X轴直线模组上连接有Y轴直线模组，Y轴直线模组上连接有Z轴直线模组，Z轴直线模组上连接有连接片，螺丝刀、联轴器、伺服电机、环形光源、工业相机均固定在连接片上；
两个定位挡块将待拆卸螺钉的产品固定。
螺丝刀驱动旋转采用伺服电机扭矩控制方式，在驱动螺丝刀旋转同时根据扭矩值判断螺钉拧开状态。
螺丝刀与带动螺丝刀运行的伺服电机之间装有联轴器，联轴器内置弹簧，通过弹簧压力使螺丝刀头在旋转过程中自动嵌入螺钉十字槽中。
图2为本发明的位置结构框图。如图2所示：在本发明中，螺钉1、定位挡块2、螺丝刀3、联轴器4、伺服电机5、环形光源6、工业相机7、Z轴直线模组8、Y轴直线模组9、X轴直线模组10、连接片11。X轴直线模组10上连接有Y轴直线模组9，Y轴直线模组9上连接有Z轴直线模组8，Z轴直线模组8上连接有连接片11，螺丝刀3、联轴器4、伺服电机5、环形光源6、工业相机7均固定在连接片11上，两个定位挡块2将待拆卸螺钉的产品固定。连接片11固定于Z轴直线模组8上。
两个定位挡块2将待拆卸螺钉的产品固定，联轴器4一般选为带弹簧的联轴器。
系统工作时通过三轴伺服电机携带工业相机移动至目标螺丝附近，光源打开、拍照、采用图象识别方法识别螺钉中心位置，输出中心位置二维坐标，三轴伺服电机控制螺丝刀装置移动至螺钉中心，通过扭矩控制方式的伺服电机驱动螺丝刀旋转，同时Z轴电机同步配合后退，旋开螺钉。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法，其特征在于：所述基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉方法包括中央控制器通过网卡控制工业相机、通过运动控制卡采集限位传感器信号并控制四个伺服电机驱动器，其中三个伺服电机用于三轴位置移动，第四个伺服电机用于驱动螺丝刀旋转；所述方法包括如下步骤：
(1)系统复位，系统自检；
(2)X、Y轴伺服电机驱动直线模组将工业相机移动至目标区域；
(3)工业相机工作，图像通过网口通信方式传入中央控制器；
(4)通过图像识别算法识别螺钉中心位置，计算螺钉中心位置二维空间坐标；
(5)根据二维空间坐标和螺丝刀与图像中心的相对位置计算伺服电机移动距离和方向；
(6)控制X、Y轴伺服电机驱动器驱动伺服电机运动螺丝刀到达螺钉中心位置；
(7)控制Z轴伺服电机向Z方向运动距离L到达螺钉中心位置；
(8)根据设定的扭矩限制值控制螺丝刀旋转，Z轴伺服电机同步退出，同时根据伺服驱动器输出端检测伺服电机扭矩限制状态，如检测到伺服电机扭矩限制中状态，则转步骤(9)，如在扭矩非限制状态，则转步骤(10)；
(9)系统报警；
(10)所有螺钉是否全部拆卸完成，是则转步骤(11)，否则根据螺钉间距，转步骤(2)；
(11)结束。
2.一种基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉装置，其特征在于：所述装置包括：中央控制器、运动控制卡、工业相机、伺服电机、伺服电机驱动器、直线模组、限位开关、螺丝刀、联轴器、连接片、两个定位挡块；
中央控制器与运动控制卡电连接；运动控制卡与限位开关电连接；
伺服电机包括四组：分别为X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机和与螺丝刀连接的伺服电机；
伺服电机驱动器包括四组：分别为X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器、Z轴伺服电机驱动器和与螺丝刀连接的伺服电机的伺服电机驱动器；
X轴伺服电机驱动器驱动X轴伺服电机；X轴伺服电机与X轴直线模组电连接；
Y轴伺服电机驱动器驱动Y轴伺服电机；Y轴伺服电机与Y轴直线模组电连接；
Z轴伺服电机驱动器驱动Z轴伺服电机；Z轴伺服电机与Z轴直线模组电连接；
X轴直线模组上连接有Y轴直线模组，Y轴直线模组上连接有Z轴直线模组，Z轴直线模组上连接有连接片，螺丝刀、联轴器、伺服电机、环形光源、工业相机均固定在连接片上；
两个定位挡块将待拆卸螺钉的产品固定；所述螺丝刀驱动旋转采用伺服电机扭矩控制方式，在驱动螺丝刀旋转同时根据扭矩值判断螺钉拧开状态。
3.根据权利要求2所述的基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉装置，其特征在于：所述螺丝刀与带动螺丝刀运行的伺服电机之间装有联轴器，联轴器内置弹簧，通过弹簧压力使螺丝刀头在旋转过程中自动嵌入螺钉十字槽中。
4.根据权利要求2所述的基于视觉定位和扭矩控制的自动拆卸螺钉装置，其特征在于：所述连接片固定于Z轴直线模组上。
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