CN108861531B - 一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内冷却油道活塞的浇铸生产领域，具体涉及一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，包括机器人、柔性取放手爪、完整度检测视觉系统、定位识别视觉系统；本发明提供了一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，将所述三爪气缸强硬的夹持力转变为所述夹紧弹簧轻柔的夹持力，避免夹持时对强度和韧性较低容易破碎的盐芯造成损坏；利用所述的限位块限制所述手指偏心，在许用公差范围内保证定位精度；通过所述的完整度检测视觉系统判断盐芯的完整度；通过所述的定位识别视觉系统和所述的伺服电机调整精确调整盐芯的角度；同时通过调整所述的行程调节螺母，可以兼容多种规格尺寸的盐芯，具有更宽的适用范围。

Description

一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统

技术领域

本发明涉及内冷却油道活塞的浇铸生产领域，具体涉及一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统。

背景技术

随着汽车发动机技术的发展，对活塞散热效率的要求越来越高，使得内冷却油道活塞得到了更广泛的应用。其中水溶性盐芯因为具有良好的溃散性，易于脱芯的优点，是内冷却油道活塞铸造时的主要型芯材料。目前，活塞浇铸过程中，尤其是对一模两腔浇铸机，盐芯主要靠工人手工插入到定位顶针上，工作效率低；且盐芯易裂易碎，人工操作稳定性差，容易导致盐芯受力不均匀而破损。另外，由于盐芯浇铸前要预热到700℃，人工操作有着极大的安全隐患。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明目的在于克服现有技术中人工放置盐芯存在的效率低、易损坏、安全性低等问题，而提供一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统。该系统能够同时轻柔的抓取两组任意放置的盐芯，既保证盐芯的完整度，又提高工作效率；能够分别精确地调整两组盐芯的坐标及角度，同时准确插入到模具中的定位顶针上。另外，该系统可以适应多种规格尺寸的盐芯，具有广泛地适用性。

(二)技术方案

一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，包括机器人、柔性取放手爪、完整度检测视觉系统、定位识别视觉系统；所述柔性取放手爪包括连接法兰、回转组件、夹持组件、下压组件；所述回转组件包括伺服电机、圆锥滚子轴承、轴承基座、驱动轴、转盘；所述回转组件通过轴承基座对称安装在连接法兰上；所述伺服电机的输出轴与驱动轴平键连接；所述驱动轴与圆锥滚子轴承内径过盈配合；所述圆锥滚子轴承外径与轴承基座过渡配合；所述伺服电机固定在轴承基座上；所述转盘与驱动轴平键连接；所述夹持组件固定在回转组件的转盘上；所述下压组件安装在夹持组件的中心杆上；所述柔性取放手爪通过连接法兰固定到机器人末端；所述完整度检测视觉系统包括检测相机、检测镜头、检测光源、检测相机支架；所述检测相机固定在检测相机支架上；所述检测镜头安装在检测相机上；所述检测光源固定在检测相机支架上；所述完整度检测视觉系统通过检测相机支架安装到连接法兰上；所述定位识别视觉系统包括定位相机、定位镜头、定位光源、定位相机支架；所述定位相机固定在定位相机支架上；所述定位镜头安装在定位相机上；所述定位光源固定在定位相机支架上；所述定位识别视觉系统布置在机器人运动路径上。

优选的，所述夹持组件包括三爪气缸、导轨安装板、微型滑轨、微型滑块、滑轨挡块、弹簧杆、U形挡片、行程调节螺母、夹紧弹簧、手指、中心杆、限位环、限位环安装座；所述下压组件包括下压预紧螺母、下压弹簧、下压板安装座、下压板、环形挡片；所述中心杆穿过三爪气缸的中心孔；所述导轨安装板固定在三爪气缸上；所述微型滑轨安装在导轨安装板上；所述微型滑块在微型滑轨上滑动配合；所述滑轨挡块固定在微型滑轨两端；所述手指与微型滑块固定连接；所述弹簧杆两端分别连接滑轨挡块；所述U形挡片、行程调节螺母、夹紧弹簧、手指依次穿过弹簧杆；所述U形挡片与手指固定连接；所述限位环、限位环安装座、下压预紧螺母、下压弹簧、下压板安装座、下压板依次穿入中心杆；所述环形挡片通过螺栓固定在中心杆末端。

优选的，所述三爪气缸为大行程三爪空心气缸，中心孔与三爪同心；所述三爪气缸通过气管连接到空压机上。

优选的，所述柔性取放手爪中两组回转组件中心距与一模两腔浇铸机中心距一致。

优选的，所述机器人为高精度六轴机器人；所述完整度检测视觉系统和定位识别视觉系统为高速高精度视觉系统；所述伺服电机为高精度脉冲型伺服电机。

优选的，所述驱动轴为阶梯轴，内孔直径与伺服电机输出轴一致，外圆大径与圆锥滚子轴承内径一致，外圆小径与转盘内径一致；所述转盘与驱动轴轴向用螺栓连接，径向用平键连接；所述转盘中轴线与三爪气缸中心孔同轴。

优选的，所述弹簧杆上加工细牙螺纹，行程调节螺母可在上面旋进旋出；所述弹簧杆外径小于夹紧弹簧内径；所述手指上开阶梯孔，阶梯孔大径大于夹紧弹簧外径，阶梯孔小径小于夹紧弹簧外径，大于弹簧杆外径；所述手指末端设置斜面凸台，斜度等于盐芯的拔模斜度；所述夹紧弹簧为低弹性系数螺旋弹簧，长度大于手指阶梯孔大径深度；所述U形挡片穿过弹簧杆固定在手指上，U形口深度略大于两个行程调节螺母厚度，使夹紧弹簧处于压缩状态。

优选的，所述中心杆为三级阶梯轴，大径大于三爪气缸中心孔直径，保证中心杆不脱落；所述中心杆中径加工细牙螺纹，与三爪气缸中心孔过渡配合，保证中心杆与三爪气缸的同轴度；所述中心杆与下压板安装座间隙配合，可以上下滑动；所述限位环安装座固定在中心杆上，通孔内径与中心杆过渡配合，保证中心杆与限位环安装座的同轴度；所述限位环安装座上凸台外径与限位环内径间隙配合，保证两者同轴度在允许公差范围内；所述限位环为开口环，外径比盐芯外径小十丝，开口宽度大于中心杆直径，便于快速更换。

优选的，所述下压预紧螺母与中心杆螺纹配合，改变位置可以实现下压弹簧预紧力的调节；所述下压板安装座中心位置设置有阶梯孔，阶梯孔小径与中心杆间隙配合，使下压板安装座可以在中心杆上滑动配合，阶梯孔大径大于环形挡片的直径；所述下压板上设置有三个呈120°圆周分布的长条槽，使三个手指不与下压板干涉。

优选的，所述环形挡片内径小于中心杆直径，外径大于中心杆直径，防止下压板从中心杆脱落。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，双边同时取放，工作高效，夹持轻柔，定位准确。抓取盐芯时，完整度检测视觉系统用于判断任意放置的盐芯是否完整并定位盐芯中心坐标，机器人带动柔性取放手爪运动到盐芯正上方，三爪气缸在高压气体作用下打开，带动手指向外扩张，将盐芯落入三个手指中间；接着三爪气缸闭合，带动手指向内收缩，盐芯与手指接触，限制手指继续收缩，而压缩夹紧弹簧，变三爪气缸强硬的夹持力为夹紧弹簧轻柔的夹持力，轻轻抓取盐芯，保证盐芯不破裂；当盐芯三边所受夹持力不均匀时，由于限位环外径比盐芯外径小十丝，在内侧限制盐芯偏心，在许用公差范围内保证定位精准。柔性取放手爪抓取盐芯运行到定位识别视觉系统正上方，定位相机用于识别盐芯上两个定位孔坐标及角度，伺服电机带动盐芯回转到与模具中定位顶针的角度一致。

放置盐芯时，柔性取放手爪抓取盐芯运行到浇铸机模具正上方，机器人向下运动，将定位顶针插入到盐芯的定位孔内，三爪气缸打开，夹紧弹簧恢复形变，手指向外扩张，与盐芯脱离；机器人继续向下运动，使下压板接触盐芯上表面，下压弹簧压缩变形，利用下压板重量及下压弹簧张力将盐芯完全压入到模具中，并起到压正作用；压正到位后，机器人抬起到一定高度，完整度检测视觉系统拍照检测盐芯圆环的完整度，完整方才进行活塞浇铸。

通过调整行程调节螺母，使手指在微型滑轨上处于不同位置，改变三爪气缸开闭时手指夹持的内径，实现柔性取放手爪兼容多种规格尺寸的盐芯，具有更宽的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的，保护一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构图；

图2为盐芯结构示意图；

图3为盐芯柔性取放手爪的结构图；

图4为盐芯柔性取放手爪的俯视图；

图5为图4中A-A方向的剖视图；

图6为完整度检测视觉系统的结构图；

图7为定位识别视觉系统的结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、机器人，200、柔性取放手爪，300、完整度检测视觉系统，400、定位识别视觉系统，210、连接法兰，220、回转组件，230、夹持组件，250、下压组件，221、伺服电机，222、圆锥滚子轴承，223、轴承基座，224、驱动轴，225、转盘，231、三爪气缸，232、导轨安装板，233、微型滑轨，234、微型滑块，235、滑轨挡块，236、弹簧杆，237、U形挡片，238、行程调节螺母，239、夹紧弹簧，240、手指，241、中心杆，242、限位环，243、限位环安装座，251、下压预紧螺母，252、下压弹簧，253、下压板安装座，254、下压板，255、环形挡片，301、检测相机支架，302、检测相机，303、检测镜头，304、检测光源，401、定位光源，402、定位镜头，403、定位相机，404、定位相机支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参看附图1，一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，包括机器人100、柔性取放手爪200、完整度检测视觉系统300、定位识别视觉系统400。柔性取放手爪200通过连接法兰210固定到机器人100末端；完整度检测视觉系统300通过检测相机支架301安装到连接法兰210上；定位识别视觉系统400布置在机器人100运动路径上。

如图3、图5所示，柔性取放手爪200，包括连接法兰210、回转组件220、夹持组件230、下压组件250；回转组件220包括伺服电机221、圆锥滚子轴承222、轴承基座223、驱动轴224、转盘225；夹持组件230包括三爪气缸231、导轨安装板232、微型滑轨233、微型滑块234、滑轨挡块235、弹簧杆236、U形挡片237、行程调节螺母238、夹紧弹簧239、手指240、中心杆241、限位环242、限位环安装座243；下压组件250包括下压预紧螺母251、下压弹簧252、下压板安装座253、下压板254、环形挡片255。回转组件220通过轴承基座223安装在连接法兰210上；夹持组件230固定在回转组件220的转盘225上；下压组件250安装在夹持组件230的中心杆241上；伺服电机221的输出轴与驱动轴224平键连接；驱动轴224与圆锥滚子轴承222内径过盈配合；圆锥滚子轴承222外径与轴承基座223过渡配合；伺服电机221固定在轴承基座223上；转盘225与驱动轴224平键连接；中心杆241穿过三爪气缸231的中心孔；导轨安装板232固定在三爪气缸231上；微型滑轨233安装在导轨安装板232上；微型滑块234在微型滑轨233上滑动配合；滑轨挡块235固定在微型滑轨233两端；手指240与微型滑块234固定连接；弹簧杆236两端分别连接滑轨挡块235；U形挡片237、行程调节螺母238、夹紧弹簧239、手指240依次穿过弹簧杆236；U形挡片237与手指240固定连接；限位环242、限位环安装座243、下压预紧螺母251、下压弹簧252、下压板安装座253、下压板254依次穿入中心杆241；环形挡片255通过螺栓固定在中心杆241末端。伺服电机221为高精度脉冲型伺服电机。三爪气缸231为大行程三爪空心气缸，中心孔与三爪同心；三爪气缸231通过气管连接到空压机上。柔性取放手爪200中两组回转组件220中心距与一模两腔浇铸机中心距一致。驱动轴224为阶梯轴，内孔直径与伺服电机221输出轴一致，外圆大径与圆锥滚子轴承222内径一致，外圆小径与转盘225内径一致。转盘225与驱动轴224轴向用螺栓连接，径向用平键连接。转盘225中轴线与三爪气缸231中心孔同轴。弹簧杆236上加工细牙螺纹，行程调节螺母238可在上面旋进旋出；弹簧杆236外径小于夹紧弹簧239内径。手指240上设置阶梯孔，阶梯孔大径大于夹紧弹簧239外径，阶梯孔小径小于夹紧弹簧239外径，大于弹簧杆236外径；手指240末端设置斜面凸台，斜度等于盐芯的拔模斜度，避免盐芯抓取时脱落。夹紧弹簧239为低弹性系数螺旋弹簧，长度大于手指240阶梯孔大径深度。U形挡片237穿过弹簧杆236固定在手指上，U形口深度略大于两个行程调节螺母238厚度，使夹紧弹簧239处于压缩状态。中心杆241为三级阶梯轴，大径大于三爪气缸231中心孔直径，保证中心杆241不脱落；中心杆241中径加工细牙螺纹，与三爪气缸231中心孔过渡配合，保证中心杆241与三爪气缸231的同轴度；中心杆241与下压板安装座253间隙配合，可以上下滑动。限位环安装座243固定在中心杆241上，通孔内径与中心杆241过渡配合，保证中心杆241与限位环安装座243的同轴度；限位环安装座243上凸台外径与限位环242内径间隙配合，保证两者同轴度在允许公差范围内。限位环242为开口环，外径比盐芯外径小十丝，开口宽度大于中心杆241直径，便于快速更换。下压预紧螺母251与中心杆241螺纹配合，改变位置可以实现下压弹簧252预紧力的调节。下压板安装座253中心位置设置有阶梯孔，阶梯孔小径与中心杆241间隙配合，使下压板安装座253可以在中心杆241上滑动配合，阶梯孔大径大于环形挡片255的直径。下压板254上设置有三个呈120°圆周分布的长条槽，使三个手指240不与下压板254干涉。环形挡片255内径小于中心杆241直径，外径大于中心杆241直径，防止下压板254从中心杆241脱落。

如图6、图7所示，完整度检测视觉系统300包括检测相机支架301、检测相机302、检测镜头303、检测光源304；定位识别视觉系统400包括定位光源401、定位镜头402、定位相机403、定位相机支架404；检测相机302固定在检测相机支架301上；检测镜头303安装在检测相机302上；检测光源304固定在检测相机支架301上；定位相机403固定在定位相机支架404上；定位镜头402安装在定位相机403上；定位光源401固定在定位相机支架404上。

机器人100为高精度六轴机器人。完整度检测视觉系统300和定位识别视觉系统400为高速高精度视觉系统，均通过拍照的方式来确定盐芯是否完整或盐芯坐标。

与现有技术相比，本系统双边同时取放，工作高效，夹持轻柔，定位准确。抓取盐芯时，完整度检测视觉系统300用于判断任意放置的盐芯是否完整并定位盐芯中心坐标，机器人100带动柔性取放手爪200运动到盐芯正上方，三爪气缸231在高压气体作用下打开，带动手指240向外扩张，将盐芯落入三个手指240中间；接着三爪气缸231闭合，带动手指240向内收缩，盐芯与手指240接触，限制手指240继续收缩，而压缩夹紧弹簧239，变三爪气缸231强硬的夹持力为夹紧弹簧239轻柔的夹持力，轻轻抓取盐芯，保证盐芯不破裂；当盐芯三边所受夹持力不均匀时，由于限位环242外径比盐芯外径小十丝，在内侧限制盐芯偏心，在许用公差范围内保证定位精准。柔性取放手爪200抓取盐芯运行到定位识别视觉系统400正上方，定位相机403用于识别盐芯上两个定位孔坐标及角度，伺服电机221带动盐芯回转到与模具中定位顶针的角度一致。

放置盐芯时，柔性取放手爪200抓取盐芯运行到浇铸机模具正上方，机器人100向下运动，将定位顶针插入到盐芯的定位孔内，三爪气缸231打开，夹紧弹簧239恢复形变，手指240向外扩张，与盐芯脱离；机器人100继续向下运动，使下压板254接触盐芯上表面，下压弹簧252压缩变形，利用下压板254重量及下压弹簧252张力将盐芯完全压入到模具中，并起到压正作用；压正到位后，机器人100抬起到一定高度，完整度检测视觉系统300拍照检测盐芯圆环的完整度，完整方才进行活塞浇铸。

通过调整行程调节螺母238，使手指240在微型滑轨233上处于不同位置，改变三爪气缸231开闭时手指240夹持的内径，实现柔性取放手爪兼容多种规格尺寸的盐芯，具有更宽的适用范围。

在另一个实施例里，完整度检测视觉系统300和定位识别视觉系统400连接有PLC控制器，PLC控制器控制机器人100和伺服电机221的动作。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，包括机器人、柔性取放手爪、完整度检测视觉系统、定位识别视觉系统，其特征在于：所述柔性取放手爪包括连接法兰、回转组件、夹持组件、下压组件；所述回转组件包括伺服电机、圆锥滚子轴承、轴承基座、驱动轴、转盘；所述回转组件通过轴承基座对称安装在连接法兰上；所述伺服电机的输出轴与驱动轴平键连接；所述驱动轴与圆锥滚子轴承内径过盈配合；所述圆锥滚子轴承外径与轴承基座过渡配合；所述伺服电机固定在轴承基座上；所述转盘与驱动轴平键连接；所述夹持组件固定在回转组件的转盘上；所述下压组件安装在夹持组件的中心杆上；所述柔性取放手爪通过连接法兰固定到机器人末端；所述完整度检测视觉系统包括检测相机、检测镜头、检测光源、检测相机支架；所述检测相机固定在检测相机支架上；所述检测镜头安装在检测相机上；所述检测光源固定在检测相机支架上；所述完整度检测视觉系统通过检测相机支架安装到连接法兰上；所述定位识别视觉系统包括定位相机、定位镜头、定位光源、定位相机支架；所述定位相机固定在定位相机支架上；所述定位镜头安装在定位相机上；所述定位光源固定在定位相机支架上；所述定位识别视觉系统布置在机器人运动路径上；

所述柔性取放手爪中两组回转组件中心距与一模两腔浇铸机中心距一致；

所述机器人为高精度六轴机器人；所述完整度检测视觉系统和定位识别视觉系统为高速高精度视觉系统；所述伺服电机为高精度脉冲型伺服电机。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，其特征在于：所述夹持组件包括三爪气缸、导轨安装板、微型滑轨、微型滑块、滑轨挡块、弹簧杆、U形挡片、行程调节螺母、夹紧弹簧、手指、中心杆、限位环、限位环安装座；所述下压组件包括下压预紧螺母、下压弹簧、下压板安装座、下压板、环形挡片；所述中心杆穿过三爪气缸的中心孔；所述导轨安装板固定在三爪气缸上；所述微型滑轨安装在导轨安装板上；所述微型滑块在微型滑轨上滑动配合；所述滑轨挡块固定在微型滑轨两端；所述手指与微型滑块固定连接；所述弹簧杆两端分别连接滑轨挡块；所述U形挡片、行程调节螺母、夹紧弹簧、手指依次穿过弹簧杆；所述U形挡片与手指固定连接；所述限位环、限位环安装座、下压预紧螺母、下压弹簧、下压板安装座、下压板依次穿入中心杆；所述环形挡片通过螺栓固定在中心杆末端。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，其特征在于：所述三爪气缸为大行程三爪空心气缸，中心孔与三爪同心；所述三爪气缸通过气管连接到空压机上。

4.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，其特征在于：所述驱动轴为阶梯轴，内孔直径与伺服电机输出轴一致，外圆大径与圆锥滚子轴承内径一致，外圆小径与转盘内径一致；所述转盘与驱动轴轴向用螺栓连接，径向用平键连接；所述转盘中轴线与三爪气缸中心孔同轴。

5.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，其特征在于：所述弹簧杆上加工细牙螺纹，行程调节螺母可在上面旋进旋出；所述弹簧杆外径小于夹紧弹簧内径；所述手指上开阶梯孔，阶梯孔大径大于夹紧弹簧外径，阶梯孔小径小于夹紧弹簧外径，大于弹簧杆外径；所述手指末端设置斜面凸台，斜度等于盐芯的拔模斜度；所述夹紧弹簧为低弹性系数螺旋弹簧，长度大于手指阶梯孔大径深度；所述U形挡片穿过弹簧杆固定在手指上，U形口深度略大于两个行程调节螺母厚度，使夹紧弹簧处于压缩状态。

6.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，其特征在于：所述中心杆为三级阶梯轴，大径大于三爪气缸中心孔直径；所述中心杆中径加工细牙螺纹，与三爪气缸中心孔过渡配合；所述中心杆与下压板安装座间隙配合，可以上下滑动；所述限位环安装座固定在中心杆上，通孔内径与中心杆过渡配合，保证中心杆与限位环安装座的同轴度；所述限位环安装座上凸台外径与限位环内径间隙配合；所述限位环为开口环，外径比盐芯外径小十丝，开口宽度大于中心杆直径。

7.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，其特征在于：所述下压预紧螺母与中心杆螺纹配合；所述下压板安装座中心位置设置有阶梯孔，阶梯孔小径与中心杆间隙配合，使下压板安装座可以在中心杆上滑动配合，阶梯孔大径大于环形挡片的直径；所述下压板上设置有三个呈120°圆周分布的长条槽，使三个手指不与下压板干涉。

8.根据权利要求2所述的一种基于视觉识别的盐芯柔性取放定位系统，其特征在于：所述环形挡片内径小于中心杆直径，外径大于中心杆直径。