CN111015208A - 一种充电设备的自动装配检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种充电设备的自动装配检测装置，包括X轴、Y轴、Z轴位移机构、图像采集模组、螺丝枪模组、压紧机构、检测模组；所述图像采集模组、螺丝枪模组设置于所述Z轴位移机构上；所述压紧机构包括压板、驱动所述压板摆动压紧于所述容置座的压紧驱动机构；所述检测模组包括第一检测机构，所述第一检测机构包括滑架、滑轴、插座、与所述压板固定连接的安装座，所述插座上插装有至少一对测试针。本发明实施例还公开了一种使用上述充电设备的自动装配检测装置进行装配与检测的方法。本发明实现对螺丝孔进行自化识别、定位、自动装配，且进行自动通电识别，提高了产品的装配及检测效率。

Description

一种充电设备的自动装配检测装置及方法
技术领域
本发明涉及智能化生产领域，尤其涉及一种充电设备的自动装配检测装置及方法。
背景技术
在现有技术中，大多数小家电、玩具及工具等设备均需要使用螺丝进行锁定装配，是生产制造中所必不可缺少的重要工序，现有技术中常采用人工进行螺丝装配，而随着自动螺丝枪的发明，人工操作变得更为简单，但其仍依赖地人工肉眼进行操作上螺丝，且对于所要装配的螺丝孔的数量位置不一，难以通过人工以最佳效率进行装配，且对于充电类的设备还需要在装配完成后另外离线进行通电检测，此两个过程限制了其装配及检测的效率，且成生本仍高。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种充电设备的自动装配检测装置及方法。可使充电类产品。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种充电设备的自动装配检测装置，包括X轴、Y轴、Z轴位移机构、图像采集模组、螺丝枪模组、压紧机构、检测模组；
所述Z轴位移机构滑动设置于所述X轴位移机构上，所述图像采集模组、螺丝枪模组设置于所述Z轴位移机构上；
所述图像采集模组包括光源模块、摄像头模块以及测距传感器；
所述X轴上滑动设置有支撑板，所述支撑板上固定设置有容置座，所述压紧机构、检测模组均设置于所述支撑板上；
所述压紧机构包括一压板、驱动所述压板摆动压紧于所述容置座的压紧驱动机构；
所述检测模组包括第一检测机构，所述第一检测机构包括滑架、滑轴、插座、与所述压板固定连接的安装座，所述滑架具有一对斜槽，所述滑轴滑动设置于所述一对斜槽之间，所述插座上下滑动设置于所述安装座上，所述插座上插装有至少一对测试针，所述滑架由第一驱动机构驱动水平滑动，所述滑轴与所述插座固定连接。
进一步地，所述插座为对称的一对导电座，所述导电座具有切缝，所述切缝内设置有至少一对安装所述测试针的凹槽，所述一对导电座之间设置有楔形块，使所述测试针夹紧于所述凹槽中。
更进一步地，所述检测模组还包括设置于所述支撑板一端部的第二检测机构，所述第二检测机构包括一竖向设置的固定板，固定设置于所述固定板上的一对导电座，所述导电座具有切缝，所述切缝内设置有至少一对安装所述测试针的凹槽，所述一对导电座之间设置有楔形块，使所述测试针夹紧于所述凹槽中，所述固定板由第二驱动机构驱动滑动。
更进一步地，所述压紧机构还包括支座、转动座、与所述支座转动连接的连杆，所述压板中部与所述连杆转动连接，所述压板端部与所述转动座转动连接，所述压紧驱动机构固定设置于所述支座上，且其输出端与所述转动座固定连接。
更进一步地，所述Z轴位移机构包括丝杆副以及驱动所述丝杆幅的电机。
更进一步地，所述螺丝枪模组包括侧板、固定设置于所述侧板上的下压气缸、螺丝枪，所述螺丝枪具有固定块，所述下压气缸的输出杆与所述固定块之间设置有缓冲弹簧。
相应地，本发明实施例还提供了一种使用上述充电设备的自动装配检测装置进行装配与检测的方法，以下步骤：
S1：通过所述X轴、Y轴位移机构的驱动，使所述图像采集模组对所述容置座中的待装配件进行图像扫描，并拼接为整体图像，并定位螺丝孔的位置，并结合扫描起始点计算出机械坐标；
S2：识别出所有所述螺丝孔和充电指示灯的位置，并利用所述测距传感器测出所述螺丝孔和所述充电指示灯的Z坐标；
S3：根据所述螺丝孔和所述充电指示灯的X、Y、Z坐标计算两两所述螺丝孔或充电指示灯位置之间的距离，
Figure BDA0002305507610000021
S4：设螺丝孔加充电指示灯的位置为N+1个，将寻优路径过程分为N个阶段，记从位置xN到xN+1的第N阶段产生的距离为r(xN,μN)，
Figure BDA0002305507610000031
最优路径为fN(x1)，x1为起始点，原问题转化为
fN(x1)＝opt{fN-1(x1)+r(xN,μN)}
＝opt{fN-2(x1)+r(xN-1,μN-1)+r(xN,μN)}
＝opt{fN-3(x1)+r(xN-2,μN-2)+
r(xN-1,μN-1)+r(xN,μN)}
进一步地，所述定位螺丝孔的位置的步骤包括：
S11：通过图像采集模组移动至各个螺丝孔的位置重新拍照；
S12：通过Canny并使用滤波器掩码检测阶梯边沿，实现亚像素提取螺丝孔轮廓，通过所述螺丝孔轮廓的圆心度进行筛选，找出最优轮廓，并拟合成圆，求出圆心坐标。
更进一步地，所述定位螺丝孔的位置的步骤还包括：对所述整体图像进行开运算和闭运算去除区域中的多余间隙和多余毛刺，再通过圆度和螺丝孔的像素宽高范围筛选出螺丝孔的初步位置。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：可对充电设备所需要装配的螺丝孔进行自化识别、定位、自动装配，且进行自动通电识别，可有效地提高了产品的装配及检测效率，提高了自动化生产程度、降低了生产成本、满足实际生产的需求。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是螺丝枪模组的结构示意图；
图3是螺丝枪模组的结构示意图；
图4是螺丝枪模组的结构示意图；
图5是第一检测机构的结构示意图；
图6是第二检测机构的结构示意图；
图7是路径规划过程的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参照图1所示的结构示意图。
本发明实施例的一种充电设备的自动装配检测装置，包括X轴位移机构1、Y轴位移机构2、Z轴位移机构3、图像采集模组4、螺丝枪模组5、压紧机构6、检测模组7。
X轴位移机构1、Y轴位移机构2、Z轴位移机构3可选择现有技术中常见的装置，如丝杆副传动、电缸等，在本实施例中选择为电机与同步带联动的实施方式，而Z轴位移机构3优选为电机与丝杆副的传动方式。
Z轴位移机构3滑动设置于X轴位移机构1上，图像采集模组、螺丝枪模组设置于所述Z轴位移机构3上，Z轴位移机构3包括丝杆副31以及驱动所述丝杆副的电机32。
图像采集模组4包括光源模块41、摄像头模块42以及测距传感器43。
如图2所示，螺丝枪模组5包括侧板51、固定设置于侧板51上的下压气缸52、螺丝枪53，螺丝枪具53有固定块54，固定块54具有滑孔，下压气缸51的输出杆55滑动设置于滑孔中，且其输出杆上固定设置有限位块56，在限位块56与固定块54之间设置有缓冲弹簧57，使得下压气缸52可以以具有缓冲的使螺丝枪53下压进行螺丝装配，且能对产品进行保护。
再如图1，X轴位移机构1上滑动设置有支撑板11，支撑板11上固定设置有容置座12，压紧机构6、检测模组7均设置于所述支撑板上；容置座12根据产品的形状而定，使得产品能通过压紧机构6压紧于容置座12即可，在本实施例中，以电蚊拍产品为例，容置座12满足放置其柄部即可。
如图3所示，压紧机构6包括一压板61、支座62、转动座63、连杆64、驱动压板61摆动将待装配产品压紧于容置座12中的压紧驱动机构65，连杆64一端转动设置于支座62上，另一端与压板61的中部转动连接，压板61端部通过转轴66与转动座63转动连接，压紧驱动机构65优选为气缸，固定设置于支座62上，且其输出端与转轴66连接，在压紧驱动机构65的驱动上，使得压板61可以摆动将产品固定压合于容置座12中，以便于螺丝装配。
如图4所示，检测模组7包括第一检测机构71、第二检测机构72。检测模组7用于对充电类产品进行充电测试。
再结合图5所示，第一检测机构71包括滑架711、滑轴712、插座713、与压板61固定连接的安装座714，滑架711具有一对斜槽715，所述滑轴712滑动设置于一对斜槽715之间，所述插座713上下滑动设置于所述安装座714上，所述插座714上插装有至少一对测试针716，滑架711由第一驱动机构717驱动水平滑动，滑轴712与插座713固定连接。第一驱动机构717为气缸。
为了对应不同标准的回收于产品内的插头进行充电测试，在本实施例中，优选设置对应两个国家标准插头位置的两对测试针。
插座713为对称的一对导电座713A、713B，导电座具有切缝713C，所述切缝714C内设置有至少一对安装测试针的凹槽，所述一对导电座之间设置有楔形块713D，通过楔形块713D对其两侧上的一对导电座713A、713B进行施压，使测试针夹紧于所述凹槽中，同时也通过此结构也利于更换测试针716。
如图6，第二检测机构72包括一竖向设置的固定板721，固定设置于所述固定板上的一对导电座722，所述导电座722具有切缝723，所述切缝内设置有至少一对安装所述测试针的凹槽，所述一对导电座之间或其上设置有楔形块724，使所述测试针夹紧于所述凹槽中，所述固定板721由第二驱动机构725驱动滑动，第二驱动机构725优选为气缸。
通过第一检测机构71、第二检测机构72的配合，可对市面上常见的位于充电类产品下方或尾端的翻转插头进行通电检测。
本发明实施例还提供了一种使用上述充电设备的自动装配检测装置进行装配与检测的方法。
通过机器示教计算出螺丝枪、摄像头模块、测距传感器的相对距离。
以电蚊拍为例，以电蚊拍尾部螺丝孔为起始点，摄像头模块连续扫描获得3×8幅图像，采用SUFT算法实现图像的拼接融合，获得电蚊拍的整体图像，如下图所示。以拼接后的图像为处理，使用图像处理获得螺丝孔的初步定位。
进行阈值处理提取出图像中的阈值较低的区域，通过图像开运算和闭运算去除区域中的多余间隙和多余毛刺，之后通过圆度和螺丝孔的像素宽高范围筛选出螺丝孔的初步位置。该初步位置由3×8幅图像拼接而成的整体图像获得，由于拼接误差的存在导致无法得到螺丝孔的精确位置，只能作为初步定位。并结合扫描起始点和标定得到的脉冲像素转换比计算出机械坐标。
随后进行精确螺丝孔位识别。
①摄像头模块分别移动到各个螺丝孔的初步定位位置重新拍照。
②通过Canny的“高斯导数”滤波器(使用滤波器掩码)来检测阶梯边沿，实现亚像素提取螺丝孔轮廓。
③通过轮廓的圆心度进行筛选，找出最优轮廓。
④将轮廓拟合成圆，求出圆心坐标。
⑤为排除其他螺丝孔干扰，筛选出重新拍照后的图像中离图像中心最近的螺丝孔，计算出单个螺丝孔的像素坐标，利用像素坐标与图像中心的差值进行粗略定位坐标的补偿，分别完成单个螺丝孔的精确定位，该螺丝孔的位置即为精确定位。
⑥通过机器示教得到的螺丝枪、摄像头模块、测距传感器的相对距离关系，将图像坐标和测距传感器得到的高度坐标换算成螺丝刀坐标。
螺丝孔位精确测距：为防止螺丝枪头部在上螺丝过程中发生碰撞且上螺丝高度尽可能地低，测距传感器移动至各个螺丝孔边缘进行测距，之后与示教获得的测距传感器距离基准值对比进行补偿，确定螺丝枪移动至各个螺丝孔时该抬升的距离。
最优路径规划：
本实施例功能除了电蚊拍自动上螺丝之外，还兼有充电指示灯检测功能，在上螺丝过程中移动至充电指示灯位置拍照，利用机器视觉识别充电指示灯是否能够正常点亮，实现路径最短有利于缩短单个产品的生产时间。
为确保电蚊拍上螺丝过程中的稳定，将电蚊拍中间的螺丝孔定为上螺丝起始点，同时将其作为终点，螺丝上完后加充电指示灯检测完成后回到电蚊拍中间螺丝孔，准备下一支电蚊拍的上螺丝，利用动态规划逆序算法计算遍历螺丝孔最短路径，缩短上螺丝时间。最优路径识别步骤如下：
A、识别出所有螺丝孔和充电指示灯位置，计算出螺丝孔和充电指示灯的X、Y坐标，并利用测距传感器测出螺丝孔和充电指示灯的Z坐标；
B、根据螺丝孔和充电指示灯的X、Y、Z坐标电蚊拍两两螺丝孔或充电指示灯位置之间的距离，
Figure BDA0002305507610000061
C、假定测得的螺丝孔加充电指示灯的位置为N+1个(中间螺丝孔作为起点和终点)，若采用穷举法进行计算最优路径，孔数多时会导致计算量过大，计算时间长，甚至无法计算，故采用动态规划逆序法简化运算进行求解。
将寻优路径过程分为N个阶段，记从位置xN到xN+1的第N阶段产生的距离为r(xN,μN)，
Figure BDA0002305507610000062
最优路径为fN(x1)，x1为起始点，原问题转化为
fN(x1)＝opt{fN-1(x1)+r(xN,μN)}
＝opt{fN-2(x1)+r(xN-1,μN-1)+r(xN,μN)}
＝opt{fN-3(x1)+r(xN-2,μN-2)+
r(xN-1,μN-1)+r(xN,μN)}
进行将原问题分解为若干子问题。
例如：记螺丝孔中间孔为起始点A，如图所示，假定机器视觉识别有4个位置A、B、C、D：如图7所示。
从第四阶段开始，状态变量x4可取三种状态B、C、D，求得f1(B－＞A)、f1(C－＞A)、f1(D－＞A)。
第三阶段，求得f2(B－＞A)、f2(C－＞A)、f2(D－＞A)，以f2(B－＞A)为例，求得
Figure BDA0002305507610000071
同理可求得f2(C－＞A)、f2(D－＞A)。
第二阶段，求得f3(B－＞A)、f3(C－＞A)、f3(D－＞A)，以f3(B－＞A)为例，求得
Figure BDA0002305507610000072
同理可求得f3(C－＞A)、f3(D－＞A)。
第一阶段，求得f4(A－＞A)，求得
Figure BDA0002305507610000073
使得f4(A－＞A)的路径即为最短路径。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种充电设备的自动装配检测装置，其特征在于，包括X轴、Y轴、Z轴位移机构、图像采集模组、螺丝枪模组、压紧机构、检测模组；
所述Z轴位移机构滑动设置于所述X轴位移机构上，所述图像采集模组、螺丝枪模组设置于所述Z轴位移机构上；
所述图像采集模组包括光源模块、摄像头模块以及测距传感器；
所述X轴位移机构上滑动设置有支撑板，所述支撑板上固定设置有容置座，所述压紧机构、检测模组均设置于所述支撑板上；
所述压紧机构包括一压板、驱动所述压板摆动压紧于所述容置座的压紧驱动机构；
所述检测模组包括第一检测机构，所述第一检测机构包括滑架、滑轴、插座、与所述压板固定连接的安装座，所述滑架具有一对斜槽，所述滑轴滑动设置于所述一对斜槽之间，所述插座上下滑动设置于所述安装座上，所述插座上插装有至少一对测试针，所述滑架由第一驱动机构驱动水平滑动，所述滑轴与所述插座固定连接。
2.根据权利要求1所述的充电设备的自动装配检测装置，其特征在于，所述插座为对称的一对导电座，所述导电座具有切缝，所述切缝内设置有至少一对安装所述测试针的凹槽，所述一对导电座之间设置有楔形块，使所述测试针夹紧于所述凹槽中。
3.根据权利要求1所述的充电设备的自动装配检测装置，其特征在于，所述检测模组还包括设置于所述支撑板一端部的第二检测机构，所述第二检测机构包括一竖向设置的固定板，固定设置于所述固定板上的一对导电座，所述导电座具有切缝，所述切缝内设置有至少一对安装所述测试针的凹槽，所述一对导电座之间设置有楔形块，使所述测试针夹紧于所述凹槽中，所述固定板由第二驱动机构驱动滑动。
4.根据权利要求2或3所述的充电设备的自动装配检测装置，其特征在于，所述压紧机构还包括支座、转动座、与所述支座转动连接的连杆，所述压板中部与所述连杆转动连接，所述压板端部与所述转动座转动连接，所述压紧驱动机构固定设置于所述支座上，且其输出端与所述转动座固定连接。
5.根据权利要求4所述的充电设备的自动装配检测装置，其特征在于，所述Z轴位移机构包括丝杆副以及驱动所述丝杆副的电机。
6.根据权利要求4所述的充电设备的自动装配检测装置，其特征在于，所述螺丝枪模组包括侧板、固定设置于所述侧板上的下压气缸、螺丝枪，所述螺丝枪具有固定块，所述下压气缸的输出杆与所述固定块之间设置有缓冲弹簧。
7.一种使用权利要求1－6任一项所述的充电设备的自动装配检测装置进行装配与检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过所述X轴、Y轴位移机构的驱动，使所述图像采集模组对所述容置座中的待装配件进行图像扫描，并拼接为整体图像，并定位螺丝孔的位置，并结合扫描起始点计算出机械坐标；
S2：识别出所有所述螺丝孔和充电指示灯的位置，并利用所述测距传感器测出所述螺丝孔和所述充电指示灯的Z坐标；
S3：根据所述螺丝孔和所述充电指示灯的X、Y、Z坐标计算两两所述螺丝孔或充电指示灯位置之间的距离，
Figure FDA0002305507600000021
S4：设螺丝孔加充电指示灯的位置为N+1个，将寻优路径过程分为N个阶段，记从位置xN到xN+1的第N阶段产生的距离为r(xN,μN)，
Figure FDA0002305507600000022
最优路径为fN(x1)，x1为起始点，原问题转化为
fN(x1)＝opt{fN-1(x1)+r(xN,μN)}
＝opt{fN-2(x1)+r(xN-1,μN-1)+r(xN,μN)}
＝opt{fN-3(x1)+r(xN-2,μN-2)+r(xN-1,μN-1)+r(xN,μN)}。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述定位螺丝孔的位置的步骤包括：
S11：通过图像采集模组移动至各个螺丝孔的位置重新拍照；
S12：通过Canny并使用滤波器掩码检测阶梯边沿，实现亚像素提取螺丝孔轮廓，通过所述螺丝孔轮廓的圆心度进行筛选，找出最优轮廓，并拟合成圆，求出圆心坐标。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述定位螺丝孔的位置的步骤还包括：对所述整体图像进行开运算和闭运算去除区域中的多余间隙和多余毛刺，再通过圆度和螺丝孔的像素宽高范围筛选出螺丝孔的初步位置。
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