CN109701810A - 一种基于3d视觉喷胶机器人系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于3D视觉喷胶机器人系统。所述基于3D视觉喷胶机器人系统包括机器人、流水板平台、喷胶系统和3D视觉系统，所述机器人末端设有喷胶头，所述流水板平台设于机器人正面，所述喷胶系统设于机器人一侧，所述3D视觉系统设于流水板平台上方与机器人电连接。与相关技术相比，本发明提供的基于3D视觉喷胶机器人系统将机器人和3D视觉喷胶系统组合设计，由3D视觉检测产品形状成像传送给机器人和喷胶系统，完成自动喷胶，解决了在喷胶前需进行产品载具定位，且操作简单方便。本发明还提供一种基于3D视觉喷胶机器人系统的工作方法。

Description

一种基于3D视觉喷胶机器人系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及喷胶技术领域，尤其涉及一种基于3D视觉喷胶机器人系统及其工作方法。

背景技术

喷胶是把有一定粘性的液体散着射出去，使用于沙发海绵、泡棉、布料、皮革、纸张、木板、塑料、PVC、PE、EVA、金属、橡胶、隔热棉、防火板、铝塑板等材质的粘合，最初喷胶工艺以人工或喷胶枪喷胶的形式将胶水或油漆射出使其附着在另一物体上，为了使喷胶有更高的精度、复用性及更高的处理能力，自动喷胶机得到了进一步的发展。

现今，国民经济的各个领域都离不开喷胶技术，胶粘剂已经进入工业、农业、交通、医学、国防、以及人民生活各个方面，它们在国民经济中起着越来越重要的作用。在许多领域内，使用自动喷胶机胶接已经逐渐替代传统的连接技术--焊接、铆接和螺栓连接，成为一门独立的学科。

随着科技的发展，新产品不断出现，产品的市场寿命日益缩短，使大量的生产方式遇到挑战，这就要求提高喷胶设备的柔和性和对产品更新的适应性，以缩短生产周期，保证产品质量和降低生产成本

目前常用自动化设备通过机器人和产品定位载具和喷胶系统组合实现自动化，但通用性较差，随着产品更新需随时更换定位治具。

因此，需要提供一种基于3D视觉喷胶机器人系统及其工作方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需使用定位治具的基于3D视觉喷胶机器人系统及其工作方法。

本发明提供一种基于3D视觉喷胶机器人系统，包括：

机器人，其包括底座、多轴机械臂和设于所述机械臂末端的夹爪；

流水板平台，水平设于所述机器人正面且与所述底座上端平齐；

喷胶系统，用于自动喷涂胶水，其出胶口设有喷胶头，喷胶系统设于所述机械人一侧，所述喷胶头与所述夹爪连接且朝向所述流水板平台设置；

3D视觉系统，其包括相机、图像传感器、处理器和图像采集卡，所述相机和图像传感器设于所述夹爪上，所述处理器设于所述流水板平台上方，所述图像采集卡、图像传感器、相机与处理器电连接，所述处理器通过相移控制电路与所述机器臂控制连接。

优选的，所述夹爪包括：

支架，其为L型结构，其中一边与机械臂末端枢接，可沿Y轴旋转；

固定架，固设于所述支架的另一边，且水平再竖直延伸；所述喷胶头设于其竖直面上。

优选的，还包括光源，其设于所述处理器一侧，且与所述处理器电连接。

优选的，所述相机的数量为两个，分别设于所述竖直面的两侧，均朝向所述流水板平台设置。

优选的，所述图像传感器为3DCMOS图像传感器，所述相机具有液体变焦镜头。

优选的，还包括与所述流水板平台和机器人电连接的光电传感器，其设于所述流水板平台位于进料端。

优选的，所述流水板平台为皮带输送线，所述机器臂具有六轴自由度。

本发明还提供一种基于3D视觉喷胶机器人系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，将工件放置所述流水板平台上，所述流水板平台输送工件位移到所述光电传感器位置时，所述光电传感器将感应信号反馈给所述流水板平台；所述流水板平台将工件位移至机器臂下方；

步骤二，3D视觉系统工作，处理器控制光源灯亮，所述相机对工件的液体镜头进行拍照，通过3DCMOS图像传感器实现3D图像的采集发送给图像采集卡；

步骤三，所述图像采集卡将工件成像信息和位置信息发送给机器人；

步骤四，所述机器人生产产品喷胶路径，驱动机械臂动作，夹爪携带喷胶头位移或旋转运动对工件进行喷胶；

步骤五，喷胶完成后，所述机器人反馈信号给所述流水板平台，所述流水板平台动作，将产品送至下一个工站；

步骤六，如上循环作业，完成自动化喷胶。

优选的，在步骤二中，所述相机的液体变焦镜头是通过改变施加在液体上的电压而改变焦距，在工件的一表面区间内拍摄多幅图像，分析这些图像的轮廓并合成这些图像的边沿，便得出一副完整的3D图像。

优选的，所述3DCMOS图像传感器集成有光电转变电路、低噪声读出电路、噪声抑制电路、可编程放大电路、模数转换器电路、曝光控制电路、坏像素纠正电路、彩色空间转换电路、自动白平衡电路以及多媒体图像信号处理电路的功能。

与相关技术相比，本发明所提供的基于3D视觉喷胶机器人系统具有以下有益效果：

一、机器人和3D视觉喷胶系统组合设计，六轴机器人和3D视觉组合运用，由3D视觉检测产品形状成像传送给机器人和喷胶机，然后机器人动作，携带喷胶头按照成像图像进行喷胶，可实现不同产品不同方向的喷胶，解决了在喷胶前需进行产品载具定位，操作简单方便；

二、3D视觉运用，可针对各种不同规格产品进行3D成像，将成像形状及位置信息传送给机器人，在不需要定位治具辅助情况下可轻松实现自动化喷胶设备通用性。

本发明还提供一种基于3D视觉喷胶机器人系统的工作方法，所述基于3D视觉喷胶机器人系统具有以上有益效果，那么该系统的工作方法同样具有上述的有益效果。

附图说明

图1为本发明提供的基于3D视觉喷胶机器人系统的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明提供的基于3D视觉喷胶机器人系统中的3D视觉系统测量原理图；

图4为本发明提供的基于3D视觉喷胶机器人系统中的3D视觉系统3D成像原理图；

图5为本发明提供的基于3D视觉喷胶机器人系统中的3D视觉系统中的图像传感器的结构原理图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1、图2所示，本发明提供的基于3D视觉喷胶机器人系统包括机器人1、流水板平台2、喷胶系统3、3D视觉系统4、光源5和光电传感器6。

所述机器人1包括底座11、六轴机械臂12和设于所述机械臂12末端的夹爪13。

所述夹爪13包括支架131和固定架132。所述支架131为L型结构，其中一边与机械臂12末端枢接，实现其沿Y轴旋转。所述固定架132固设于所述支架131的另一边，且水平再竖直延伸。

所述流水板平台2为皮带输送线，其水平设于所述机器人1正面且与所述底座11上端平齐。

所述喷胶系统3用于自动喷涂胶水，其出胶口设有喷胶头31。所述喷胶系统3设于所述机械人1一侧，所述喷胶头31设于所述 固定架132的竖直面上且朝向所述流水板平台设置。

所述3D视觉系统4包括相机、图像传感器、处理器和图像采集卡，所述相机和图像传感器设于所述夹爪上，所述处理器设于所述流水板平台上方，所述图像采集卡、图像传感器、相机与处理器电连接，所述处理器通过相移控制电路与所述机器臂控制连接。

所述相机的数量为两个，分别设于所述竖直面的两侧，均朝向所述流水板平台设置。由此实现双目立体视觉。

双目立体视觉的基本原理是从两个视点观察同一景物，以获取在不同视角下的感知图像，然后通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差（视差）来获取景物的三维信息。这一过程与人类视觉感知过程是类似的。

在双目立体视觉系统的硬件结构中，通常采用两个相机作为视觉信号的采集设备，通过双输入通道图像采集卡与处理器连接，把相机采集到的模拟信号经过采样、滤波、强化、模数转换，最终向处理器提供图像数据，如图3所示，所述3D视觉系统测量是基于激光三角法测量系统，三角测距法又称主动三角法，是基于光学三角原理，根据光源、物体和检测器三者之间的几何成像关系来确定空间物体各点的三维坐标。在实际检测过程中，它常用激光作为光源。

一个完整的双目立体视觉系统通常可分为数字图像采集、相机标定、图像预处理与特征提取、图像校正、立体匹配、三维重建六大部分。

在双目立体视觉中，对于给定的工件距离，视差与基线长度成正比，基线越长，对距离的计算越精确。但是当基线过长时，需要在相对较大的视觉范围内进行搜索，从而增加计算量。利用多基线立体匹配是消除误匹配、提高视差测量准确性的有效方法之。基线数目的增加可以通过增加相机来实现。

Semiconductor，互补金属氧化物半导体）图像传感器，所述相机具有液体变焦镜头。所述液体变焦镜头的原理是将两种液体固定在不同的容器中，在它们之间加装一个金属电极，电极中间注入导电液体。当施加在电极上的电压发生改变时，容器中的具有极性的水分子发生漂移，从是两种 液体容器中的液体形状发生改变，根据变形的程度来改变焦距。最大特色是其具备几乎是无限宽广的变焦范围，更快反映速度及更出色光学性能，其电压控制信号由3D CMOS图像传感器芯片可编程提供或者自动等间距提供。 Oxide Metal 所述图像传感器为3D CMOS（Complementary

所述光源5设于所述处理器一侧，且与所述处理器电连接。

所述光电传感器6与所述流水板平台和机器人电连接，其设于所述流水板平台2位于进料端。

本发明提供的于3D视觉喷胶机器人系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，将工件放置所述流水板平台上，所述流水板平台输送工件位移到所述光电传感器位置时，所述光电传感器将感应信号反馈给所述流水板平台；所述流水板平台将工件位移至机器臂下方；

步骤二，3D视觉系统工作，处理器控制光源灯亮，所述相机对工件的液体镜头进行拍照，通过3DCMOS图像传感器实现3D图像的采集发送给图像采集卡；

步骤三，所述图像采集卡将工件成像信息和位置信息发送给机器人；

步骤四，所述机器人生产产品喷胶路径，驱动机械臂动作，夹爪携带喷胶头位移或旋转运动对工件进行喷胶；

步骤五，喷胶完成后，所述机器人反馈信号给所述流水板平台，所述流水板平台动作，将产品送至下一个工站；

步骤六，如上循环作业，完成自动化喷胶。

如图4所示，所述相机的液态变焦镜头，通过改变施加在液体上的电压而改变焦距，比如拍照AA'平面时，液体变焦镜头的形状如图4中的实线所示，如果拍照BB'平面时，液体变焦镜头的形状如图中的虚线所示，在AA'与BB'平面之间可以拍照多幅图像，分析这些图像的轮廓并合成这些图像的边缘，就可以得到一幅完整的3D图像。这种3D拍照图像传感器系统具有分辨率高，根据预设拍照的照片个数的多少而得到更精确的景深照片。与传统的光学变焦镜头相比，这种液体变焦镜头的优势是响应快、变焦快，适合于快速变焦的应用场合。

如图5所示，所述3DCMOS图像传感器集成有光电转变电路、低噪声读出电路、噪声抑制电路、可编程放大电路、模数转换器电路、曝光控制电路、坏像素纠正电路、彩色空间转换电路、自动白平衡电路以及多媒体图像信号处理电路等功能。

图5中的像素单元电路具有灵敏度高、暗电流小、噪声低等优点，行译码电路和列译码电路在时序控制电路的控制下产生像素阵列工作的时序，噪声抑制电路消除信号通路带来的噪声，经过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，并输给逻辑产生与数字信号处理电路，逻辑产生与数字信号处理电路产生控制信号控制感光阵列的曝光时间，并集成白平衡处理、彩色差值、焦距判断、轮廓提取等功能。其中模数转换器是多分辨率的模数转换器，在拍照2D图像时输出10bit的数据，当拍照3D图像时，仅仅输出二值化的图像信息。同时电路可以集成电源管理、锁相环电路模块、I2C控制总线，这正是CMOS图像传感器的优势所在(与CCD图像传感器相比，CCD不能单芯片集成)。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于3D视觉喷胶机器人系统，其特征在于，包括：

机器人，其包括底座、多轴机械臂和设于所述机械臂末端的夹爪；

流水板平台，水平设于所述机器人正面且与所述底座上端平齐；

喷胶系统，用于自动喷涂胶水，其出胶口设有喷胶头，喷胶系统设于所述机械人一侧，所述喷胶头与所述夹爪连接且朝向所述流水板平台设置；

3D视觉系统，其包括相机、图像传感器、处理器和图像采集卡，所述相机和图像传感器设于所述夹爪上，所述处理器设于所述流水板平台上方，所述图像采集卡、图像传感器、相机与处理器电连接，所述处理器通过相移控制电路与所述机器臂控制连接。

2.根据权利要求1所述的基于3D视觉喷胶机器人系统，其特征在于，所述夹爪包括：

支架，其为L型结构，其中一边与机械臂末端枢接，可沿Y轴旋转；

固定架，固设于所述支架的另一边，且水平再竖直延伸；所述喷胶头设于其竖直面上。

3.根据权利要求2所述的基于3D视觉喷胶机器人系统，其特征在于，还包括光源，其设于所述处理器一侧，且与所述处理器电连接。

4.根据权利要求1所述的基于3D视觉喷胶机器人系统，其特征在于，所述相机的数量为两个，分别设于所述竖直面的两侧，均朝向所述流水板平台设置。

5.根据权利要求1所述的基于3D视觉喷胶机器人系统，其特征在于，所述图像传感器为3DCMOS图像传感器，所述相机具有液体变焦镜头。

6.根据权利要求1所述的基于3D视觉喷胶机器人系统，其特征在于，还包括与所述流水板平台和机器人电连接的光电传感器，其设于所述流水板平台位于进料端。

7.根据权利要求1所述的基于3D视觉喷胶机器人系统，其特征在于，所述流水板平台为皮带输送线，所述机器臂具有六轴自由度。

8.一种如权利要求1~7任一项所述的基于3D视觉喷胶机器人系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将工件放置所述流水板平台上，所述流水板平台输送工件位移到所述光电传感器位置时，所述光电传感器将感应信号反馈给所述流水板平台；所述流水板平台将工件位移至机器臂下方；

步骤二，3D视觉系统工作，处理器控制光源灯亮，所述相机对工件的液体镜头进行拍照，通过3DCMOS图像传感器实现3D图像的采集发送给图像采集卡；

步骤三，所述图像采集卡将工件成像信息和位置信息发送给机器人；

步骤四，所述机器人生产产品喷胶路径，驱动机械臂动作，夹爪携带喷胶头位移或旋转运动对工件进行喷胶；

步骤五，喷胶完成后，所述机器人反馈信号给所述流水板平台，所述流水板平台动作，将产品送至下一个工站；

步骤六，如上循环作业，完成自动化喷胶。

9.根据权利要求8所述的基于3D视觉喷胶机器人系统的工作方法，其特征在于，在步骤二中，所述相机的液体变焦镜头是通过改变施加在液体上的电压而改变焦距，在工件的一表面区间内拍摄多幅图像，分析这些图像的轮廓并合成这些图像的边沿，便得出一副完整的3D图像。

10.根据权利要求8所述的基于3D视觉喷胶机器人系统的工作方法，其特征在于，所述3DCMOS图像传感器集成有光电转变电路、低噪声读出电路、噪声抑制电路、可编程放大电路、模数转换器电路、曝光控制电路、坏像素纠正电路、彩色空间转换电路、自动白平衡电路以及多媒体图像信号处理电路的功能。