CN111266254A - 一种基于流水线的自动跟踪点胶设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于流水线的自动跟踪点胶设备，适配于不间断送料的流水线上，多模组装配而成的四轴运动平台包括：与传送皮带线送料方向相同的X轴模组、悬臂式装配于X轴模组上的Y轴模组、配合于Y轴模组上的机械手；机械手包括：既可沿Z轴向移动也可以Z轴向回转的输出轴；输出轴上装配有胶阀针头；光学组件包括：搭配广角镜头或远心镜头的2D相机、固定式3D线激光扫描仪；传感组件包括：用于感测来料位置的传感器、感测来料运行速度及运行位置的旋转编码器、对产品计数的感应器、感测胶罐内余胶容量的液位器；控制组件包括：工控机、运动控制卡、胶阀控制器；胶阀清洁组件包括：卷料擦拭机构、毛刷清洁机构、气刀清洁机构中的一种或多种组合。

Description

一种基于流水线的自动跟踪点胶设备

技术领域

本发明涉及智能制造、设备自动化、流体控制等技术领域，尤其涉及基于流水线的自动跟踪点胶设备。

背景技术

在常规的产品点胶工艺中，大部分的产品如果要进行点胶作业，基本上都需要进行以下流程：搬运上料—载具/机械定位—视觉定位—涂胶作业—搬运下料等；而该流程中，真正产生价值的，只有“涂胶作业”这一流程，其余流程都是辅助性流程，是不必要的。

目前，行业内大致有三种点胶作业方法，但他们分别各有不足。例如：

1、手工点胶：人工成本上升，精度差，完全依赖作业员的熟练度，良品率低；

2、桌面式点胶机：对治具精度要求高，人员不稳定；

3、全自动机：成本高，对于流水线前后制程有要求，灵活性差。

同时，在传统的点胶作业中，治具/载具必不可少，这就导致如需更换另一种产品进行生产，则必须停机，手工更换载具、调试轨迹等等，才能恢复生产，此步骤费时费力，而且无法满足产线小批量、多批次、多种类的产品生产场景。

发明内容

本发明提供的一种技术方案是基于流水线的自动跟踪点胶设备，其解决传统点胶作业中需载具、灵活性差、必须静态点胶、不能混线生产等技术痛点。

本发明的技术方案是：基于流水线的自动跟踪点胶设备，包括设置在焊接机架上的：传送皮带线、多模组装配而成的四轴运动平台、机械手、胶阀针头、胶阀清洁组件、光学组件、传感组件、控制组件、显示组件。

其中，焊接机架为型材对接而成，其主体为工作台，上述结构均设置于工作台上，工作台的周围钣金或板材围成型材安全罩。

传送皮带线为直线送料结构，其主要包括送料带以及驱动送料带的动力源、传动件。传送皮带线采用可分离式的装配对接至流水线上，可以根据需要对接至各种流水线上。

多模组装配而成的四轴运动平台提供了设备机构运行，其包括：X轴模组、Y轴模组和SCARA机械手。

具体的，X轴模组、Y轴模组均为标准直线模组。X轴模组布置于工作台上，X轴模组与传送皮带线送料方向相同，X轴模组由X轴向上的电机驱动。

Y轴模组可以以悬臂式结构装配于单侧X轴模组上，Y轴模组且位于传送皮带线的上方，Y轴模组采用单电机动力驱动。

Y轴模组也可以以龙门式结构装配于双侧X轴模组上，Y轴模组且位于传送皮带线的上方，Y轴模组采用单电机/双电机动力驱动。

在Y轴模组上装配了SCARA机械手，SCARA机械手可以提供Z轴向的移动和Z 轴的回转运动。

具体的，SCARA机械手包括布置于其壳体内的：丝杆、导杆、输出轴。丝杆的两端通过轴承件安装至壳体上，丝杆由Z轴电机驱动其以Z轴回转。导杆固定于丝杆的一侧，在丝杆上配合有丝杆套筒。丝杆套筒固定在一滑块上，滑块同时通过导套浮套于导杆上。当丝杆套筒随丝杆转动而发生Z轴向的位移式，可以由导杆提供稳定的导向。输出轴的上端通过轴承装配于滑块上，在输出轴上通过花键配合一同轴向的转盘，转盘则通过轴承件装配于壳体上，转盘由提供回转的W轴电机驱动并产生Z轴向的回转。

输出轴的下端装配有胶阀针头，其可以搭载并适应多种不同类型的胶阀，喷雾阀、压电阀、气动阀等，并能够适配不同胶水。

基于上述基础的运动模组，本设备上还包括了多种光学原件和传感原件。

光学组件包括：搭配广角镜头或远心镜头的2D相机、固定式3D线激光扫描仪，光学原件安装于传送皮带线端头上侧的焊接机架上。

2D相机通过搭配广角镜头、或者采用视野切割法、或者采用视野合并发来捕捉来料的轮廓信息和位置信息。

3D线激光扫描仪则通过直接扫描流水线上的来料获取其3D轮廓信息和位置信息。

传感组件用于设备状态监测和系统的控制触发等，传感组件包括：

传感器：用于感测来料位置并触发光学组件采集来料图像。该传感器包括但不限于：对射光源、反射光纤、金属接近传感器、机械微动感应器等。

旋转编码器：用于感测来料运行速度及运行位置。通过组合旋转编码器+滚轮，滚轮采用弹簧机构紧贴运动流水线安装，以编码器信号反馈来监控速度变化。

感应器：用于对产品计数。设置在流水线末端，以感应产品流出并计数，防止漏涂，如发生漏涂则触发报警。

液位器：用于感测胶罐内余胶容量。通过不同种类传感器包括：液位传感器、流量传感器等，来监控胶水剩余容量，低液位报警。

控制组件用于控制设备正常运行，其包括：工控机、运动控制卡、胶阀控制器。

在工作台上还设置了胶阀清洁组件用于清理胶阀针头，胶阀清洁组件包括：卷料擦拭机构、毛刷清洁机构、气刀清洁机构中的一种或多种组合。

卷料擦拭机构包括无尘布卷，通过无尘布卷带的滚动来擦拭胶阀针头。

毛刷清洁机构包括旋转毛刷，通过持续转动的毛刷清理胶阀针头的表面。

气刀清洁机构包括多个方向的气口，通过不同压力的正压气体形成刀风，利用刀风清理胶阀。

显示组件用于系统显示和操作控制使用，本设备同时配备了一套控制系统，通过显示组件进行操作控制，显示器显示操作内容及反馈运行状态，并通过鼠标和键盘进行调节或输入操作。

本发明的优点是：

1、跟踪点胶以不停机方式实现涂胶设备，不仅省去复杂的上下料动作，是整台设备的机构显得简洁可靠，更加重要的是，省去了多余动作，只保留核心的点胶动作，不仅节省了作业事件，极大增加了产能，也契合精益生产的核心理念，生产效率大大提升。

2、本设备无需载具即可生产作业，通过视觉识别产品类型，自动切换对应产品配方，可以实现不停机、多产品混线生产，这无疑大大提高了生产线的适应性，满足工厂多样性产品同时生产的痛点。

3、本设备可以在不改变客户现有流水线生产环境的前提下，以最低成本进行改造，使其实现自动化生产，大大提升生产线生产效率及设备复用率，使产线资产充分发挥效能。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为自动跟踪点胶设备的外形图；

图2为自动跟踪点胶设备的内部结构图；

图3为四轴运动平台处的结构图。

图4为SCARA机械手的内部组件图；

图5为自动跟踪点胶系统的框架图；

附图中各标记为：1、传送皮带线；2、SCARA机械手；3、胶阀针头；4、胶阀清洁组件；5、光学组件；6、显示组件；7、焊接机架；8、型材安全罩；9、X轴模组；10、 Y轴模组；11、胶阀针头；21、丝杆；22、导杆；23、输出轴；24、W轴电机；25、转盘。

具体实施方式

实施例1：

基于流水线的自动跟踪点胶设备，如图1至3所示，包括设置在焊接机架7上的：传送皮带线1、多模组装配而成的四轴运动平台、机械手、胶阀针头3、胶阀清洁组件4、

光学组件5、传感组件、控制组件、显示组件6。

·多模组装配而成的四轴运动平台提供了设备机构运行，其包括：X轴模组9、Y轴模组 10和SCARA机械手2。

如图3所示，X轴模组9、Y轴模组10均为标准直线模组。X轴模组9布置于工作台上，X轴模组9与传送皮带线1送料方向相同，X轴模组9由X轴向上的电机驱动。

Y轴模组10以悬臂式结构装配于X轴模组9上，Y轴模组10且位于传送皮带线1 的上方。同时，Y轴模组10由Y轴向上的电机驱动，Y轴模组10采用单电机动力驱动。

在Y轴模组10上装配了SCARA机械手2，SCARA机械手2可以提供Z轴向的移动和Z轴的回转运动。

如图4所示，SCARA机械2手包括布置于其壳体内的：丝杆21、导杆22、输出轴 23。丝杆21的两端通过轴承件安装至壳体上，丝杆21由Z轴电机驱动其以Z轴回转。导杆22固定于丝杆21的一侧，在丝杆21上配合有丝杆套筒。丝杆套筒固定在一滑块上，滑块同时通过导套浮套于导杆22上。当丝杆套筒随丝杆转动而发生Z轴向的位移式，可以由导杆22提供稳定的导向。输出轴23的上端通过轴承装配于滑块上，在输出轴23上通过花键配合一同轴向的转盘25，转盘25则通过轴承件装配于壳体上，转盘 25由提供回转的W轴电机24驱动并产生Z轴向的回转。

输出轴的下端装配有胶阀针头11，其可以搭载并适应多种不同类型的胶阀，喷雾阀、压电阀、气动阀等，并能够适配不同胶水。

·光学组件包括：搭配广角镜头或远心镜头的2D相机、固定式3D线激光扫描仪，光学原件安装于传送皮带线端头上侧的焊接机架上。

2D相机通过搭配广角镜头、或者采用视野切割法、或者采用视野合并发来捕捉来料的轮廓信息和位置信息。

3D线激光扫描仪则通过直接扫描流水线上的来料获取其3D轮廓信息和位置信息。

·传感组件用于设备状态监测和系统的控制触发等，传感组件包括：

传感器：用于感测来料位置并触发光学组件采集来料图像。该传感器包括但不限于：对射光源、反射光纤、金属接近传感器、机械微动感应器等。

旋转编码器：用于感测来料运行速度及运行位置。通过组合旋转编码器+滚轮，滚轮采用弹簧机构紧贴运动流水线安装，以编码器信号反馈来监控速度变化。

感应器：用于对产品计数。设置在流水线末端，以感应产品流出并计数，防止漏涂，如发生漏涂则触发报警。

液位器：用于感测胶罐内余胶容量。通过不同种类传感器包括：液位传感器、流量传感器等，来监控胶水剩余容量，低液位报警。

·胶阀清洁组件用于清理胶阀针头，胶阀清洁组件包括：卷料擦拭机构、毛刷清洁机构、气刀清洁机构中的一种或多种组合。

卷料擦拭机构包括无尘布卷，通过无尘布卷带的滚动来擦拭胶阀针头。

毛刷清洁机构包括旋转毛刷，通过持续转动的毛刷清理胶阀针头的表面。

气刀清洁机构包括多个方向的气口，通过不同压力的正压气体形成刀风，利用刀风清理胶阀。

·显示组件用于系统显示和操作控制使用，本设备同时配备了一套控制系统，通过显示组件进行操作控制，显示器显示操作内容及反馈运行状态，并通过鼠标和键盘进行调节或输入操作。

实施例2：

本设备结构模块的搭建包括：焊接机架7、显示器及支架、相机及安装模块、皮带传送线1、皮带速度检测机构、驱动模组、XYZW四轴运动平台(以悬臂式运动机构为例)、胶阀及安装机构(可选)、型材安全罩8(可选)、安全光栅(可选)。

基于该结构模块，本设备同时配备了一个控制模块和软件系统模块，如图5所示，

具体的包括：

·来料检测模块：用于通过一个或多个特定传感器，检测流水线上产品实际到达某个位置。

具体的，料检测模块包括：

传感器硬件检测，采用传感器(包括但不限于对射光源/反射光纤/金属接近传感器/ 机械微动感应等)，来检测产品到达拍照位置，触发拍照。

相机软件检测，相机图像连续实时拍照，并进行全局图像预处理分析(灰度直方图工具等)，与空料状态比对，动态监测产品是否进入视野。

·图像获取模块：用于通过一个或多个广角摄像头(大视野)，全局覆盖流水线流动区域，实时监控和捕捉在流水线上流动产品的图像信息，该图像信息包括产品类型和与产品位置信息。

具体的，图像获取模块包括：2D相机控制单元和3D相机控制单元。

2D相机控制单元包括：

2D相机大视野获取，采用2D相机搭配广角镜头/远心镜头，多种类型光源等，以获取较大视野，便于捕捉较大尺寸产品；

2D相机视野切割，2D相机单相机画面区域切割方案，可以把单个相机视野，切割为多个独立的视野，以进行独立监控；

2D相机视野合并，把多个2D相机的多个视野区域，通过软件算法令其合并拼接为一个视野，获得一个巨大的视野，进行更大范围内的监控和捕捉。

3D相机控制单元包括：

3D图像采集获取，通过使用固定式3D线激光，直接扫描流水线上移动的产品3D 轮廓，合成生成产品轮廓图和具体位置信息。

·图像处理模块：使用但不限于单/多模板匹配算法，同时图像结合形态学分析，几何图形(如点、线、圆弧)的拟合，确定产品的类型和产品的中心点坐标和旋转角度。

具体的，图像处理模块包括：

模板建立模块单元，通过该模块可针对产品特征建立一个或多个模板，同时能够针对模板进行预处理(选择有效区域、涂抹干扰信息、锐化处理、轮廓删选等操作)，以保障得到的模板质量优秀。

模板匹配算法单元：采用特定算法库进行图像处理，可以单模板匹配，也可以进行多模板匹配可以在同一图像中匹配多个同种产品，也可以匹配多个不同种产品，可以指定在一定角度范围内进行匹配，在模板被遮挡部分下进行匹配等等。

定制图像处理算法，在模板匹配的基础下，对产品进行形态学分析，根据产品特征拟合出特定的几何形状(如点、线、圆弧)，从而实现对产品的精确定位。

坐标匹配单元，根据五点标定法来关联图像坐标系与设备运动坐标系；将来料模型与图像坐标系结合确定当前来料在设备运动坐标系中的中心点坐标和旋转角度。

在建立模板之前，还需要对相机进行校准，本方案中采用畸变标定，通过该标定方法实现相机畸变标定，校正相机镜头带来的枕形畸变和桶形畸变。

·轨迹编辑模块：用于预编辑和示教产品的涂胶轨迹，通过预设的点胶轨迹、或手动操作轨迹对来料模型进行加工过程的模拟示教，并根据来料的坐标和角度校正点胶轨迹。

具体的，轨迹编辑模块包括：

手动示教单元，通过手动操作程序界面/手持示教盒来移动点胶针头，通过肉眼对准对应点位进行轨迹编辑。

图像示教单元，通过拍摄一张产品的全局图片，鼠标在图像中选取对应点位或者滑动鼠标来示教轨迹。

DXF导入单元，通过导入预先编辑的DXF文件(CAD编辑)，形成涂胶轨迹。

轨迹自动识别单元，通过产品实物图或者模拟图，采用图像自动识别以形成轨迹(比如白纸上画形状，拍照自动生成)。

轨迹拼接单元，对于比较大尺寸的产品，需要把多段轨迹进行合成，以形成整体轨迹。

在控制设备运动前，需要对胶阀针头的运动坐标系进行校准，通过三点标定法，选择三个标定点，示教点胶针头对应的工具坐标系。

·运动控制模块：通过搭建运动控制系统，连接各个驱动电机，软硬件结合，配合多种运动模型，控制运动机构以程序预期方式进行运动；

具体的，运动控制模块包括：

运动跟随单元，通过控制运动机构，按照工件的运动速度和与工件同向运动，同时根据预设点胶轨迹进行点胶操作；

插补运动单元，同时控制运动机构中2个及2个以上的轴进行协同运动，实现直线插补、圆弧插补等运动；

点到点(PTP)单点运动单元，使运动机构的各个轴分别单独运动，以实现最快速度到达单点的要求；

板卡控制单元，可以搭载不同品牌的多种类型运动控制卡，以实现运动控制；或者无板卡控制方式，通过内置上位机系统(Codesys)及通讯协议(Ethercat)，实现无板卡运动控制。

·运动机构模块：根据不同运动模型，搭建多种方式的运动机构，并在其上搭载一个或多个点胶阀，与运动控制模块配合一起，使运动机构带着点胶阀完成特定运动；

具体的，运动机构模块包括：

龙门式机构，采用龙门式机构框架，双X轴可以为单电机动力或者双电机动力。

悬臂式机构，采用悬臂式机构框架，单Y轴单电机动力。

SCARA机械手，采用三/四轴SCARA型机械手方式，实现运动机构。

六轴机械手，采用五/六轴空间型机械手方式，实现运动机构。

多模组机构，通过结合龙门式或者框架式，以组成同一台设备中有多套运动机构，相互独立作业。

·速度获取模块：通过旋转编码器测量该工件从拍摄处至点胶操作处的距离，并计算得到工件的运动速度。

具体的，速度获取模块包括：

接触式速度获取单元，通过组合旋转编码器和滚轮，滚轮采用弹簧机构紧贴运动流水线安装，以编码器信号反馈来监控速度变化；

非接触式速度获取单元，通过非接触式传感器(例如激光/光电感应/金属感应等)，也可通过相机连续采集图像计算，来监控速度变化。

·流体控制模块：通过对不同类型点胶阀和供胶系统的运用，以实现对流体胶水的精细化控制。

具体的，流体控制模块包括：

供胶单元，采用增压式大容量供胶系统及稳压装置，以实现稳定供胶。

液位检测单元，通过不同种类传感器(液位传感器/流量传感器等)，监控胶水剩余容量，低液位报警；

胶阀通讯联动单元，通过将控制点胶的运动组件与点胶阀控制器进行握手通讯，实现速度与点胶频率实时匹配，以致最终点胶效果宽度一致、均匀。

由于胶阀类型多样，可以搭载并适应多种不同类型的胶阀，喷雾阀、压电阀、气动阀等，并能够适配不同胶水。

·胶阀清洁模块：为适配不同点胶阀，通过设计不同种类清胶模块，以实现对胶阀针头的清洁工序，以保障胶阀针头多余的残胶不会影响下一片产品的点胶；

具体的，胶阀清洁模块包括：

卷料擦拭单元，采用无尘布卷带，进行擦拭动作。

毛刷清洁单元，采用旋转毛刷，并配合对应清洁液，以擦拭胶阀。

气刀清洁单元，采用特定机构，不同压力正压气体通过该机构，形成风刀，以清洁胶阀。

本发明实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.基于流水线的自动跟踪点胶设备，适配于不间断送料的流水线上，其特征在于：包括：

传送皮带线，可分离式的装配对接至流水线上；

多模组装配而成的四轴运动平台，其包括：与传送皮带线送料方向相同的X轴模组、装配于X轴模组上的Y轴模组、配合于Y轴模组上的机械手；

所述机械手包括：既可沿Z轴向移动也可以Z轴向回转的输出轴；所述输出轴上装配有胶阀针头；

光学组件，其包括：搭配广角镜头或远心镜头的2D相机、固定式3D线激光扫描仪；

传感组件，其包括：用于感测来料位置并触发光学组件采集来料图像的传感器、与流水线配合感测来料运行速度及运行位置的旋转编码器、设置于流水线末端对产品计数的感应器、感测胶罐内余胶容量的液位器；

控制组件，其包括：工控机、运动控制卡、胶阀控制器；

胶阀清洁组件，其包括：临时架设所述胶阀针头的支架；在支架上设置包括：卷料擦拭机构、毛刷清洁机构、气刀清洁机构中的一种或多种组合。

2.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：所述Y轴模组采用悬臂式框架配合于单侧X轴模组上；所述Y轴模组采用单电机动力驱动。

3.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：所述Y轴模组采用龙门式框架配合于双侧X轴模组上；所述Y轴模组采用单电机/双电机动力驱动。

4.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：所述机械手包括沿Z轴方向设置的：丝杆、导杆、所述输出轴；所述丝杆由Z轴电机驱动，丝杆上套装丝杆套筒，丝杆套筒所在的滑块同时浮套于所述导杆上；所述输出轴通过轴承装配于滑块上，所述输出轴上通过花键配合一同轴向的转盘，所述转盘由回转电机驱动并产生Z轴向的回转。

5.根据权利要求1述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：包括皮带测速组件，其包括所述旋转编码器和滚轮，旋转编码器通过滚轮接触送料皮带，所述滚轮通过弹簧机构抵触并贴紧所述送料皮带。

6.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：所述卷料擦拭机构包括无尘布卷带。

7.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：所述毛刷清洁机构包括旋转毛刷。

8.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：所述气刀清洁机构包括：设置于不同方向上的气口。

9.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：包括供胶组件，其包括所述胶罐，胶罐内设置有所述液位器及稳压装置。

10.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：包括型材焊接而成的机架，在机架形成的工作台上围设有机架安全罩。

11.根据权利要求1所述的基于流水线的自动跟踪点胶设备，其特征在于：包括显示组件，其包括显示器及输入设备。

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