CN110315346B - 自动化加工系统以及自动化加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动化加工系统，包括控制装置、机架、机械手、物料架、加工设备及夹具更换工位，控制装置内设有与样品相对应的夹具的样品信息，机械手上设有视觉装置，机械手及视觉装置与控制装置电连接，机械手、物料架及加工设备安装于机架上，物料架上设有放置样品的仓位，仓位上设有样品信息显示屏，控制装置控制机械手移动至夹具更换工位，并依据样品信息更换对应的夹具，机械手可通过视觉装置扫描样品信息显示屏上的样品信息，以确定并夹持对应的样品至加工设备中加工。本发明通过视觉装置实现视觉引导及样品检测，简化加工步骤并提高精度，提高生产效率。另，本发明还提供一种自动化加工方法。

Description

自动化加工系统以及自动化加工方法

技术领域

本发明属于加工设备技术领域，尤其涉及一种自动化加工系统以及自动化加工方法。

背景技术

柔性加工系统是指由一个传输装置联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他连接装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。

现有的柔性加工系统一般是将夹具架安装于机架上，在夹具架上放置有若干个不同的夹具，夹具架上的夹具一般是呈一列排开或是呈矩阵排列，且由于加工系统上的空间有限，放置的夹具数量也有限，通过在控制装置内预设每款工件相对应的夹持工具的类型以及位置等相关参数，并设定机械手与每一个夹具之间的路径参数和机械手的手臂的移动参数，由于所加工的工件类型不同，需要通过不同夹具去夹持，因此，对应每种工件需要设置多条路径以使机械手能够移动至夹具架上安装或释放夹具，操作十分繁琐，在加工工件时，机械手根据预先设定的移动路线移动至夹具架中并安装对应的夹持工具，安装完毕后，机械手移动至物料架附近，将物料架中的工件夹持并输送至加工设备中进行加工，加工完毕后，需要将工件夹持至检测设备中进行尺寸检测等各种检测，检测完毕后，再由机械手将工件送回至物料架中，并通过设定的路线将机械手上的夹持工具放回至夹具架中。现有的柔性加工系统的机械手安装与释放夹持工具的精度不高，仅能通过预先设定的路线控制机械手行走，并不能根据加工系统的实际情况调节机械手的移动路线，灵活性低，且在完成加工后，需通过额外的视觉模块获取工件的图像，以测量工件的相关参数，整个柔性加工系统的加工步骤较为繁杂，导致生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够简化工序且可提高安装精度的自动化加工系统，从而提高生产效率。

本发明的另一目的在于提供一种能够提高加工效率以及加工精度的自动化加工方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动化加工系统，包括控制装置、机架、机械手、物料架、加工设备以及夹具更换工位，所述控制装置内设有与样品相对应的夹具的样品信息，所述机械手上设有视觉装置，所述机械手以及视觉装置分别与所述控制装置电连接，所述机械手、物料架以及加工设备安装于所述机架上，所述物料架上设有放置所述样品的仓位，每个所述仓位上设置有样品信息显示屏，所述控制装置控制所述机械手移动至所述夹具更换工位，并依据所述样品信息更换对应的夹具，所述机械手可通过所述视觉装置扫描所述样品信息显示屏上的样品信息，以确定并夹持对应的所述样品至所述加工设备中加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的控制装置内设有样品信息，而样品信息主要包括样品以及与样品相对应的夹具，夹具更换工位上能够提供与样品对应的夹具供机械手更换，当需要对某一种样品进行加工时，控制装置根据样品信息，并在视觉装置的作用下控制机械手移动至夹具更换工位处，并将对应的夹具安装于机械手上，夹具安装完成后，再在视觉装置的作用下移动至物料架处，由视觉装置扫描样品信息显示屏上的样品信息，并传输至控制装置，经控制装置分辨该仓位上的样品是否与需要加工的样品一致，一致时，由机械手夹持样品，在视觉装置的作用下移动至加工设备中进行加工，样品完成加工后，机械手将样品夹持并放回至原来的仓位中，并由视觉装置对加工后的样品进行拍摄，再将图像回传至控制装置中进行分析，本发明直接在机械手上设置视觉装置，在视觉装置的带动下移动至对应的位置后安装或释放夹具，以及在视觉装置的带动下将样品放至在自动化加工系统中的不同部位进行各种加工，且视觉装置能够拍摄加工后的样品的图像；在视觉装置的作用下，机械手直接移动至夹具更换工位中进行夹具的更换，无需预先设定机械手与每个夹具之间的具体路径参数以及机械手的移动参数等，使得加工工序能够简化，并能够实时调整机械手的路径以及机械手手臂上的动作，且整个加工过程通过控制装置控制，实现自动化，而视觉装置可实现视觉引导以及尺寸检测，使得加工系统的精度更高，简化加工步骤，从而提高加工效率。

较佳地，所述自动化加工系统还包括小车以及放置有所述夹具的夹具架，所述小车以及夹具架分别与所述控制装置电连接，所述夹具架转动安装于所述小车上，所述控制装置依据所述样品信息驱动对应的小车移动至所述夹具更换工位处，以供所述机械手更换对应的夹具。

较佳地，所述夹具架呈圆盘状结构，沿所述圆盘状结构的周向上开设有若干夹具口，所述夹具放置于所述夹具口上内。在圆盘结构上开设有若干夹具口，在每个夹具口上可放置不同类型的夹具，能够使本发明的自动化加工系统能够加工更多不同类型的工件，且由于夹具架为圆盘结构，转动时更加流畅且转动至机械手前的夹具与机械手的距离均相同，通过夹具架的转动，将所需的夹具转动至正对机械手，机械手能够直接安装该夹具，无需机械手多次调整移动路线以及机械手的手臂动作，使得机械手的调节更加便捷。

较佳地，所述机械手与夹具架的夹具通过气动的方式可拆卸连接。通过气动的方式连接成本较低，且节能、高效。

较佳地，所述控制装置包括视觉控制器，所述视觉控制器与所述视觉装置电连接，所述视觉控制器可接收所述视觉装置的信号并控制所述机械手动作。该方案通过视觉装置实时拍摄并将所拍摄到的图像回传至视觉控制器中，视觉控制器能够根据视觉装置的图像信号控制机械手进行相应的移动或机械手的手臂进行相应的动作。

较佳地，所述控制装置还包括显示器，所述显示器与所述视觉控制器电连接，所述视觉控制器可接收所述视觉装置的信号，并显示于所述显示器上。该方案使得视觉装置所引导的画面、扫描样品信息的画面以及在样品完成加工后所拍摄的图像能够传输至视觉控制器中，视觉控制器能够及时处理视觉装置回传的信息，且能够在显示器上观察到样品的图像、机械手以及夹具更换工位等部位的情况，直观且清晰，实现有效检测本发明的自动化加工系统的运作情况。

较佳地，所述视觉装置包括提供光源的发光件以及相机，所述相机拍摄所述样品的图像，并传输至所述视觉控制器中，以使所述图像显示于所述显示屏上。相机能够拍摄已经加工完成的样品的图像，发光件能够提供光源，使得相机拍摄的图像更加清晰，拍摄后的图像传输至视觉控制器中，能进行相应的处理，且图像会显示于显示器上，使得工程人员能够检查样品的情况。

较佳地，所述加工设备包括数铣装置以及打磨装置，所述控制装置控制所述机械手分别将所述样品输送至所述数铣装置以及打磨装置中加工。

较佳地，所述样品信息显示屏上的样品信息包括二维码以及文字。二维码供视觉装置扫描，而文字供工程人员得知该样品的情况，并可作出相应的操作。

较佳地，所述自动化加工系统还包括导轨，所述导轨安装于所述机架上，所述机械手滑动安装于所述导轨上。该方案使得机械手能够沿导轨上滑动，到达自动化加工系统中的各个部分，且利用导轨能够减少机械手与机架之间的摩擦，减少磨损。

本发明还提供一种自动化加工方法，包括以下步骤：提供一种如上所述的自动化加工系统；在控制装置内设定与样品相对应的夹具的样品信息；所述控制装置根据样品信息控制机械手移动至夹具更换工位，并安装与样品对应的夹具；机械手移动至物料架处，通过机械手上所设置的视觉装置扫描样品信息显示屏上的样品信息，并传输至控制装置内，控制装置比对该样品信息，并控制机械手将对应的样品输送至加工设备中进行加工；样品加工完毕后，机械手将样品输送至物料架原来的仓位中，且通过视觉装置拍摄样品的图像并将所述图像传输至控制装置中，并更新样品信息显示屏上的样品信息；样品放置完毕后，控制装置控制机械手移动至夹具更换工位处，并将夹具释放。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：利用视觉装置实现机械手的位移引导，可使机械手准确安装或释放夹具以及夹持样品，整个加工的过程均由视觉装置作为路径引导以及扫描样品信息的工具，且在完成加工后，再由视觉装置对样品进行拍摄，通过视觉装置进行引导、扫描以及拍摄，无需额外增加摄像头对样品图像进行拍摄并进行尺寸检测，同时在机械手移动的过程中，由视觉装置对机械手的移动距离以及移动路线进行调节，能够提高精度以及加工效率。

附图说明

图1为本发明的自动化加工系统的示意图。

图2为本发明的物料架的结构示意图。

图3为本发明的夹具架的结构示意图。

图4为本发明的小车以及夹具架的结构示意图。

图5为本发明的夹具库的结构示意图。

图6为本发明的自动化加工系统的运作流程图。

图7为本发明的视觉引导流程图。

图8为本发明的样品尺寸测量的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清晰的理解，先对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

请参考图1及图2，本发明提供一种自动化加工系统100，包括控制装置101、机架102、小车103、机械手104、夹具架105、物料架106、加工设备107、导轨108以及夹具更换工位，在机械手104的端部上设有视觉装置104a，小车103、机械手104、夹具架105以及视觉装置104a分别与控制装置101电连接，机械手104、物料架106、加工设备107以及导轨108分别安装于机架102上，物料架106上设置有放置不同类型样品的仓位106a，每一个仓位106a上设置有样品信息显示屏106b，在样品信息显示屏106b上可读取与样品相关的样品信息，夹具架105转动安装于小车103上，具体地，机械手104滑动安装于导轨108上，使得机械手104能够沿导轨108滑动而到达在自动化加工系统100的各个部分进行相应的操作，当然，也可通过其他的方式使机械手104能够移动至自动化加工系统100的各个部分中。在视觉装置104a的引导下可使机械手104对应调整位置，能够更加准确地更换夹具架105的夹具，更加准确地夹持物料架106上的样品，并将样品输送至加工设备107中进行加工，控制装置101内设有与各个样品对应的小车103以及夹具架105中的夹具的样品信息，当系统内需要加工某种样品时，控制装置101内调取与该样品相关的样品信息，识别加工该样品需要哪种夹具夹持并输送至加工设备107中进行加工，获取样品信息完毕后，控制装置101控制放置有该夹具的小车103移动至所述夹具更换工位处，机械手104再在视觉装置104a的引导下调节位置并同样移动至所述夹具更换工位处，控制装置101控制夹具架105转动，使得与加工样品对应的夹具正对机械手104，机械手104在视觉装置104a的引导下向下运动即可安装该夹具，此时夹具与机械手104是通过气动的方式连接的，夹具与机械手104之间可拆卸，在夹具安装完毕后，机械手104继续在视觉装置104a的引导下移动至物料架106处，视觉装置104a扫描仓位106a上的样品信息显示屏106b，以获取样品信息，并将样品信息传输控制装置101中，由控制装置101判断该仓位106a上的样品是否为需要加工的样品，若不是，则移动至另一仓位106a中再次扫描该仓位106a上的样品信息显示屏106b，直至找到需加工的样品，寻到需要加工的样品后，由机械手104上的夹具夹持该样品，在视觉装置104a的引导下输送至加工设备107中进行加工，加工完成后，机械手104再次夹持加工完毕后的样品并送回至物料架106上，送回后，由视觉装置104a对加工完毕后的样品进行图像拍摄，且将加工完毕的样品送回至仓位106a后，对应仓位106a的样品信息显示屏106b上的信息会及时更新，将样品放回仓位106a后，在视觉装置104a的引导下，机械手104移动至所述夹具更换工位处，机械手104向下运动将夹具放回夹具架105原来的位置中。

其中，在本实施例中，加工设备107包括数铣装置107a以及打磨装置107b，控制装置101可控制机械手104在视觉装置104a的引导下，将样品分别输送至数铣装置107a以及打磨装置107b内进行相应的加工以及处理。

此外，在本实施例中，在样品信息显示屏106b上的样品信息为二维码以及文字，而二维码内存储的样品信息与控制装置101内的样品信息相对应，且在机械手104靠近时，样品信息显示屏106b才显示相关的样品信息，再通过视觉装置104a扫描二维码所得到的信息可以判断是否跟需加工的样品一致，而文字部分可让工程人员清楚得知该仓位106a上的样品的加工状态，在完成加工后，由于样品的状态发生了改变，样品信息显示屏106b上的二维码与文字会同时更新，更具体地，样品信息显示屏106b采用LCD，且与一单片机相连，在单片机的作用下实时更新样品信息。

请参考图1、图7及图8，控制装置101包括视觉控制器(图中未示)以及显示器(图中未示)，所述视觉控制器分别与视觉装置104a以及所述显示器电连接，在机械手104通过视觉装置104a引导时，视觉装置104a的信号会回传至所述视觉控制器中，所述视觉控制器根据接收到的信号控制机械手104调节其方位，且在视觉装置104a完成样品的图形拍摄后，视觉装置104a会将图像回传至所述视觉控制器中并显示在所述显示器上。具体地，视觉装置104a的视觉引导是基于视觉伺服的，首先，由机械手104上的视觉装置104a观察目标物(如夹具、样品或加工设备107)的大致方位，再在机械手104的运动的过程中，由视觉装置104a观察机械手104与目标物之间的偏差，并根据这个偏差调整机械手104的运动方向，其中，为了保证机械手104位置的准确性，所述视觉控制器会通过视觉装置104a多次获得机械手104的坐标位置，去掉最大值和最小值后，将剩余的坐标位置取平均值，再将处理过后的位置信息传输给机械手104，机械手104依据位置信息进行相应的移动。而视觉装置104a包括相机(图中未示)以及发光件(图中未示)，所述发光件为视觉装置104a拍摄样品图像提供光源，以保证拍摄的效果，而所述相机拍摄后会将图像传输至所述视觉控制器中，所述视觉控制器对接收到的图像进行处理(如搜索样品特征、尺寸测量以及坐标转换等)，可测量样品的外形轮廓、孔径、高度以及面积等尺寸，并将结果以及样品图像输出结果至所述显示器中。

更具体地，所述视觉控制器采用欧姆龙FH-L550型号的控制器，视觉装置104a的相机的主体采用欧姆龙FZ-SC彩色30W CCD摄像元件，相机的镜头采用VS-0620VM型号的镜头，而机械手104采用I RB2600型的工业机器人，当然，可根据加工需求、加工测量精度以及成本等因素调整所述视觉控制器、相机以及机械手104的型号，在此不再赘述。

请参考图1、图3、图4及图5，在本实施例中，小车103为AGV小车，小车103的数量为3辆，在每一辆小车103上设有1个夹具架105以及自动定位装置(图中未示)，所述自动定位装置与控制装置101电连接，所述自动定位装置定位后的定位信息会传输至控制装置101中，控制装置101会根据所接收到的所述定位信息判断小车103现处的具体位置，并根据该位置初步拟定小车103的行走路线并驱动小车103移动至所述夹具更换工位处，而夹具架105与驱动装置(图中未示)相连，所述驱动装置与控制装置101电连接，所述驱动装置会根据由控制装置101输出的信号做出相应的动作(即驱动夹具架105转动或停止夹具架105的转动等)，而夹具架105呈圆盘状结构，能够便于夹具架105的转动，且保证夹具架105上的夹具经转动后正对机械手104时的距离相同，夹具架105中开设有8个夹具口105a，夹具口105a沿夹具架105的周向均匀布置，当然，夹具口105a也可以某一特定的角度分布于夹具架105的周向上，每个夹具口105a中可放置一种夹具，夹具与夹具口105a之间可拆卸，具体地，所述夹具以气动的方式放置于夹具口105a内，夹具口105a也通过气动的方式释放所述夹具。可对小车103以及夹具架105上的夹具口105a进行编号，每个小车103以及夹具架105上的夹具口105a均具有唯一的编号，以相对简洁的方式形成控制装置101内存储的样品信息，如样品1需要1号小车103的夹具架105中的5号夹具口105a中的夹具；样品2需要1号小车103的夹具架105中的1号夹具口105a中的夹具；样品3需要2号小车103的夹具架105中的4号夹具口105a中的夹具等；并将上述样品信息设置并存储于控制装置101内，或者以其他记录方式将样品信息设置于控制装置101内，当需要加工某一种样品时，直接调取与该样品相关的样品信息，并控制小车103、夹具架105以及机械手104进行相应的操作，在本实施例中，夹具口105a的数量为8个，当然，夹具口105a的数量也可为5个、6个或9个等，小车103数量以及夹具口105a的数量均可根据实际生产加工需要以及成本等因素进行调整。

此外，为了便于存放小车103，因此，还设有夹具库20，由于小车103的数量为3辆，夹具库20内分设有3个车位201，每个小车103分别停放在车位201上，并根据控制装置101的信号进行相应的移动，当然，夹具库20的车位201的数量可根据小车103的实际数量进行调整以及划分，车位201的数量可大于或等于小车103的数量。

请参考图1至图8，本发明的自动化加工系统100的具体加工方法如下：先在控制装置101内设定与样品相关的样品信息，如该样品需要哪辆小车103上的夹具架105的哪个夹具口105a上的夹具，以及样品的加工参数以及样品加工标准等相关信息，设置完毕后，当需要加工某种样品时，控制装置101获取与该样品相关的样品信息，获取完毕后，控制装置101驱动对应的小车103移动至所述夹具更换工位处，机械手104在视觉装置104a的引导下也移动至所述夹具更换工位处，小车103上的夹具架105转动，使对应的夹具口105a正对机械手104，机械手104在视觉装置104a的引导下向下运动将该夹具口105a内的夹具安装，夹具安装完毕后，机械手104再在引导下移动至物料架106附近，并由视觉装置104a扫描仓位106a上的样品信息显示屏106b上的二维码，扫描后，若与需加工的样品的样品信息一致时，控制机械手104夹持该仓位106a上的样品，并在视觉装置104a的引导下送至数铣装置107a以及打磨装置107b中进行加工，若与需加工的样品的样品信息不一致时，扫描其他仓位106a上的样品信息显示屏106b的二维码并对比，直至寻找到对应的需加工的样品；在样品加工完毕后，机械手104再次在视觉装置104a的引导下，将加工完毕的样品进行夹持，并将样品输送至原来的仓位106a中，放置完毕后，通过视觉装置104a拍摄样品的图像，控制装置101接收视觉装置104a所拍摄到的图像，并进行相关尺寸检测，检测完毕后将图像以及尺寸结果显示于所述显示屏上，而在机械手104将完成加工的样品放回至仓位106a后，样品信息显示屏106b的二维码以及文字都会进行相应的更新；且机械手104完成样品放置以及视觉装置104a完成样品图像拍摄后，控制装置101再次控制机械手104移动至所述夹具更换工位处，机械手104向下运动将机械手104上的夹具放回至夹具架105的原来的夹具口105a中，当加工下一个样品时，重复上述过程以完成样品的加工。

以上所述仅为本发明所优选的实施例，不能以此来限定本发明的权利范围。在本发明的构思范围内，可以合理地做出相应的变化。因此，本发明的保护范围应以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种自动化加工系统，其特征在于，包括控制装置、机架、机械手、物料架、加工设备以及夹具更换工位，所述控制装置内设有与样品相对应的夹具的样品信息，所述机械手上设有视觉装置，所述机械手以及视觉装置分别与所述控制装置电连接，所述机械手、物料架以及加工设备安装于所述机架上，所述物料架上设有放置所述样品的仓位，每个所述仓位上设置有样品信息显示屏，所述控制装置控制所述机械手移动至所述夹具更换工位，并依据所述样品信息更换对应的夹具，所述机械手可通过所述视觉装置扫描所述样品信息显示屏上的样品信息，以确定并夹持对应的所述样品至所述加工设备中加工；

所述控制装置包括视觉控制器，所述视觉控制器与所述视觉装置电连接，所述视觉控制器可接收所述视觉装置的信号并控制所述机械手动作，其中，在所述机械手的运动的过程中，由所述视觉装置观察所述机械手与目标物之间的偏差，并根据所述机械手与目标物之间的偏差调整所述机械手的运动方向，而且，所述视觉控制器会通过视觉装置多次获得所述机械手的坐标位置，去掉最大值和最小值后，将剩余的坐标位置取平均值，再将处理过后的位置信息传输给所述机械手，所述机械手依据位置信息进行相应的移动；

所述样品信息显示屏上的样品信息包括二维码以及文字；所述二维码内存储的样品信息与所述控制装置内的样品信息相对应，且在所述机械手靠近时，所述样品信息显示屏显示相关的样品信息，再通过所述视觉装置扫描二维码所得到的信息能够判断是否跟需加工的样品一致，而所述文字能够让工程人员清楚得知该仓位上的样品的加工状态，在完成加工后，由于样品的状态发生了改变，所述样品信息显示屏上的二维码与文字会同时更新。

2.如权利要求1所述的自动化加工系统，其特征在于，还包括小车以及放置有所述夹具的夹具架，所述小车以及夹具架分别与所述控制装置电连接，所述夹具架转动安装于所述小车上，所述控制装置依据所述样品信息驱动对应的小车移动至所述夹具更换工位处，以供所述机械手更换对应的夹具。

3.如权利要求2所述的自动化加工系统，其特征在于，所述夹具架呈圆盘状结构，沿所述圆盘状结构的周向上开设有若干夹具口，所述夹具放置于所述夹具口上内。

4.如权利要求2所述的自动化加工系统，其特征在于，所述机械手与夹具架的夹具通过气动的方式可拆卸连接。

5.如权利要求1所述的自动化加工系统，其特征在于，所述控制装置还包括显示器，所述显示器与所述视觉控制器电连接，所述视觉控制器可接收所述视觉装置的信号，并显示于所述显示器上。

6.如权利要求5所述的自动化加工系统，其特征在于，所述视觉装置包括提供光源的发光件以及相机，所述相机拍摄所述样品的图像，并传输至所述视觉控制器中，以使所述图像显示于所述显示屏上。

7.如权利要求1所述的自动化加工系统，其特征在于，还包括导轨，所述导轨安装于所述机架上，所述机械手滑动安装于所述导轨上。

8.一种自动化加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一种如权利要求1-7任一项所述的自动化加工系统；

在控制装置内设定与样品相对应的夹具的样品信息；

所述控制装置根据样品信息控制机械手移动至夹具更换工位，并安装与样品对应的夹具；

机械手移动至物料架处，并通过机械手上所设置的视觉装置扫描样品信息显示屏上的样品信息，并传输至控制装置内，控制装置比对该样品信息，并控制机械手将对应的样品输送至加工设备中进行加工；

样品加工完毕后，机械手将样品输送至物料架原来的仓位中，且通过视觉装置拍摄样品的图像并将所述图像传输至控制装置中，并更新样品信息显示屏上的样品信息；

样品放置完毕后，控制装置控制机械手移动至夹具更换工位处，并将夹具释放。