CN110497435A - 一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，包括触点开关和机器视觉定位模块，其特征在于：包括上圆盘和下圆盘，所述上圆盘与所述下圆盘经多个缓冲机构连接，所述下圆盘下表面上以下圆盘圆心为中心环形阵列设置有真空吸盘；所述下圆盘上表面设置有真空发生器，所述真空发生器进气端经管路与所述真空吸盘出气端连接，所述真空发生器与所述真空吸盘一一对应，且所述真空发生器与所述真空吸盘数量相同，所述上圆盘下表面设置有分路阀，且所述分路阀经管路与外部真空泵连接；所述下圆盘上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内穿过设置有所述触点开关；本发明结构简单，操作便捷，实现了机械式的在线更换砂轮片，减少耗时且提高工作效率。

Description

一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手

技术领域

本发明涉及砂轮片拆装领域，特别是一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手。

背景技术

砂轮片是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮片是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体；由于磨料、结合剂及制造工艺不同，砂轮片的特性差别很大，因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响；砂轮片的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定。

由于砂轮片是有使用寿命的，所以在使用一段时间过后需将砂轮片进行更换，目前常用且唯一的更换方式为人工更换，通过手工拆除砂轮锯主轴上的固定螺母、垫片，并用新砂轮片替换旧砂轮片，由于大型砂轮片体积大（直径可达1200mm）、重量重（质量可达50kg以上），更换效率低、劳动强度大、人工成本高、更换的可靠性不高；且现有技术中的大型砂轮片使用与钢材的热切割，工作量大通常为全天候工作，一个砂轮片工作时间在一个多小时左右，人工更换时一般需要两个工人半个小时限制了生产效率；而且工人工作的环境条件恶劣，砂轮片的质量大，会造成比较大的安全隐患；由于生产线停下来会导致严重的生产问题所以采用两台设备切换使用，采用这种方法大大限制了设备的利用效率，增加了成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，实现了机械式的在线更换砂轮片，减少耗时且提高工作效率。

本发明采用以下方法来实现：一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，包括触点开关和机器视觉定位模块，其特征在于：包括上圆盘和下圆盘，所述上圆盘与所述下圆盘经多个缓冲机构连接，所述下圆盘下表面上以下圆盘圆心为中心环形阵列设置有真空吸盘；所述下圆盘上表面设置有真空发生器，所述真空发生器进气端经管路与所述真空吸盘出气端连接，所述真空发生器与所述真空吸盘一一对应，且所述真空发生器与所述真空吸盘数量相同，所述上圆盘下表面设置有分路阀，且所述分路阀经管路与外部真空泵连接；所述下圆盘上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内穿过设置有所述触点开关；所述机器视觉定位模块设置于所述第二通孔上方，所述下圆盘下表面设置有为所述机器视觉定位模块提供光源的LED光环，所述LED光环设置于所述第二通孔的周侧。

进一步的，所述机器视觉定位模块的定位方法为：首先通过图像分割算法，提取指定区域的图像；进行图像定位的模板匹配，匹配成功后，通过Canny算法对图像进行预处理，再对其边缘点进行Hough变换，得到图像边缘的斜率和在插值方向的相应边缘点，通过坐标变换将梯度方向旋转至与插值方向一致，提取图像中心点坐标。

进一步的，所述下圆盘上表面设置有用于固定所述触点开关的第一L形支座，且所述第一L形支座设置于所述第一通孔周侧；所述下圆盘上表面设置有用于固定所述机器视觉定位模块的第二L形支座，所述第二L形支座设置于所述第二通孔周侧。

进一步的，还包括设置在下圆盘上表面且与所述真空发生器相配合的空气过滤器和气压检测器，所述分路阀进气口经管路与所述真空发生器出气口相连接，所述真空发生器进气口经管路分别与所述气压检测器进气口和所述空气过滤器出气口相连接，所述空气过滤器与所述真空吸盘相连接。

进一步的，还包括用于检测所述真空吸盘的两种检测模式，所述以下两种检测模式包括：

自检测模式：当真空吸盘吸起砂轮片时，通过气压检测器检测各个真空吸盘吸持砂轮片的气压值，当各个真空吸盘的气压检测器检测到的气压值在预定气压值内，且各个真空吸盘之间的气压差值不大于设定值时，判断每个真空吸盘为正常；当任意一个真空吸盘的气压检测器检测到的气压值不是预定气压值，且该真空吸盘与其他真空吸盘之间的气压差值大于设定值时，判断该真空吸盘损坏；

工作模式：当真空吸盘吸持砂轮片时，每个真空吸盘的气压检测器检测到的气压达到预定气压值，触点开关被按压达到常开状态，两个条件同时满足，判断真空吸盘将砂轮片吸起，两个条件只有一个条件满足或两个条件均不满足，判断真空吸盘未吸起砂轮片。

进一步的，所述真空吸盘包括吸盘和吸盘箍，所述吸盘箍设置于所述吸盘上，所述吸盘箍内设置有一气腔，所述吸盘箍下表面开设有多个出气孔，所述吸盘箍出气口内上设置有出气管，所述出气管出气口与所述空气过滤器进气口连接，所述出气管外周侧壁套设有第二套筒，所述第二套筒穿过所述下圆盘，所述第二套筒外周侧壁上设置有外螺纹，所述第二套筒上端用第一螺母固定，所述第一螺母设置于所述下圆盘上表面，所述第二套筒下端用第二螺母固定，所述第二螺母设置于所述吸盘箍上。

进一步的，所述上圆盘上以上圆盘圆心为中心环形阵列开设有第三通孔，所述缓冲机构包括第一套筒和嵌入第一套筒内的限位杆，所述第一套筒穿过所述第三通孔固定在所述上圆盘上，所述上圆盘上表面以上圆盘圆心为中心环形阵列设置有用于固定所述第一套筒的第一固定块，所述限位杆下端面固定设置于所述下圆盘的上表面，所述第一套筒内设置有一限位环，所述限位杆穿过所述限位环，所述限位杆外周侧壁上设置有弹簧，所述弹簧一端固定在所述限位环上，所述弹簧另一端固定在所述下圆盘上表面。

进一步的，所述上圆盘上表面中部设置有与所述机械臂连接固定的第二固定块。

进一步的，还包括一四轴机械臂，所述四轴机械臂经所述第二固定块与所述上圆盘连接形成机械手，所述四轴机械臂固定在一底座上。

进一步的，所述上圆盘上表面以上圆盘圆心为中心环形阵列开设有用于减重的第四通孔，所述第四通孔位于两两第三通孔之间，所述下圆盘中部开设有用于减重的第五通孔。

本发明的有益效果在于：本发明在装置中加入了真空发生器和真空吸盘，使得能够将砂轮片吸起进行更换拆装，耗时短，可以大大降低工人的劳动强度，提高工作效率；装置中加入了缓冲机构，在真空吸盘将砂轮片吸起时，能够进行缓冲作用；在装置中加入了机器视觉定位模块和触点开关，使得机器视觉定位模块可定位砂轮片的位置，装置可更准确的吸住砂轮片进行更换，触点开关可感应真空吸盘是否吸起砂轮片，避免重复工作；本发明结构简单，操作便捷，大大的降低了工作难度，提高了安全性，避免了工人由于搬运砂轮片受伤。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的仰视图。

图3为本发明的主视图。

图4为所述真空吸盘的结构示意图。

图5为真空发生器的连接示意图。

图6为所述四轴机械手的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1至图3所示，本发明提供了一实施例：一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，包括触点开关1和机器视觉定位模块2，使得触点开关1能够用于感应砂轮片，机器视觉定位模块2可以定位到砂轮片的位置，包括上圆盘3和下圆盘4，所述上圆盘3与所述下圆盘4经多个缓冲机构5连接，使得在真空吸盘41吸起砂轮片时，缓冲机构5能够对其进行缓冲，起到减震效果，使得真空吸盘41能够更好的将砂轮片吸起，所述下圆盘4下表面上以下圆盘4圆心为中心环形阵列设置有真空吸盘41，用于吸起砂轮片，对砂轮片进行拆装更换；所述下圆盘4上表面设置有真空发生器6，所述真空发生器6进气端经管路与所述真空吸盘41出气端连接，所述真空发生器6与所述真空吸盘41一一对应，且所述真空发生器6与所述真空吸盘41数量相同，使得真空发生器6能够吸起所述真空吸盘41的空气，这样真空吸盘41能够将砂轮片吸起；所述上圆盘3下表面设置有分路阀31，且所述分路阀31经管路与外部真空泵（未图示）连接，使得外部真空泵经分路阀31能够将真空吸盘41的空气吸走；所述下圆盘4上开设有第一通孔42和第二通孔43，所述第一通孔42内穿过设置有所述触点开关1；所述机器视觉定位模块2设置于所述第二通孔43上方，所述下圆盘4下表面设置有为所述机器视觉定位模块2提供光源的LED光环21，所述LED光环21设置于所述第二通孔43的周侧；使得在机器视觉定位模块2进行拍摄时，LED光环21可为机器视觉定位模块2提供光源，使得机器视觉定位模块2能够清楚的进行拍摄。

所述机器视觉定位模块的定位方法为：首先通过图像分割算法，提取指定区域的图像；进行图像定位的模板匹配，匹配成功后，通过Canny算法对图像进行预处理，再对其边缘点进行Hough变换，得到图像边缘的斜率和在插值方向的相应边缘点，通过坐标变换将梯度方向旋转至与插值方向一致，提取图像中心点坐标。由于砂轮锯主轴图像中有较强的自相关性，因此，在进行模板匹配计算时，对象物的图像就在以对象物存在的地方为中心形成平缓的峰，这样，即使模板匹配时从图像对象物的真实位置稍微离开一点，图像上平缓的峰会表现出比其更尖锐的分布，从而利于砂轮锯主轴精确定位。

所述下圆盘4上表面设置有用于固定所述触点开关1的第一L形支座44，且所述第一L形支座44设置于所述第一通孔42周侧，使得第一L形支座44能够将触点开关1进行固定；所述下圆盘4上表面设置有用于固定所述机器视觉定位模块2的第二L形支座45，所述第二L形支座45设置于所述第二通孔43周侧。

请参阅图5所示，还包括设置在下圆盘4上表面且与所述真空发生器6相配合的空气过滤器61和气压检测器62，所述分路阀31进气口经管路与所述真空发生器6出气口相连接，所述真空发生器6进气口经管路分别与所述气压检测器62进气口和所述空气过滤器61出气口相连接，所述空气过滤器61与所述真空吸盘41相连接。使得外部真空泵通过分路阀31对真空发生器6进行吸气，真空发生器6经空气过滤器61对真空吸盘41进行吸气，使得空气过滤器61能够对真空吸盘41中吸起的空气进行过滤，这样真空吸盘41由于空气被抽走就能够吸起砂轮片。

进一步的，还包括用于检测所述真空吸盘的两种检测模式，所述以下两种检测模式包括：

自检测模式：当真空吸盘吸起砂轮片时，通过气压检测器检测各个真空吸盘吸持砂轮片的气压值，当各个真空吸盘的气压检测器检测到的气压值在预定气压值内，且各个真空吸盘之间的气压差值不大于设定值时，判断每个真空吸盘为正常；当任意一个真空吸盘的气压检测器检测到的气压值不是预定气压值，且该真空吸盘与其他真空吸盘之间的气压差值大于设定值时，判断该真空吸盘损坏；预定气压值的范围在0.01MPa-0.04MPa之间，较佳的为0.02MPa，气压差值的设定值范围在0.000001MPa-0.000002MPa之间，较佳的为0.000001MPa，但不仅限于此。

工作模式：当真空吸盘吸持砂轮片时，每个真空吸盘的气压检测器检测到的气压达到预定气压值，触点开关被按压达到常开状态，两个条件同时满足，判断真空吸盘将砂轮片吸起，两个条件只有一个条件满足或两个条件均不满足，判断真空吸盘未吸起砂轮片。

请参阅图4所示，所述真空吸盘41包括吸盘47和吸盘箍48，所述吸盘箍48设置于所述吸盘47上，所述吸盘箍48内设置有一气腔49，所述吸盘箍48下表面开设有多个出气孔481，所述吸盘箍48出气口内上设置有出气管482，所述出气管482出气口与所述空气过滤器61进气口连接，所述出气管482外周侧壁套设有第二套筒7，所述第二套筒7穿过所述下圆盘4，所述第二套筒7外周侧壁上设置有外螺纹（未图示），所述第二套筒7上端用第一螺母71固定，所述第一螺母71设置于所述下圆盘4上表面，所述第二套筒7下端用第二螺母72固定，所述第二螺母72设置于所述吸盘箍48上。使得通过固定第二套筒7，出气管482可连接空气过滤器61和吸盘箍48，使得空气过滤器61可将气压输送至气腔49内，再通过出气孔481将气压输送至吸盘47，使得吸盘47可产生吸力将砂轮片吸起。

请继续参阅图1所示，本发明一实施例中，所述上圆盘3上以上圆盘3圆心为中心环形阵列开设有第三通孔（未图示），所述缓冲机构5包括第一套筒51和嵌入第一套筒51内的限位杆52，所述第一套筒51穿过所述第三通孔固定在所述上圆盘3上，所述上圆盘3上表面以上圆盘3圆心为中心环形阵列设置有用于固定所述第一套筒51的第一固定块53，所述限位杆52下端面固定设置于所述下圆盘3的上表面，所述第一套筒51内设置有一限位环54，所述限位杆52穿过所述限位环54，所述限位杆52外周侧壁上设置有弹簧55，所述弹簧55一端固定在所述限位环54上，所述弹簧55另一端固定在所述下圆盘4上表面。使得真空吸盘41按压吸起砂轮片时，通过限位杆52和第一套筒51的配合，使得限位杆52可在第一套筒51内上下移动，弹簧55可在限位杆52上下移动时，进行减震缓冲的作用。

请参阅图6所示，本发明一实施例中，所述上圆盘3上表面中部设置有与所述机械臂连接固定的第二固定块32；还包括一四轴机械臂8，所述四轴机械臂8经所述第二固定块32与所述上圆盘3连接形成机械手，更好的对砂轮片进行吸持和转运，所述四轴机械臂8固定在一底座81上。

请继续参阅图1所示，本发明一实施例中，所述上圆盘3上表面以上圆盘3圆心为中心环形阵列开设有用于减重的第四通孔33，所述第四通孔33位于两两第三通孔之间，所述下圆盘4中部开设有用于减重的第五通孔46。

本发明的工作原理：将四轴机械臂与第二固定块连接固定形成机械手，将机械手进行移动，移动至需要拆卸的砂轮片位置，机器视觉定位模块定位到砂轮片位置，机械手向下移动至砂轮片表面，开启外部真空泵，通过分路阀对各个真空发生器进行吸气操作，真空发生器经管路将气压输送至气压检测器，真空发生器经空气过滤器对真空吸盘进行吸气操作，真空吸盘开始工作，将砂轮片吸起，砂轮片吸起时由于按压到触点开关，触点开关能够感应到砂轮片是否有吸起，然后将需更换的砂轮片放置在废料区内，关闭外部真空泵，真空吸盘放下需更换的砂轮片；然后移动机械手至新的砂轮片的放置区，机器视觉定位模块拍摄到新砂轮片，对新的砂轮片位置进行定位，机械手向下移动至新的砂轮片表面，开启外部真空泵，通过分路阀对各个真空发生器进行吸气操作，真空发生器经管路将气压输送至气压检测器，真空发生器经空气过滤器对真空吸盘进行吸气操作，真空吸盘开始工作，将新砂轮片吸起，当真空吸盘吸持砂轮片时，每个真空吸盘的气压检测器检测到的气压达到预定气压值，触点开关被按压达到常开状态，两个条件同时满足，判断真空吸盘将砂轮片吸起，两个条件只有一个条件满足或两个条件均不满足，判断真空吸盘未吸起砂轮片；若是未吸起，触点开关就发送信号给机械手，再重复一遍操作，吸起后，机械手移动至需安装新砂轮片的位置，将新的砂轮片安装在机器上，这样就进行了一次砂轮片的拆装更换。

本发明中的真空发生器、空气过滤器、气压检测器、触点开关、分路阀和机器视觉定位模块的结构和电路原理均为现有技术，本领域技术人员已经能够清楚了解，在此不进行详细说明，并且本发明保护的是砂轮片拆装机械手的结构，本发明中采用的机器视觉定位模块较佳的型号可以是基恩士 机械手视觉系统 CV-X400，真空发生器较佳的型号可以是费斯托真空发生器VADMI-95-P，气压检测器较佳的可以是昊胜气压检测器，但不仅限于此。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，包括触点开关和机器视觉定位模块，其特征在于：包括上圆盘和下圆盘，所述上圆盘与所述下圆盘经多个缓冲机构连接，所述下圆盘下表面上以下圆盘圆心为中心环形阵列设置有真空吸盘；所述下圆盘上表面设置有真空发生器，所述真空发生器进气端经管路与所述真空吸盘出气端连接，所述真空发生器与所述真空吸盘一一对应，且所述真空发生器与所述真空吸盘数量相同，所述上圆盘下表面设置有分路阀，且所述分路阀经管路与外部真空泵连接；所述下圆盘上开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内穿过设置有所述触点开关；所述机器视觉定位模块设置于所述第二通孔上方，所述下圆盘下表面设置有为所述机器视觉定位模块提供光源的LED光环，所述LED光环设置于所述第二通孔的周侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：所述机器视觉定位模块的定位方法为：首先通过图像分割算法，提取指定区域的图像；进行图像定位的模板匹配，匹配成功后，通过Canny算法对图像进行预处理，再对其边缘点进行Hough变换，得到图像边缘的斜率和在插值方向的相应边缘点，通过坐标变换将梯度方向旋转至与插值方向一致，提取图像中心点坐标。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：所述下圆盘上表面设置有用于固定所述触点开关的第一L形支座，且所述第一L形支座设置于所述第一通孔周侧；所述下圆盘上表面设置有用于固定所述机器视觉定位模块的第二L形支座，所述第二L形支座设置于所述第二通孔周侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：还包括设置在下圆盘上表面且与所述真空发生器相配合的空气过滤器和气压检测器，所述分路阀进气口经管路与所述真空发生器出气口相连接，所述真空发生器进气口经管路分别与所述气压检测器进气口和所述空气过滤器出气口相连接，所述空气过滤器与所述真空吸盘相连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：还包括用于检测所述真空吸盘的两种检测模式，所述以下两种检测模式包括：

自检测模式：当真空吸盘吸起砂轮片时，通过气压检测器检测各个真空吸盘吸持砂轮片的气压值，当各个真空吸盘的气压检测器检测到的气压值在预定气压值内，且各个真空吸盘之间的气压差值不大于设定值时，判断每个真空吸盘为正常；当任意一个真空吸盘的气压检测器检测到的气压值不是预定气压值，且该真空吸盘与其他真空吸盘之间的气压差值大于设定值时，判断该真空吸盘损坏；

工作模式：当真空吸盘吸持砂轮片时，每个真空吸盘的气压检测器检测到的气压达到预定气压值，触点开关被按压达到常开状态，两个条件同时满足，判断真空吸盘将砂轮片吸起，两个条件只有一个条件满足或两个条件均不满足，判断真空吸盘未吸起砂轮片。

6.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：所述真空吸盘包括吸盘和吸盘箍，所述吸盘箍设置于所述吸盘上，所述吸盘箍内设置有一气腔，所述吸盘箍下表面开设有多个出气孔，所述吸盘箍出气口内上设置有出气管，所述出气管出气口与所述空气过滤器进气口连接，所述出气管外周侧壁套设有第二套筒，所述第二套筒穿过所述下圆盘，所述第二套筒外周侧壁上设置有外螺纹，所述第二套筒上端用第一螺母固定，所述第一螺母设置于所述下圆盘上表面，所述第二套筒下端用第二螺母固定，所述第二螺母设置于所述吸盘箍上。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：所述上圆盘上以上圆盘圆心为中心环形阵列开设有第三通孔，所述缓冲机构包括第一套筒和嵌入第一套筒内的限位杆，所述第一套筒穿过所述第三通孔固定在所述上圆盘上，所述上圆盘上表面以上圆盘圆心为中心环形阵列设置有用于固定所述第一套筒的第一固定块，所述限位杆下端面固定设置于所述下圆盘的上表面，所述第一套筒内设置有一限位环，所述限位杆穿过所述限位环，所述限位杆外周侧壁上设置有弹簧，所述弹簧一端固定在所述限位环上，所述弹簧另一端固定在所述下圆盘上表面。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：所述上圆盘上表面中部设置有与所述机械臂连接固定的第二固定块。

9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：还包括一四轴机械臂，所述四轴机械臂经所述第二固定块与所述上圆盘连接形成机械手，所述四轴机械臂固定在一底座上。

10.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉定位模块的砂轮片拆装机械手，其特征在于：所述上圆盘上表面以上圆盘圆心为中心环形阵列开设有用于减重的第四通孔，所述第四通孔位于两两第三通孔之间，所述下圆盘中部开设有用于减重的第五通孔。