CN109434435A - 一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统及方法 - Google Patents

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熊鹰
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董庆丰
侯云
范宏
杨飞
张雨
徐万泽
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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统及方法，其系统工作方法：光电传感器检测到工件到来，固定挡块自动固定工件；自动触发辅助光源和工业相机获得工件图像，单片机和激光测距传感器测量距离数据；工件图像通过千兆网线传输至工控机，通过图像处理算法识别出工件上紧固件类型和大小、紧固件坐标数据；数据传输至机械手运动控制器，控制机械手自动更换电批头；根据紧固件坐标运动至工件上紧固件处自动拆卸紧固件；本发明同时提供该方法运行的系统；本发明操作方便，定位准确，智能化、自动化程度高，极大提高了作业安全性，拆卸效率高，且可拆卸不同类型的紧固件，也可拆卸不同大小的紧固件，有极大的推广价值。

Description

一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统及方法
技术领域
本发明属于工件上紧固件自动拆卸领域。具体涉及一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统及方法。
背景技术
随着制造业的快速发展，产品的更新换代周期越来越短，数量巨大的废弃工件如何妥善处理是目前急切需要面对的问题，在拆解废弃工件的过程中，工件上紧固件的拆卸是关键问题。传统的紧固件拆卸方法是采用人工拆卸实现，此种拆卸方法效率低下、拆卸工人的安全性差、拆卸成本高。所以寻求拆卸效率高、拆卸安全性好、降低拆卸成本的方法尤为重要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统及方法。
这种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统，包括工业相机、辅助光源、光电传感器、单片机、气缸、固定挡块、激光测距传感器、千兆网线、工控机、数据传输线、六自由度关节机械手、电动电批、电批头更换架和电批头。
其中，光电传感器与工业相机连接，工业相机通过千兆网线与工控机连接；光电传感器与辅助光源连接；光电传感器与气缸连接；固定挡块与气缸连接；单片机与光电传感器和激光测距传感器连接，单片机与工控机连接；工控机通过数据传输线与机械手运动控制器连接；电动电批通过工装夹具安装至机械手第六轴末端；电批头放置于电批头更换架。
进一步的，光电传感器判定工件是否到来，气缸接收到光电传感器信号后驱动气缸，气缸运动两个固定挡块将工件固定，辅助光源在工件到来后自动开启，为工业相机拍摄图像提供良好的光线环境，工业相机完成工件图像的拍摄；同时单片机在检测到光电传感器信号后开启激光测距传感器测量工业相机至工件平面的距离。
然后，工件图像通过千兆网线传输至工控机，激光测距传感器数据通过单片机传输至工控机。工控机运用图像处理算法识别紧固件的类型、大小和紧固件像素坐标；将紧固件的像素坐标结合激光测距传感器的数值运用DH坐标转换法转换为机械手坐标系的绝对坐标。
然后，紧固件的类型、大小和转化后的紧固件绝对坐标通过数据传输线传输至机械手运动控制器，机械手运动控制器根据紧固件的类型和大小将电批运动至电批头更换架，将电批头自动更换为相对应的电批头。
然后，机械手运动控制器根据紧固件的坐标将电批自动运动动至紧固件处完成拆卸工作。
进一步的，上述紧固件包括但不限于螺钉、螺母和螺栓。
本发明实现紧固件自动拆卸的方法，具体包括以下步骤：
1、光电传感器检测到工件，气缸运动固定挡块将工件固定，同时自动打开辅助光源，自动触发工业相机抓拍工件图像，单片机检测到光电传感器信号后开启激光测距传感器测量工业相机至工件平面的距离；
2、工件图像通过千兆网线传输至工控机，激光测距触感器的数值发送至单片机，单片机通过数据传输线将数据传输至工控机；
3、工控机通过图像处理算法识别工件图像中紧固件类型、大小和紧固件在图像中的像素坐标；
4、工控机将紧固件的像素坐标结合激光测距传感器的数值运用DH坐标转换法转换为机械手坐标系的绝对坐标；
5、紧固件的类型、大小和转化后的紧固件绝对坐标通过数据传输线传输至机械手运动控制器；
6、机械手运动控制器根据紧固件的类型和大小通过电批头更换架换装拆卸紧固件的电批头；
7、机械手根据换算后的紧固件的绝对坐标运动至工件的紧固件；
8、电批上电，按照与紧固件类型和大小相对应的扭矩将工件上的紧固件自动拆卸，若拆卸过程中，检测到紧固件的阻力矩超过设定扭矩，则转步骤9，若未阻力矩未超过设定扭矩，则转步骤10；
9、系统报警；
10、当工件所有同类型大小紧固件拆卸完成，则转步骤11，否则，转步骤7；
11、判断是否有其他未拆卸紧固件，有则转步骤6，否则结束。
本发明的有益效果如下：
本发明操作方便，定位准确，智能化、自动化程度高，极大提高了作业安全性，拆卸效率高，可拆卸不同类型、不同大小的紧固件，有极大的推广价值。
附图说明
图1是本发明系统位置结构图；
图2是本发明系统原理图；
图3是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明的系统位置结构如图1所示，系统包括单片机1、工控机2、辅助光源3、工业相机4、激光测距传感器5、电动电批6、电批头7、六自由度关节机械手8、电批头更换架9、机械手运动控制器10、气缸11、固定挡块12、工件13、光电传感器14、千兆网线、若干数据传输线。
其中，光电传感器14同时与工业相机4、辅助光源3、单片机1、气缸11连接；气缸与固定挡块连接；工业相机4通过千兆网线与工控机2连接；单片机1和激光测距传感器5连接；单片机1通过数据传输线与工控机2连接；工控机2通过数据传输线与机械手运动控制器10连接；电动电批6通过工装夹具安装至六自由度关节机械手8末端；电批头7放置于电批头更换架9。
本发明的系统原理如图2所示，方法流程如图3所示。
实际操作实施方法如下：
光电传感器14检测到工件13到来，气缸11检测到光电传感器14的信号后运动固定挡块12将工件13固定，光电传感器14自动触发辅助光源3，触发工业相机4抓拍工件13图像，单片机1检测到光电传感器14信号后自动开启激光测距传感器5测量工业相机4至工件13平面的距离，工件图像通过千兆网线传输至工控机2，工控机2利用图像处理算法识别出工件13上紧固件类型和大小、紧固件图像坐标，工控机2将紧固件类型、大小、紧固件绝对坐标通过数据传输线传输至机械手运动控制器10内，机械手运动控制器10根据紧固件类型和大小自动将电批6运动至电批头更换架9处将对应的电批头7更换以匹配紧固件类型和大小，机械手8根据换算后的紧固件坐标自动运动至工件13上紧固件处自动拆卸紧固件，拆卸完一个紧固件后机械手8回归初始位置，校核下一个拆卸目标的紧固件类型和大小，若不一致，将自动运动至电批头更换架9更换对应的电批头，直至工件13上所有紧固件拆卸完成，整个工作过程结束。

Claims (7)

1.一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统，其特征在于，系统包括工业相机、辅助光源、光电传感器、单片机、气缸、固定挡块、激光测距传感器、千兆网线、工控机、数据传输线、六自由度关节机械手、电动电批、电批头更换架、电批头；
所述光电传感器与工业相机连接；光电传感器与辅助光源连接；
所述光电传感器与气缸连接；光电传感器与单片机连接；单片机与激光测距传感器连接；
所述工业相机通过千兆网线与工控机连接；单片机通过数据传输线与工控机连接；所述工控机通过数据传输线与机械手运动控制器连接；
所述电动电批通过工装夹具安装至六自由度关节机械手末端；所述电批头放置于电批头更换架。
2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统，其特征在于，所述光电传感器判定工件是否到来，工件到来后气缸运动固定挡块用于固定工件，辅助光源在工件到来后自动开启，为工业相机拍摄图像提供良好的光线环境，工业相机完成工件图像的拍摄；单片机检测光电传感器信号后开启激光测距传感器测量工业相机至工件平面的距离。
3.如权利要求2所述的一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统，其特征在于，所述工件图像通过千兆网线传输至工控机，激光测距传感器数据发送至单片机，单片机通过数据传输线将数据传输至工控机。
4.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统，其特征在于，所述工控机运用图像处理算法识别紧固件的类型、大小和紧固件像素坐标；将紧固件的像素坐标结合激光测距传感器的数值运用DH坐标转换法转换为机械手坐标系的绝对坐标。
5.如权利要求4所述的一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统，其特征在于，所述紧固件的类型、大小和转化后的紧固件绝对坐标通过数据传输线传输至机械手运动控制器，机械手运动控制器根据紧固件的类型和大小通过电批头更换架换装拆卸紧固件的电批头。
6.如权利要求1-5任一所述的一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸系统，其特征在于，所述紧固件包括但不限于螺钉、螺母和螺栓。
7.一种基于机器视觉的紧固件自动拆卸方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)光电传感器检测到工件，气缸运动固定挡块将工件固定，同时自动打开辅助光源，自动触发工业相机抓拍工件图像，单片机检测到光电传感器信号后开启激光测距传感器测量工业相机至工件平面的距离；
(2)工件图像通过千兆网线传输至工控机，激光测距触感器的数值发送至单片机，单片机通过数据传输线将数据传输至工控机；
(3)工控机通过图像处理算法识别工件图像中紧固件类型、大小和紧固件在图像中的像素坐标；
(4)工控机将紧固件的像素坐标结合激光测距传感器的数值运用DH坐标转换法转换为机械手坐标系的绝对坐标；
(5)紧固件的类型、大小和转化后的紧固件绝对坐标通过数据传输线传输至机械手运动控制器；
(6)机械手运动控制器根据紧固件的类型和大小通过电批头更换架换装拆卸紧固件的电批头；
(7)六自由度关节机械手根据换算后的紧固件的绝对坐标运动至工件的紧固件；
(8)电批上电，按照与紧固件类型和大小相对应的扭矩将工件上的紧固件自动拆卸，若拆卸过程中，检测到紧固件的阻力矩超过设定扭矩，则转步骤(9)，若未阻力矩未超过设定扭矩，则转步骤(10)；
(9)系统报警；
(10)当工件所有同类型大小紧固件拆卸完成，则转步骤(11)，否则，转步骤(7)；
(11)判断是否有其他未拆卸紧固件，有则转步骤(6)，否则结束。
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