CN108305553A - 一种基于视觉装配的教学实验装置 - Google Patents

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杨龙兴
杨成
郭大伟
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Abstract

本发明公开一种基于视觉装配的教学实验装置，属于教学与视觉检测技术领域。它包括电控部分、装有VS2010软件的上位机、四轴机器人、工作台、传送装置和机器视觉引导抓取装置。本发明通过机器视觉的引导来抓取零件，进行零部件的装配，从而保证100％的检验合格率，即零缺陷。

Description

一种基于视觉装配的教学实验装置
技术领域
本发明属于教学与视觉检测技术领域，尤其是一种基于视觉装配的教学实验装置。
背景技术
在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检查、测量和零件识别应用，尤其是连续大批量生产、对外观的质量要求非常高的产品。通常这种带有高度重复性和智能性的工作是由肉眼来完成的，但在某些特殊情况下，如对微小尺寸的精确快速测量、形状匹配以及颜色辨识等，依靠肉眼根本无法连续稳定地进行，其它物理量传感器也难以胜任。随着行业竞争的加剧，企业对产品质量的控制已经不允许仅0.1％的缺陷存在，需要保证100％的检验合格率(即“零缺陷”)来保障业绩的持续稳定增长。因此，人们开始考虑用CCD相机抓取图像后送入计算机或专用的图像处理模块，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息来进行尺寸、形状、颜色等的判别。
随着各行业市场发展的需求，为了更好的立足市场，提升企业竞争力，越来越多的企业注重高新技术的不断引进。在工业自动化日益进取的今天，机器视觉技术的行业应用也越来越广泛，越来越受到用户的认可与青睐。
发明内容
为解决由肉眼来完成带有高度重复性和智能性的工作，不能保证零缺陷的问题，本发明提供一种基于视觉装配的教学实验装置，通过机器视觉的引导来抓取零件，从而进行零部件的装配。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于视觉装配的教学实验装置，它包括电控部分、装有VS2010软件的上位机、四轴机器人、工作台、传送装置和机器视觉引导抓取装置，上位机下发脉冲数和方向给电控部分中的PLC，PLC发送脉冲数和方向给传送装置中的电机，电机驱动滑台运动，并通过上位机下发滑台的最终坐标给四轴机器人，四轴机器人根据滑台的最终坐标运动到相应位置，机器视觉引导抓取装置中的CCD相机抓拍滑台上的待装配零件图像，与预处理图像比对，并反馈角度差值给上位机，上位机将角度差值下发给四轴机器人，四轴机器人根据角度差值进行旋转，通过机器视觉引导抓取装置的吸盘吸附待转移零件至相应位置，使待装配零件之间在垂直平面保持配合状态，并通过机器视觉引导抓取装置中的气缸下压完成装配。
进一步地，机器视觉引导抓取装置中的CCD相机未抓拍到待装配零件图像，上位机下发未放置待装配零件信息给电控部分中的PLC，PLC发送控制信息给工作台中的三色灯，三色灯开始预警。
进一步地，工作台的内部安装有电控部分，工作台的台面上安装有四轴机器人、三色灯和传送装置，四轴机器人的下方安装有机器视觉引导抓取装置。
进一步地，上位机通过VS2010软件内的通讯程序与电控部分中的PLC、四轴机器人和机器视觉引导抓取装置的CCD相机进行通讯，电控部分中的PLC与传送装置中的电机和工作台中的三色灯进行通讯。
进一步地，四轴机器人包括机器人本体和示教器，机器人本体沿1轴水平面旋转，沿2轴垂直平面旋转，沿3轴垂直平面上下运动，沿4轴水平面旋转。
进一步地，传送装置由两个相互垂直的独立模组组成，两个独立模组均包括滑轨和带有凹槽的滑台，滑台在电机的驱动下沿着滑轨前后移动，滑轨一侧的前后两端均安装有霍尔开关，霍尔开关与电机相连并控制电机的启停。
进一步地，机器视觉引导抓取装置通过固定环固定于四轴机器人的下方，机器视觉引导抓取装置包括CCD相机、吸盘和气缸。
有益效果：
1.本发明通过机器视觉的引导来抓取零件，进行零部件的装配，从而保证100％的检验合格率，即零缺陷。
2.本发明结合机器视觉和机器人，以简易的操作流程，让学生不仅可以学习到书本的理论知识，更可以让学生通过对实验装置的使用和了解，让学生更好的体会机器视觉的优越性，直观感受到现代科学技术的成果和发展趋势，为中国的智能制造培养优质的人才。
附图说明
图1是本发明一实施例的实验装置结构示意图；
图2是本发明一实施例的电控部分结构示意图；
图3是本发明一实施例的机器人本体沿四轴运动示意图；
图4是本发明一实施例的传送装置结构示意图；
图5是本发明一实施例的机器视觉引导抓取装置结构示意图；
图6是本发明一实施例的装配后的卡盘剖面图；
图中：1-电控部分、2-上位机、3-四轴机器人、4-工作台、5-传送装置、6-机器视觉引导抓取装置、7-固定环、8-卡盘上部分、9-卡盘下部分、11-PLC、12-排线槽、13-空气开关、14滤波器、15-24V移动电源、16-5V移动电源、17-运动控制卡、18-接线端子、19-继电器、21-显示屏、22-主机、31机器人本体、32-示教器、41-三色灯、42-开关按钮、43-通风口、51-第一模组、52-第二模组、61-CCD相机、62-吸盘、63-气缸、64-电池阀、65-弹簧、511-第一滑轨、512-第一滑台、523-第一电机、514-第一霍尔开关、515-第二霍尔开关、521-第二滑轨、522-第二滑台、523-第二电机、524-第三霍尔开关、525-第四霍尔开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本实施例提出一种基于视觉装配的教学实验装置，如图1所示，它包括电控部分1、装有VS2010软件的上位机2、四轴机器人3、工作台4、传送装置5和机器视觉引导抓取装置6，工作台4的内部安装有电控部分1，工作台4的台面上安装有四轴机器人3和传送装置5，四轴机器人3的下方安装有机器视觉引导抓取装置6。
如图2所示，电控部分1包括PLC 11、排线槽12、空气开关13、滤波器14、24V移动电源15、5V移动电源16、运动控制卡17、接线端子18和继电器19，PLC 11通过VS2010软件内的通讯程序与上位机2进行通讯。
如图1所示，上位机2包括显示屏21、主机22和输入设备，上位机2的主机22内安装有VS2010软件，打开VS2010软件，用VB编写通讯程序，显示屏21安装在工作台4的台面，主机22安装在工作台4的内部。
如图1所示，四轴机器人3包括机器人本体31和示教器32，机器人本体31安装在工作台4的台面，示教器32安装在工作台4的侧面；如图3所示，机器人本体31沿1轴水平面旋转，2轴垂直平面旋转，3轴垂直平面上下运动，4轴水平面旋转运动，四轴机器人3的主机通过VS2010软件内的通讯程序与上位机2进行通讯。
如图1所示，工作台4包括三色灯41、开关按钮42和通风口43，工作台4的台面上安装有三色灯41，三色灯41与电控部分1中的PLC11进行通讯，工作台4的侧面安装有开关按钮42和通风口43。
如图4所示，传送装置5由相互垂直的第一模组51和第二模组52组成，第一模组51包括第一滑轨511和第一滑台512，第一滑台512的凹槽内放置有卡盘上部分8，第一滑台512在第一电机513的驱动下沿着第一滑轨511前后移动，第一滑轨511一侧的前后两端均安装有第一霍尔开关514和第二霍尔开关515，第一霍尔开关514和第二霍尔开关515均与第一电机513相连并控制第一电机513的启停；第二模组52包括第二滑轨521和第二滑台522，第二滑台522的凹槽内放置有卡盘下部分9，第二滑台522在第二电机523的驱动下沿着第二滑轨521前后移动，第二滑轨521一侧的前后两端均安装有第三霍尔开关524和第四霍尔开关525，第三霍尔开关524和第四霍尔开关525均与第二电机523相连并控制第二电机523的启停，第一电机513和第二电机523与电控部分1中的PLC进行通讯。
如图5所示，机器视觉引导抓取装置6通过固定环7固定于四轴机器人3的下方，机器视觉引导抓取装置6包括CCD相机61、吸盘62、气缸63、电池阀64和弹簧65，电池阀64与吸盘62之间安装有弹簧65，CCD相机61通过VS2010软件内的通讯程序与上位机2进行通讯。
本发明的工作步骤如下：
步骤1：启动电器柜主电源，将PLC 11的开关拨至打开状态，启动四轴机器人3的示教器32，打开VS2010软件，运行通讯程序，同时保证CCD相机61和上位机2稳定通讯。
步骤2：按下开关按钮42，两个模组51、52复位，即第一滑台512靠近第一霍尔开关514停止，第二滑台522靠近第四霍尔开关525停止。
步骤3：人工把卡盘下部分9放置在第二滑台522的凹槽内，把卡盘上部分8放置在第一滑台512的凹槽内，上位机2下载程序给四轴机器人3，同时下发脉冲数和方向给PLC11。
步骤4：PLC 11发送定量脉冲数和方向给两个电机513、523，两个电机513、523开始运动，同时两个电机513、523分别驱动第一滑台512和第二滑台522运动，当第一滑台512靠近第二霍尔开关515时停止，第二滑台522靠近第三霍尔开关524时停止。
步骤5：当第一滑台512靠近第二霍尔开关515时，四轴机器人3运动到第二霍尔开关515上方，CCD相机61开始抓拍卡盘上部分8图像，然后与预处理图像相比对，然后反馈角度差反馈给上位机2，上位机2再把角度差值下发给四轴机器人3，然后四轴机器人3调整抓取角度，然后机器视觉引导抓取装置6通过吸盘62把卡盘上部分8吸附到第三霍尔开关524的上方。
步骤6：CCD相机61抓拍卡盘下部分9图像，通过与预处理图像相比对得到修正角度，然后反馈给上位机2，上位机2再下发修正角度给四轴机器人3，四轴机器人3再根据修正角度进行旋转，修正之后，卡盘上部分8和卡盘下部分9在垂直平面保持配合状态，然后四轴机器人3把卡盘上部分8放在卡盘下部分9上，然后四轴机器人3旋转180度，通过气缸63把卡盘上部分8下压一定行程，即卡盘上部分8和卡盘下部分9完成配合所需的距离。在装配过程中，若CCD相机61未抓拍到卡盘图像，则说明未放置卡盘零件，则三色灯41开始预警，同时两个电机513、523及四轴机器人3开始复位。
步骤7：机器视觉引导抓取装置6通过吸盘62把装配后的零件如图6所示，移至下一工位，同时两个电机513、523开始复位。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种基于视觉装配的教学实验装置，其特征在于：它包括电控部分(1)、装有VS2010软件的上位机(2)、四轴机器人(3)、工作台(4)、传送装置(5)和机器视觉引导抓取装置(6)，上位机(2)下发脉冲数和方向给电控部分(1)中的PLC(11)，PLC(11)发送脉冲数和方向给传送装置(5)中的电机，电机驱动滑台运动，并通过上位机(2)下发滑台的最终坐标给四轴机器人(3)，四轴机器人(3)根据滑台的最终坐标运动到相应位置，机器视觉引导抓取装置(6)中的CCD相机(61)抓拍滑台上的待装配零件图像，与预处理图像比对，并反馈角度差值给上位机(2)，上位机(2)将角度差值下发给四轴机器人(3)，四轴机器人(3)根据角度差值进行旋转，通过机器视觉引导抓取装置(6)的吸盘(62)吸附待转移零件至相应位置，使待装配零件之间在垂直平面保持配合状态，并通过机器视觉引导抓取装置(6)中的气缸(63)下压完成装配。
2.根据权利要求1所述的基于视觉装配的教学实验装置，其特征在于：所述机器视觉引导抓取装置(6)中的CCD相机(61)未抓拍到待装配零件图像，上位机(2)下发未放置待装配零件信息给电控部分(1)中的PLC(11)，PLC(11)发送控制信息给工作台(4)中的三色灯(41)，三色灯(41)开始预警。
3.根据权利要求1或2所述的基于视觉装配的教学实验装置，其特征在于：所述工作台(4)的内部安装有电控部分(1)，工作台(4)的台面上安装有四轴机器人(3)、三色灯(41)和传送装置(5)，四轴机器人(3)的下方安装有机器视觉引导抓取装置(6)。
4.根据权利要求1或2所述的基于视觉装配的教学实验装置，其特征在于：所述上位机(2)通过VS2010软件内的通讯程序与电控部分(1)中的PLC、四轴机器人(3)和机器视觉引导抓取装置(6)的CCD相机(61)进行通讯，电控部分(1)中的PLC(11)与传送装置(5)中的电机和工作台(4)中的三色灯(41)进行通讯。
5.根据权利要求1或2所述的基于视觉装配的教学实验装置，其特征在于：所述四轴机器人(3)包括机器人本体(31)和示教器(32)，机器人本体(31)沿1轴水平面旋转，沿2轴垂直平面旋转，沿3轴垂直平面上下运动，沿4轴水平面旋转。
6.根据权利要求1或2所述的基于视觉装配的教学实验装置，其特征在于：所述传送装置(5)由两个相互垂直的独立模组组成，两个独立模组均包括滑轨和带有凹槽的滑台，滑台在电机的驱动下沿着滑轨前后移动，滑轨一侧的前后两端均安装有霍尔开关，霍尔开关与电机相连并控制电机的启停。
7.根据权利要求1或2所述的基于视觉装配的教学实验装置，其特征在于：所述机器视觉引导抓取装置(6)通过固定环(7)固定于四轴机器人(3)的下方，机器视觉引导抓取装置(6)包括CCD相机(61)、吸盘(62)和气缸(63)。
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