CN111571190A - 三维立体式可视化自动装配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于人机协同可视化装配技术领域，提供了一种三维立体式可视化自动装配系统及方法，旨在解决产品中不同方位的螺纹孔不能实现智能可视化拧紧的问题；其中，系统包括视觉识别检测系统、拧紧系统、三向坐标定位系统、工作台及工况机，视觉识别检测系统设置于工作台，用于获取工件不同方位图像信息；拧紧系统装设于工作台，用于对工件上螺纹孔的装配；三向坐标定位系统装设于拧紧系统，用于测量其空间位置；在工作过程中，工况机基于视觉识别检测系统检测的工件不同方位图像及三向坐标定位系统检测的拧紧系统的空间位置，控制拧紧系统完成对工件不同方位螺纹孔的装配。通过本发明可实现可视化、智能化、高精度、高效率的螺纹孔装配。

Description

三维立体式可视化自动装配系统及方法

技术领域

本发明属于人机协同可视化装配技术领域，具体涉及一种三维立体式可视化自动装配系统及方法。

背景技术

目前，在汽车、电子元器件等行业中，有大量零部件产品需要在人机协同装配工作站中完成装配。传统的人机协-同可视化装配工作站通过配备电动拧紧枪、能实现X和Y方向坐标定位的扭力臂和可视化界面软件实现可视化装配，但其仅能单一实现垂直或水平方向可视化装配，无法实现不同高度产品全方位三维立体式装配可视化拧紧的需求；同时，传统的人机协同可视化装配工作站其工作模式为通过电动拧紧枪逐个学习设定螺纹孔位置坐标，然后再按顺序拧紧，工作效率低下，且位置坐标设定精度对操作工人人工经验依赖度大，智能化程度低。

现有的技术中的可视化装配站，通常仅能实现一个水平面或者竖直面的拧紧，不能实现全方位的拧紧。现代企业，逐渐由大批量单一型号生产过渡到小批量定制化多型号共线生产的模式，因此要求可视化装配工作站须能够适应产品的设计要求，实现全方位三维立体式装配，并在装配过程中实现全方位的装配螺纹孔精准定位，界面实时可视化显示，防止错拧或漏拧，同时提高智能化程度，减少对人工操作经验的依赖度。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决对产品中不同方位的螺纹孔不能实现智能可视化拧紧的问题，本发明提供了一种三维立体式可视化自动装配系统及方法。

本发明的第一方面提供了一种三维立体式可视化自动装配系统，该系统包括视觉识别检测系统、拧紧系统、三向坐标定位系统、工作台及工况机，所述视觉识别检测系统、所述拧紧系统、所述三向坐标定位系统和所述工作台均与所述工况机信号连接；所述视觉识别检测系统设置于所述工作台，用于获取工件不同方位图像信息；所述拧紧系统装设于所述工作台，用于对工件上螺纹孔的装配；所述三向坐标定位系统装设于所述拧紧系统，用于测量其空间位置；在工作过程中，所述工况机基于所述视觉识别检测系统检测的工件不同方位图像信息以及所述三向坐标定位系统检测的所述拧紧系统的空间位置，控制所述拧紧系统完成对工件不同方位螺纹孔的装配。

在一些优选实例中，所述拧紧系统包括支撑装置、夹持装置和拧紧装置；所述支撑装置固设于所述工作台；所述夹持装置可滑动设置于所述支撑装置；所述拧紧装置设置于所述夹持装置远离所述支撑装置的一端，所述拧紧装置在动力装置的驱动下可相对于所述支撑装置旋转。

在一些优选实例中，所述夹持装置包括机械臂和换向装置；所述机械臂的一端可滑动设置于所述支撑装置，另一端与所述换向装置连接；所述换向装置与所述拧紧装置可拆卸连接；在工作状态下，所述换向装置在动力装置的驱动下可带动所述拧紧装置实现水平方向和/或垂直方向的切换，进而实现对工件侧面和/或顶面的螺纹孔的装配。

在一些优选实例中，所述拧紧装置为电动拧紧枪，该电动拧紧枪是可通过程序控制的伺服电动拧紧枪。

在一些优选实例中，所述视觉识别检测系统包括第一方位视觉系统和第二方位视觉系统，所述第一方位视觉系统和所述第二方位视觉系统设置在工件周侧，且与所述拧紧系统互不干涉；所述第一方位视觉系统为顶面视觉识别系统，用于获取工件顶面的螺纹孔图像信息；所述第二方位视觉系统为侧面视觉识别系统，用于获取工作侧面的螺纹孔图像信息。

在一些优选实例中，所述拧紧系统还包括显示器和三色显示灯；所述显示器装设于所述工作台，用于实时显示工件的待装配面螺纹孔信息；所述三色显示灯装设于所述工作台，用于实时提示所述拧紧装置的工作状态。

在一些优选实例中，所述工作台为多功能旋转升降工作台；所述多功能旋转升降工作台包括工作台本体、旋转模组和升降模组；所述旋转模组设置于所述工作台本体的承载面，所述旋转模组在旋转动力装置的驱动下可带动工件旋转；所述升降模组设置于工作台本体承载面的下方，所述升降模组在升降动力装置的驱动下可带动工件上升或下降。

在一些优选实例中，所述旋转模组还设置有角度传感器，用于实时测量其旋转角度；所述升降模组还设置有位置传感器，用于实时测量所述工作台本体的承载面的高度；所述升降模组中的升降结构为剪叉式结构。

在一些优选实施中，所述三向坐标定位系统包括位置编码器模块和角度编码器模块；所述位置编码器模块设置于所述拧紧系统与所述支撑装置的连接处，用于测量所述拧紧系统的高度；所述角度编码器模块设置于所述拧紧系统，用于测量所述拧紧系统中拧紧装置相对于所述支撑装置的夹角。

本发明的第二方面提供了一种三维立体式可视化自动装配方法，该方法基于上述的三维立体式可视化自动装配系统，包括以下步骤：

S100，视觉识别检测系统与可旋转升降的工作台配合获取工件型号，并与系统给定工件型号参数进行比对判定，确定正确型号的工件，防止错拧；

S200，视觉识别检测系统获取工件顶面螺纹孔位置参数，并传输待装配顶面图像至显示器，标示螺纹孔位置与拧紧工艺顺序，锁定工作台；

S300，拧紧系统移动至画面显示工艺顺序初始位置；判断三向坐标定位系统给出的拧紧系统中拧紧装置的坐标参数与视觉识别检测系统给出的顶面螺纹孔位置参数是否一致，若是，则启动拧紧系统，否则无法启动；

S400，当拧紧系统完成步骤S200中标示的拧紧工艺顺序后，视觉识别检测系统再次获取工件顶面装配图像信息，工况机基于该装配图像信息判断装配结果是否合格；装配结果合格的标准为所有顶面螺纹孔均装配有螺钉且螺钉高度未超过第二阈值；

S500，视觉识别检测系统获取工件侧面螺纹孔位置参数，并传输待装配侧面图像至显示器，标示螺纹孔位置与拧紧工艺顺序；锁定工作台的升降模组，启动工作台的旋转模组，视觉识别检测系统依次获取不同侧面图像，并实时传输至显示器显示；

S600，拧紧系统移动至画面显示工艺顺序初始位置；判断三向坐标定位系统给出的拧紧系统中拧紧装置的位置参数与视觉识别检测系统给出的螺纹孔位置参数是否一致，若是，则启动拧紧系统，否则无法启动；

S700，当拧紧系统完成步骤S500中标示的拧紧工艺顺序后，视觉识别检测系统再次获取工件侧面装配图像信息，工况机基于该装配图像信息判断装配结果是否合格；装配结果合格的标准为同一侧面螺纹孔均装配有螺钉且螺钉高度未超过第一阈值；

S800，启动工作台中的旋转模组，切换工件至下一侧面，重复执行步骤S600、步骤S700，直至完成所有侧面的螺纹孔装配。

与现有的装配工作站相比，本发明产生的有益效果是：通过视觉识别检测系统、拧紧系统、三向坐标定位系统、工作台与工况机的信号连接配合使用，实现对不同高度产品，全方位立体精确装配，装配定位更加精确，界面实时可视化显示，装配效率大幅提升，智能化程度高，大大减少对人工操作经验的依赖，同时可兼容产品型号和种类更加丰富。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的三维立体式可视化自动装配系统一种具体实施例的立体结构示意图。

图2为本发明的中换向装置一种具体实施例的立体结构示意图。

附图标记依次为：1、工件；2、工作台，21、旋转模组，22、升降模组；3、顶面视觉识别件检测系统；4、侧面视觉识别件检测系统；5、支撑装置；6、电动拧紧枪；7、位置编码器；8、角度编码器；9、显示器；101、旋转模块转动轴，102、旋转模块固定轴，103、安装法兰，104、固定把手。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的第一方面提供了一种三维立体式可视化自动装配系统，该系统包括视觉识别检测系统、拧紧系统、三向坐标定位系统、工作台及工况机，其中，视觉识别检测系统、拧紧系统、三向坐标定位系统和工作台均与工况机信号连接；视觉识别检测系统设置于工作台，用于获取工件顶面及不同侧面的图像信息，视觉识别检测系统与显示器信号连接，并可传输检测的不同方位螺纹孔图像信息至显示器进行实时显示；拧紧系统装设于工作台，用于对工件上不同方位螺纹孔的螺钉拧紧；三向坐标定位系统装设于拧紧系统，用于测量其空间位置，并传输拧紧系统中的拧紧装置的空间位置至工况机，通过工况机判断移动的拧紧装置的空间位置是否与工件上待装配的螺纹孔的三维坐标一致，进而再控制拧紧系统的启动与否；在工作过程中，工况机基于视觉识别检测系统检测的工件不同方位图像信息以及三向坐标定位系统检测的拧紧系统的空间位置，控制拧紧系统完成对工件不同方位螺纹孔的装配。

进一步地，工作台为多功能旋转升降工作台，可实现对防止在工作台承载面上的工件进行高度升降和工件水平旋转的调整，保证视觉识别检测系统能更好的检测工件型号、顶面螺纹孔、侧面螺纹孔、顶面装配及侧面装配的图像信息，进一步提高该系统的精准度；此外，通过该工作台旋转升降的设置，与拧紧系统进行配合使用，便于拧紧系统中的拧紧装置更精确的对顶面、多个侧面的螺纹孔的装配，保证装配效果。

进一步地，工作台包括旋转模组和升降模组，其中，升降模组可为剪叉式结构，与工作台的承载装置独立设置，提高系统工作灵活性，使工作台中的升降模组承载最优化的重量；此外，还可将工作台的整体承载装置设置成可升降装置，具体地，可为四根可升降液压立柱，既能实现对工件、放置工件的旋转模组的承载，又能实现对工件的升降控制，提高承载重量，可满足大重量工件的装配。

进一步地，拧紧系统包括设置在工作台上的支撑装置、用于工件装配的拧紧装置及用于夹持拧紧装置的夹持装置；夹持装置包括机械臂和换向装置，机械臂的一端与支撑装置可相对滑动设置，进行其高度调整，另一端与换向装置连接，换向装置与工况机信号连接，并可在工况机的控制下控制拧紧装置进行水平和/或竖直两个方向的切换，进而实现对工件侧面和顶面的螺纹孔的装配。

进一步地，换向装置还可通过人工操控进行拧紧装置的水平和/或竖直方向的切换；需要说明的是，水平方向的描述指的是与工件侧面垂直的方向，保证工件侧面的螺纹孔的精准装配；竖直方向的描述指的是与工件顶面垂直的方向，即与工件顶面上螺纹孔的延伸方向平行一致的方向，保证工件顶面的螺纹孔的精准装配。

进一步地，机械臂包括两节控制臂，两节控制臂的连接处设置有角度编码器，用于测量与换向装置直接连接的控制臂相对于另一节控制臂的移动角度，进而获得拧紧装置的XY方向的坐标参数值；在机械臂与支撑装置滑动连接处设置有位置编码器，用于获取机械臂的高度坐标参数值。

进一步地，本发明中的顶面视觉识别系统和侧面视觉识别系统相对于现有技术中的视觉识别系统可完成三大功能：一是识别所拍摄面的特征，判定当前工件型号，并与工况机系统中给定当前工件型号参数进行比对，用于防止错拧；二是定位所拍摄面的螺纹孔位置，并给出三维坐标参数，用于防止错拧；三是拧紧完成后检测当前面螺钉是否全部拧紧合格(螺纹孔有螺钉且高度未超差)，用于防止漏拧和质量判定。

进一步地，在工作台的旋转模组中设置有角度传感器，用于检测工件不同侧面的旋转角度值，进而通过不同型号的工件存储在系统中的螺纹孔位置信息进一步确定对应螺纹孔的三维坐标参数；工作台的升降模组中设置有位置传感器，用于检测工件的高度参数值；通过角度传感器、位置传感器获取的参数值及工件自身顶面和侧面的螺纹孔参数值即可获得对应的待装配的螺纹孔的空间坐标。

进一步地，该工作台还可以与流水线传送带配合使用，传送带上设置有固定工件的夹具，不同夹具均与显示器、视觉识别检测系统信号连接；传送带从工作台的中间穿过，且与设置在工作台上的视觉识别检测系统、拧紧系统和三向坐标定位系统互不干涉；夹具为可旋转设置，便于配合视觉识别检测系统检测工件不同侧面的螺纹孔及装配图像信息；视觉识别检测系统可为升降设置，根据每个工件的高度差别灵活调整至合适的高度进行工件顶面和侧面的螺纹孔图像信息获取。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1，本发明的第一方面提供了一种三维立体式可视化自动装配系统，该系统包括用于承载工件的工作台2，该工作台设置有承载面、承载装置及工作台本体，工件1放置在承载面上；顶面视觉识别件检测系统3和侧面视觉识别件检测系统4分别设置在工件的侧面，用于获取工件顶面、侧面的图像信息；拧紧系统包括支撑装置、夹持装置和拧紧装置，其中拧紧装置优选为电动拧紧枪6；夹持装置包括机械臂和换向装置，机械臂的一端可滑动设置于支撑装置5，另一端与换向装置连接；换向装置与电动拧紧枪6可拆卸连接；机械臂包括两节控制臂，用于实现对不同距离的螺纹孔的装配，两节控制臂的连接处设置有角度编码器8，通过该角度编码器测量的角度变化获取电动拧紧枪的XY方向坐标参数值；换向装置与电动拧紧枪固定连接，并可在工况机的信号控制下可实现电动拧紧枪在水平方向和竖直方向的切换，进而实现对工件顶面和侧面的螺纹孔的装配；在机械臂与支撑装置的滑动连接处设置有位置编码器8，用于实时测量拧紧系统的高度变化值，即根据工作台的高度及拧紧装置的高度可获取电动拧紧枪的Z向坐标参数值。

工作台还设置有旋转模组21和升降模组22，其中，升降模组设置于承载面下侧并用于支撑承载面及工件，升降模组与工况机信号连接，并可在工况机的控制下进行升降调整工件的高度；旋转模组设置于承载面中间位置，旋转模组与工况机信号连接，并可在工况机的控制下带动工件水平旋转；旋转模组还设置有角度传感器，用于实时测量工件的旋转变化角度；升降模组还设置有位置传感器，用于实时测量工作台的升降高度；通过该角度传感器、位置传感器、工况机系统里存储的工件的整体尺寸值及对应螺纹孔的尺寸值，即可获取对应的螺纹孔的三维坐标参数值。

需要说明的是，工作台的升降模组同时可用来解决工件高度过高时，工件顶面螺钉拧紧不方便操作的难题，同时降低工作台高度，对于重型工件而言，方便上下工作台搬运。

进一步地，工作台上还设置有显示器9，顶面视觉识别系统和侧面视觉识别系统均与显示器通信连接，且顶面和侧面检测到的螺纹孔图像信息可实时传输至显示器进行显示，显示器根据检测装置的图像进行跟随切换，便于操作人员实时检测，实现可视化装配，提高装配精准度，同时利于及时发现装配不合格工件。

进一步地，位置编码器、角度编码器构成用于检测拧紧系统空间位姿的三向坐标定位系统。

进一步地，顶面视觉识别系统和侧面视觉识别系统构成了用于获取工件顶面和不同侧面图像的视觉识别检测系统。

进一步地，支撑装置可优选为电批扭力平衡臂，在本实施例中通过两节控制臂的设置，可有效装配不同距离的螺纹孔。

优选地，电动拧紧枪是可通过程序控制的伺服电动拧紧枪。

优选地，拧紧系统与工件错位设置，即不设置在同一直线上，便于拧紧系统中机械臂对电动拧紧枪的操控，便于对不同位置的螺纹孔的装配。

进一步地，拧紧系统还包括三色显示灯，三色显示灯装设于工作台，用于实时提示拧紧装置的工作状态。

进一步地，参照附图2，当换向装置为手动换向夹头时，具体包括旋转模块转动轴101、旋转模块固定轴102、安装法兰103、固定把手104、安装法兰通过螺钉或者螺栓固定连接于机械臂；该手动换向夹头通过连接件夹持电动拧紧枪，当电动拧紧枪完成对工件顶面螺钉拧紧装配的任务后，在进行工件侧面拧紧工作之前，可通过手动控制机械臂至侧面指定位置，通过该手动换向夹头的把手，控制与旋转模块转动轴101通过连接件固定连接的手动拧紧枪旋转至垂直于工件待装配侧面，实现电动拧紧枪的换向，为后续侧面拧紧工作做准备。

进一步地，当换向装置为自动换向夹头时，优选为DSM摆动旋转型气缸。

本发明的第二方面提供了一种三维立体式可视化自动装配方法，该方法基于上述的三维立体式可视化自动装配系统，包括以下步骤：

S100，顶面视觉识别系统和侧面视觉识别系统通过工作台的旋转模组、升降模组的调节配合，对待装配工件进行全方位检测，获取工件型号，并与工况机系统中给定工件型号参数进行比对判定，识别工件，防止错拧。

进一步地，若识别出的工件型号与系统中设置的不一致，说明待装配工件放置错误，通过工作台上设置的报警装置提醒操作人员更换工件或者重新设置工况机系统中存储的工件信息；若识别出的工件型号与系统中设置的一致，则执行下一步。

S200，通过顶面视觉识别系统对工件顶面进行拍照，获取工件顶面螺纹孔位置参数，同时根据工况机系统中存储的工件尺寸信息，工况机可以结算出当前工件顶面所有螺纹孔的位置以及工作台高度，进而得到顶面螺纹孔的三维坐标参数值；同时传输顶面图像信息至显示器，在显示器中实时显示图像信息，并标示螺纹孔位置与拧紧工艺顺序，此时工作台的旋转模组与升降模组均锁定，无法动作。

S300，人工操作电动拧紧枪移动至显示器画面中所指示的螺纹孔位置，可理解为初始的螺纹孔位置；此时，通过三向坐标定位系统中的位置编码器和角度编码器结算出电动拧紧枪的三维坐标参数值，并与顶面视觉识别系统获得的表标示的初始螺纹孔的三维坐标参数值进行比对，若比对一致，则启动电动拧紧枪，进行初始位置螺纹孔的螺钉拧紧装配，然后根据标示的拧紧工艺顺序依次进行顶面螺纹孔的拧紧装配，直至所有顶面螺纹孔的拧紧装配完成。

若比对不一致，则重新调整电动拧紧枪的空间位置，直至其三维坐标参数值与标示的初始螺纹孔坐标一致，再执行步骤S300。

进一步地，步骤S300中还可控制电动拧紧枪依次重复确定标示的螺纹孔坐标比对，即顶面上每一个螺纹孔均为初始螺纹孔，重复操作标定对比直至所有顶面螺纹孔拧紧完成，本方案可保证所有螺纹孔均完成拧紧装配，不发生漏拧。

S400，当拧紧系统完成步骤S200中标示的拧紧工艺顺序后，即完成所有顶面螺纹孔拧紧装配后，顶面视觉识别系统再次获取工件顶面装配图像信息，工况机基于该装配图像信息判断装配结果是否合格；装配结果合格的标准为所有顶面螺纹孔均装配有螺钉且螺钉高度未超过第一阈值，第一阈值为工件平面，即螺钉均完全装配进去工件中；检测完成并提示结果正确后，可以进行侧面螺钉拧紧操作。

S500，侧面视觉识别系统启动，通过侧面视觉识别系统对工件顶面进行拍照，获取工件顶面螺纹孔位置参数，同时根据工况机系统中存储的工件尺寸信息，工况机可以结算出当前工件对应侧面螺纹孔的位置以及工作台高度，进而得到对应侧面螺纹孔的三维坐标参数值；同时传输侧面图像信息至显示器，在显示器中实时显示图像信息，并标示螺纹孔位置与拧紧工艺顺序，此时，工作台的升降模组锁定，工作台的旋转模组可动。

进一步地，在工作台的旋转模组的配合下，侧面视觉识别系统可完成工作所有侧面螺纹孔的视觉识别与定位，每个螺纹孔的XY坐标值可通过工件的尺寸信息及工况机系统存储的每个螺纹孔尺寸信息获取，每一个螺纹孔的Z坐标值可通过工作台高度及工况机系统存储的每个螺纹孔高度尺寸信息获取，每个螺纹孔的角度值可通过旋转模组中的角度传感器获得对应的旋转角度，然后将结算后的结构以图片形式实时显示在显示器画面中，转动工作台旋转模组时，对应的画面图片将根据旋转模组测得旋转角的变化实时切换。

S600，人工操作电动拧紧枪并通过换向装置实现电动拧紧枪旋转至水平状态，即与工件侧面垂直的状态；移动水平状态的电动拧紧枪至显示器画面中所指示的侧面螺纹孔位置，可理解为侧面初始的螺纹孔位置；此时，通过三向坐标定位系统中的位置编码器和角度编码器结算出电动拧紧枪的三维坐标参数值，并与侧面视觉识别系统获得的表标示的初始螺纹孔的三维坐标参数值进行比对，若比对一致，则启动电动拧紧枪，进行初始位置螺纹孔的螺钉拧紧装配，然后根据标示的拧紧工艺顺序依次进行侧面螺纹孔的拧紧装配，直至同一侧面所有螺纹孔的拧紧装配完成拧紧系统移动至画面显示工艺顺序初始位置。

若比对不一致，则重新调整电动拧紧枪的空间位置，直至其三维坐标参数值与标示的初始螺纹孔坐标一致，再执行步骤6300。

进一步地，步骤S600中还可控制电动拧紧枪依次重复确定标示的螺纹孔坐标比对，即同一侧面上每一个螺纹孔均为初始螺纹孔，重复操作标定对比直至所有顶面螺纹孔拧紧完成，本方案可保证所有螺纹孔均完成拧紧装配，不发生漏拧。

S700，当拧紧系统完成步骤S500中标示的拧紧工艺顺序后，即完成同一侧面所有螺纹孔拧紧装配后，侧面视觉识别系统再次获取工件侧面装配图像信息，工况机基于该装配图像信息判断装配结果是否合格；装配结果合格的标准为同一侧面所有螺纹孔均装配有螺钉且螺钉高度未超过第二阈值，第二阈值为工件侧面，即螺钉均完全装配进入工件中，螺钉高度不超过工件表面；检测完成并提示结果正确后，可以进行下一侧面螺钉拧紧操作。

S800，启动工作台中的旋转模组，切换工件至下一侧面，重复执行步骤S600、步骤S700，直至完成所有侧面的螺纹孔装配。

在本发明中，通过显示器实时显示待装配面的图像信息，提供可视化的三维装配，减少人工操作经验的依赖度，同时通过视觉识别检测系统、拧紧系统、三向坐标定位系统、工作台与工况机的信号连接，通过工况机基于拧紧系统检测的电动拧紧枪的空间位姿与视觉识别检测系统检测到的工件的空间位姿进行自动化判断，进行电动拧紧枪位姿的调整以及同一顶面或者侧面的所有螺纹孔的装配及检测，提高装配系统的智能化程度，实现全方位的螺纹孔精准定位装配。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素

的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，该系统包括视觉识别检测系统、拧紧系统、三向坐标定位系统、工作台及工况机，所述视觉识别检测系统、所述拧紧系统、所述三向坐标定位系统和所述工作台均与所述工况机信号连接；

所述视觉识别检测系统设置于所述工作台，用于获取工件不同方位图像信息；所述拧紧系统装设于所述工作台，用于对工件上螺纹孔的装配；所述三向坐标定位系统装设于所述拧紧系统，用于测量其空间位置；

在工作过程中，所述工况机基于所述视觉识别检测系统检测的工件不同方位图像信息以及所述三向坐标定位系统检测的所述拧紧系统的空间位置，控制所述拧紧系统完成对工件不同方位螺纹孔的装配。

2.根据权利要求1所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述拧紧系统包括支撑装置、夹持装置和拧紧装置；所述支撑装置固设于所述工作台；所述夹持装置可滑动设置于所述支撑装置；所述拧紧装置设置于所述夹持装置远离所述支撑装置的一端，所述拧紧装置在动力装置的驱动下可相对于所述支撑装置旋转。

3.根据权利要求2所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述夹持装置包括机械臂和换向装置；所述机械臂的一端可滑动设置于所述支撑装置，另一端与所述换向装置连接；所述换向装置与所述拧紧装置可拆卸连接；

在工作状态下，所述换向装置在动力装置的驱动下可带动所述拧紧装置实现水平方向和/或垂直方向的切换，进而实现对工件侧面和/或顶面的螺纹孔的装配。

4.根据权利要求3所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述拧紧装置为电动拧紧枪，该电动拧紧枪是可通过程序控制的伺服电动拧紧枪。

5.根据权利要求1所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述视觉识别检测系统包括第一方位视觉系统和第二方位视觉系统，所述第一方位视觉系统和所述第二方位视觉系统设置在工件周侧，且与所述拧紧系统互不干涉；

所述第一方位视觉系统为顶面视觉识别系统，用于获取工件顶面的螺纹孔图像信息；

所述第二方位视觉系统为侧面视觉识别系统，用于获取工作侧面的螺纹孔图像信息。

6.根据权利要求2所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述拧紧系统还包括显示器和三色显示灯；所述显示器装设于所述工作台，用于实时显示工件的待装配面螺纹孔信息；所述三色显示灯装设于所述工作台，用于实时提示所述拧紧装置的工作状态。

7.根据权利要求1所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述工作台为多功能旋转升降工作台；所述多功能旋转升降工作台包括工作台本体、旋转模组和升降模组；

所述旋转模组设置于所述工作台本体的承载面，所述旋转模组在旋转动力装置的驱动下可带动工件旋转；

所述升降模组设置于工作台本体承载面的下方，所述升降模组在升降动力装置的驱动下可带动工件上升或下降。

8.根据权利要求1所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述旋转模组还设置有角度传感器，用于实时测量其旋转角度；

所述升降模组还设置有位置传感器，用于实时测量所述工作台本体的承载面的高度；

所述升降模组中的升降结构为剪叉式结构。

9.根据权利要求2所述的三维立体式可视化自动装配系统，其特征在于，所述三向坐标定位系统包括位置编码器模块和角度编码器模块；所述位置编码器模块设置于所述拧紧系统与所述支撑装置的连接处，用于测量所述拧紧系统的高度；

所述角度编码器模块设置于所述拧紧系统，用于测量所述拧紧装置相对于所述支撑装置的夹角。

10.一种三维立体式可视化自动装配方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-9中任一项所述的三维立体式可视化自动装配系统，包括以下步骤：

S100，工况机基于视觉识别检测系统与可旋转升降的工作台配合获取工件型号，并与系统给定工件型号参数进行比对判定，以确定正确型号的工件，防止错拧；

S200，视觉识别检测系统获取工件顶面螺纹孔位置参数，并传输待装配顶面图像至显示器，标示螺纹孔位置与拧紧工艺顺序，锁定工作台；

S300，拧紧系统移动至画面显示工艺顺序初始位置；

判断三向坐标定位系统给出的拧紧系统中拧紧装置的坐标参数与视觉识别检测系统给出的顶面螺纹孔位置参数是否一致，若是，则启动拧紧系统，否则无法启动；

S400，当拧紧系统完成步骤S200中标示的拧紧工艺顺序后，视觉识别检测系统再次获取工件顶面装配图像信息，工况机基于该装配图像信息判断装配结果是否合格；装配结果合格的标准为所有顶面螺纹孔均装配有螺钉且螺钉高度未超过第二阈值；

S500，视觉识别检测系统获取工件侧面螺纹孔位置参数，并传输待装配侧面图像至显示器，标示螺纹孔位置与拧紧工艺顺序；

锁定工作台的升降模组，启动工作台的旋转模组，视觉识别检测系统依次获取不同侧面图像，并实时传输至显示器显示；

S600，拧紧系统移动至画面显示工艺顺序初始位置；

判断三向坐标定位系统给出的拧紧系统中拧紧装置的位置参数与视觉识别检测系统给出的螺纹孔位置参数是否一致，若是，则启动拧紧系统，否则无法启动；

S700，当拧紧系统完成步骤S500中标示的拧紧工艺顺序后，视觉识别检测系统再次获取工件侧面装配图像信息，工况机基于该装配图像信息判断装配结果是否合格；装配结果合格的标准为同一侧面螺纹孔均装配有螺钉且螺钉高度未超过第一阈值；

S800，启动工作台中的旋转模组，切换工件至下一侧面，重复执行步骤S600、步骤S700，直至完成所有侧面的螺纹孔装配。

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