CN111799080A - 一种滑石片全自动粘接智能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑石片全自动粘接智能控制方法，利用图像识别模块，自动识别待加工的钢硅片的规格和种类；根据硅钢片的规格和种类调用相对应的滑石片粘片的粘接轨迹规划路径，通过机械臂自动控制模块按照粘接轨迹规划路径自动将滑石片粘接到硅钢片的相应位置。本发明还涉及一种滑石片全自动粘接智能控制系统。本发明的智能控制方法和系统，实现了滑石片全自动粘接，保证了滑石片粘接的快速性、粘接性、准确性；生产结果表明滑石片粘接符合工艺标准和规范，滑石片排列整齐，粘接质量好；应用本发明生产效率极大提升，完全可以代替人工操作。

Description

一种滑石片全自动粘接智能控制方法及系统

技术领域

本发明属于变压器生产制造技术领域，具体涉及一种滑石片全自动粘接智能控制方法及系统，具备自动识别滑石片位置功能，捕获滑石片并放置在指定位置进行粘接，其中，所述自动识别滑石片位置涉及图像处理和视觉识别领域，所述捕获和放置滑石片涉及机械臂位姿控制、机械臂力控制。

背景技术

在大型电力变压器、换流变压器中，外部铁芯油道是由滑石片粘接到硅钢片上构成的。目前，滑石片粘接工艺流程为纯手工操作，费时费力、繁琐不畅，点胶量不固定，受力不均匀，加工装配后可能会出现滑石片脱落或者胶液溢出等问题。

专利：滑石片全自动粘接装置(CN106169366A)虽然实现了滑石片的自动粘接，但是，其中的PLC控制方法还不够智能、机械臂的控制还不够精准，有待进一步优化。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在利用智能化控制方法和系统，有效且准确地控制机械臂，实现滑石片准确快速均匀的粘接到硅钢片上。为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种滑石片全自动粘接智能控制方法，包括以下步骤：

利用图像识别模块，自动识别待加工的钢硅片的规格和种类；根据硅钢片的规格和种类调用相对应的滑石片粘片的粘接轨迹规划路径，通过机械臂自动控制模块按照粘接轨迹规划路径自动将滑石片粘接到硅钢片的相应位置。

优选的，包括以下步骤：

步骤1、前期人工准备工作，将滑石片和胶液、硅钢片摆放到位；

步骤2、全自动粘接智能控制系统的设备启动后完成系统的初始化工作；

步骤3、启动高亮度均匀LED光源对硅钢片进行图像采集，检测辨识硅钢片的规格和种类，根据硅钢片的规格和种类调用相对应的滑石片粘片的粘接轨迹规划路径；根据采集的图像对硅钢片进行边沿检测，确定第一个滑石片的放置位置；

步骤4、自动开始第一片滑石片的粘接，直至完成第一列滑石片的粘接；

步骤5、自动开始后面各列滑石片的粘接，直至完成整个硅钢片的滑石片的粘接。

优选的，步骤3中，判断所辨识的硅钢片的规格和种类是否在已知规格和种类中，如果是、调用已有的粘接工作流程进行滑石片的自动粘接；如果否，根据硅钢片的新的规格和种类、设定新的粘接工作流程，调用新设定的粘接工作流程进行滑石片的自动粘接。

优选的，步骤4中，通过料筒的振动使单片滑石片经螺旋滑道、直线滑道顺次输送至取片口；垂直臂在电机作用下带动真空吸附器下压，吸嘴吸附滑石片上提；压缩空气带动喷胶头将定量胶液向上喷至滑石片底部，多余胶液自动吸回；水平臂水平伸出将滑石片移动到硅钢片上方，垂直臂带动真空吸附器下压到硅钢片上，并保压200毫秒后释放滑石片后，第一片粘接完成。

优选的，步骤4中，根据采集的图像判断当前滑石片是否放置成功，设置最多的放置次数，如果超过设置的最多的放置次数、则报警停机；步骤5中，当检测到硅钢片的结束角时停止粘接工作，蜂鸣器发出响声提醒操作者取出已完成的硅钢片，更换新硅钢片继续粘接。

优选的，设置异常情况处理模块，如果电机过电压、或电机过电流、或机械装置超过硅钢片边沿、或滑石片多次脱落、或料桶内材料不足，则报警停机；如果滑石片未成功吸附或脱落，则重新取料；如果到达硅钢片边沿，则控制滑石片的放置符合距离边沿的距离值。

一种滑石片全自动粘接智能控制系统，应用前述的滑石片全自动粘接智能控制方法，包括：硬件处理模块，所述的硬件处理模块与信号采集模块电连接；所述的信号采集模块与主程序控制模块电连接，所述的主程序控制模块分别与上位机、驱动电路电连接，所述的驱动电路与执行机构电连接。

优选的，所述的主程序控制模块包括：PLC控制器、图像处理与识别模块、机械臂位姿控制模块、机械臂力控制模块、机器视觉定位模块；

所述的PLC控制器设置在主滑车上，用于实现图像处理与识别模块、机械臂位姿控制模块、机械臂力控制模块、机器视觉定位模块的相应算法；

所述的图像处理与识别模块，通过图像处理获得特征数据，确定硅钢片的规格和种类、边沿位置；

所述的机械臂位姿控制模块，控制水平机械臂稳定的运行到指定位置；

所述的机械臂力控制模块，采用直接转矩控制算法，控制机械臂竖直方向运动状态，控制竖直机械臂保证稳定的输出扭矩；

所述的机器视觉定位模块，用于工作初始位置的确定和每一行最后一枚滑石片的位置摆放。

优选的，所述的信号采集模块包括：图像采集装置、位置传感器、压力传感器、电压电流传感器；

所述的位置传感器位于驱动电机处、与机械臂驱动电机同轴安装，用于反馈机械臂当前位置，实现机械臂位置的闭环控制，利用编码器采用增量方式记录当前移动距离，计算当前位置；

所述的压力传感器安装在竖直机械臂中，用于滑石片粘接放置时保证合适的压力；

所述电压电流传感器用于测量机械臂上电机上的电压电流，控制机械臂的运行；

所述的图像采集装置设置在水平机械臂上，包括：具备视觉跟踪的摄像头。

优选的，所述的执行机构包括：机械臂、移动滑车以及送料机构，所述的机械臂由竖直臂、水平臂和真空吸附器组成，所述的移动滑车包括沿工作台长度方向移动的主滑车和安装于主滑车上的沿工作台宽度方向移动的副滑车；

所述的硬件处理模块包括：高亮度均匀照明LED光源、滤光片、硬件滤波模块，所述的高亮度均匀照明LED光源和滤光片设于滑车的上部；

所述的驱动电路采用可控硅作为开关，控制电机转速从而控制机械臂的移动速度；

所述的上位机包括：显示控制屏、远程遥控装置，显示控制屏用于选择粘接方式和必要时进行手动设置滑石片粘接运动轨迹，远程遥控装置用于故障时紧急停机、暂停。

本发明的有益效果：

1)本发明的智能控制方法和系统，实现了滑石片全自动粘接，保证了滑石片粘接的快速性、粘接性、准确性。

2)生产结果表明滑石片粘接符合工艺标准和规范，滑石片排列整齐，粘接质量好。

3)应用本发明生产效率极大提升，完全可以代替人工操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本发明实施例的智能控制方法流程图；

图2是本发明实施例的图像识别方法流程图；

图3是本发明实施例的一种上下边加密模式的滑石片粘接技术要求示意图；

图4是本发明实施例的全自动粘接系统的原理示意图；

图5是本发明实施例的机械臂控制方法原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

如图1所示，是本发明实施例的智能控制方法流程图。如图2所示，是本发明实施例的图像识别方法流程图。如图3所示，是本发明实施例的一种上下边加密模式的滑石片粘接技术要求示意图。一种滑石片全自动粘接智能控制方法，包括以下步骤：

步骤1、前期人工准备工作：

将适量滑石片和胶液分别放入料筒和胶桶中；在工作台上铺放硅钢片(如相同规格尺寸可铺放多层)且使其上边对齐上部定位块，目的是保证硅钢片与副滑车移动方向保持垂直。

步骤2、设备启动后进入初始化阶段，垂直臂与水平臂回到机械零位，真空吸附器移动到取片口位置。操作人员可以通过上位机选择不同的粘接方式(按产品的不同分为上下两边加密及不加密两种，默认为不加密)，配置运动轨迹，此时完成系统的初始化工作。

步骤3、启动高亮度均匀LED光源对硅钢片进行图像采集，检测辨识硅钢片的种类；

将硅钢片右上角的尖角部分置入视觉识别机构的摄像头拍摄范围后，设备启动后会通过摄像头采集的图像自动判断硅钢片的种类和规格，根据硅钢片的种类和规格调用相对应的滑石片粘片的粘接轨迹规划路径；

根据图像对硅钢片进行边沿检测，确定第一个滑石片的放置位置。

此步骤中，判断所辨识的硅钢片的类型是否在已知类型中，如果是、调用已有粘接工作流程进行滑石片的自动粘接；如果否，根据硅钢片的新的边沿类型、设定新的粘接工作流程，然后调用新设定的粘接工作流程进行滑石片的自动粘接。

步骤4、自动开始第一片滑石片的粘接，直至完成第一列滑石片的粘接。

通过料筒的振动使单片滑石片经螺旋滑道、直线滑道顺次输送至取片口；垂直臂在电机作用下带动真空吸附器下压，吸嘴吸附滑石片上提，同时压缩空气带动喷胶头将适量胶液向上喷至滑石片底部，多余胶液自动吸回；水平臂水平伸出将滑石片移动到硅钢片上方，垂直臂带动真空吸附器下压到硅钢片上，并保压200毫秒后释放滑石片后提起，第一片粘接完成。

通过预先设定的运动轨迹移动到下一个放置点，重复取片、喷胶、压片的动作，如此循环往复直至第一列完成，在整个工作过程中一直进行边沿检测，当机器视觉系统检测到边沿时，控制系统会给出信号，PLC自动修正副滑车移动距离，保证贴片位置距离边沿为7mm。

此步骤中，根据采集的图像判断当前滑石片是否放置成功，设置最多的放置次数(比如5次)，如果超过设置的最多的放置次数、则报警停机。

步骤5、自动开始后面各列滑石片的粘接，直至完成整个硅钢片的滑石片的粘接。

完成第一列的滑石片粘接工作后，主滑车移动到第二列，副滑车自动完成此列粘接工作，循环往复完成所有滑石片粘接工作。当机器视觉系统检测到结束角会停止粘接工作，蜂鸣器发出响声提醒操作者取出已完成的硅钢片，更换新片继续粘接。

为防止滑石片粘接工作出现意外情况，本智能控制方法中设置了异常情况处理模块，异常情况的种类以及相应的处理方式如下表所示。

控制系统异常情况处理检测项目表

异常情况	处理方式
		电机过电压	报警停机
电机过电流	报警停机
		装置超过硅钢片边沿	报警停机
滑石片未成功吸附或脱落	重新取料
		滑石片多次脱落	报警停机
料桶内材料不足	报警停机
		到达硅钢片边沿	控制滑石片放置位置距离边沿7mm
到达边角	报警停机，更换硅钢片

如图4所示，是本发明实施例的全自动粘接系统的原理示意图。如图5所示，是本发明实施例的机械臂控制方法原理示意图。一种滑石片全自动粘接智能控制系统，包括：硬件处理模块，所述的硬件处理模块与信号采集模块电连接，通过硬件处理模块的硬件完成信号采集。所述的信号采集模块与主程序控制模块电连接，所述的主程序控制模块分别与上位机、驱动电路电连接，所述的驱动电路与执行机构电连接。通过上位机进行硅钢片类型、滑石片粘接路径等参数设定，主程序控制模块根据信号采集模块采集的实时信息，通过驱动电路控制执行机构的机械装置的动作，完成滑石片的全自动粘接工作。

所述的主程序控制模块包括：PLC控制器、图像处理与识别模块、机械臂位姿控制模块、机械臂力控制模块、机器视觉定位模块。

所述的PLC控制器，用于实现图像处理与识别模块、机械臂位姿控制模块、机械臂力控制模块、机器视觉定位模块的相应算法。所述的PLC控制器设置在主滑车上，用于处理各种算法和信号，是整个控制系统的核心。

所述的图像处理与识别模块，处理摄像头所采集的图像，通过图像处理获得特征数据，确定硅钢片的规格和种类、边沿位置，从而确定机械臂和滑车的作业流程和运动轨迹。

所述的机械臂位姿控制模块，用于控制水平机械臂稳定的运行到指定位置。通过确认硅钢片类型，手动设计或者查表确定对应的运动轨迹，机械臂运动分为水平方向运动和竖直方向运动，其中水平方向运动主要依靠机械臂位姿控制，保证机械臂可以准确的停留在指定位置；采用位置闭环的控制方式并采用前馈补偿的方法保证机械臂运动的快速性。

所述的机械臂力控制模块，主要用于机械臂竖直方向运动状态，控制竖直机械臂保证稳定的输出扭矩。采用直接转矩控制算法，保证机械臂恒转矩输出，从而保证滑石片粘接牢固，有效防止压力过小导致滑石片脱落或者压力过大导致胶液溢出的问题。

所述的机器视觉定位模块，主要用于工作初始位置的确定和每一行最后一枚滑石片的位置摆放，控制滑石片放置在距离硅钢片边沿7mm处。利用硅钢片边角的特点，确定第一个滑石片的放置位置，并在最后位置进行边沿检测，将滑石片放在距离边沿7mm处。由于不需要纵深方向的距离测算，所以仅需要单目即可实现。

所述的驱动电路采用可控硅作为开关，控制电机转速从而控制机械臂的移动速度。所述的驱动电路将PLC控制器信号、机械臂运动信号放大，将PLC控制器的控制信号转换为机械臂上驱动电机的驱动信号，进而控制电机运行状态。

所述的信号采集模块包括：图像采集装置、位置传感器、压力传感器、电压电流传感器。

所述的位置传感器位于驱动电机处、与机械臂驱动电机同轴安装，用于反馈机械臂当前位置，实现机械臂位子控制的闭环控制，利用编码器采用增量方式记录当前移动距离，计算当前位置。所述的压力传感器用于监测机械臂对硅钢片的压力，保证电机恒转矩输出。所述的压力传感器安装在竖直机械臂中，主要用于滑石片粘接放置时保证合适的压力。PLC控制器根据位置传感器、压力传感器的反馈信息，控制机械臂的运行状况，确保滑石片粘接位置的精度，保证滑石片受力均匀。

所述电压电流传感器用于测量机械臂上电机上的电压电流，控制机械臂的运行，保证机械臂工作的快速性和跟随性。所述的电压电流传感器中的电流传感器用于机械臂驱动电机实现闭环控制、过电流监测，所述的电压电流传感器中的电压传感器实现电机相电压重构以及过电压监测。

所述的图像采集装置设置在水平机械臂上，包括：具备视觉跟踪的摄像头，主要用于采集硅钢片的种类。利用高亮度均匀照明LED光源和滤光片对硅钢片进行光学处理，利用带视觉跟踪系统的摄像头进行图像采集。以上所有信号采集模块均与PLC控制器相连。

所述的执行机构包括：机械臂、移动滑车以及送料机构。所述的机械臂由竖直臂、水平臂和真空吸附器组成。所述的移动滑车包括沿工作台长度方向移动的主滑车和安装于主滑车上的沿工作台宽度方向移动的副滑车。

所述的硬件处理模块包括：高亮度均匀照明LED光源、滤光片、硬件滤波模块。所述的高亮度均匀照明LED光源和滤光片设于滑车的上部，提供硬件上的光学处理，提高物体的辨识度，配合图像采集装置采集清晰的图像。

所述的上位机包括：显示控制屏，远程遥控装置，显示控制屏主要用于选择粘接方式和必要时进行手动设置运动轨迹。远程遥控装置用于故障时紧急停机、暂停。所述的上位机与PLC控制器分离，方便操作人员对控制系统下达命令，规划粘接的运动轨迹。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滑石片全自动粘接智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用图像识别模块，自动识别待加工的钢硅片的规格和种类；根据硅钢片的规格和种类调用相对应的滑石片粘片的粘接轨迹规划路径，通过机械臂自动控制模块按照粘接轨迹规划路径自动将滑石片粘接到硅钢片的相应位置。

2.根据权利要求1所述的一种滑石片全自动粘接智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、前期人工准备工作，将滑石片和胶液、硅钢片摆放到位；

步骤2、全自动粘接智能控制系统的设备启动后完成系统的初始化工作；

步骤3、启动高亮度均匀LED光源对硅钢片进行图像采集，检测辨识硅钢片的规格和种类，根据硅钢片的规格和种类调用相对应的滑石片粘片的粘接轨迹规划路径；根据采集的图像对硅钢片进行边沿检测，确定第一个滑石片的放置位置；

步骤4、自动开始第一片滑石片的粘接，直至完成第一列滑石片的粘接；

步骤5、自动开始后面各列滑石片的粘接，直至完成整个硅钢片的滑石片的粘接。

3.根据权利要求2所述的一种滑石片全自动粘接智能控制方法，其特征在于，步骤3中，判断所辨识的硅钢片的规格和种类是否在已知规格和种类中，如果是、调用已有的粘接工作流程进行滑石片的自动粘接；如果否，根据硅钢片的新的规格和种类、设定新的粘接工作流程，调用新设定的粘接工作流程进行滑石片的自动粘接。

4.根据权利要求3所述的一种滑石片全自动粘接智能控制方法，其特征在于，步骤4中，通过料筒的振动使单片滑石片经螺旋滑道、直线滑道顺次输送至取片口；垂直臂在电机作用下带动真空吸附器下压，吸嘴吸附滑石片上提；压缩空气带动喷胶头将定量胶液向上喷至滑石片底部，多余胶液自动吸回；水平臂水平伸出将滑石片移动到硅钢片上方，垂直臂带动真空吸附器下压到硅钢片上，并保压200毫秒后释放滑石片后，第一片粘接完成。

5.根据权利要求4所述的一种滑石片全自动粘接智能控制方法，其特征在于，步骤4中，根据采集的图像判断当前滑石片是否放置成功，设置最多的放置次数，如果超过设置的最多的放置次数、则报警停机；步骤5中，当检测到硅钢片的结束角时停止粘接工作，蜂鸣器发出响声提醒操作者取出已完成的硅钢片，更换新硅钢片继续粘接。

6.根据权利要求5所述的一种滑石片全自动粘接智能控制方法，其特征在于，设置异常情况处理模块，如果电机过电压、或电机过电流、或机械装置超过硅钢片边沿、或滑石片多次脱落、或料桶内材料不足，则报警停机；如果滑石片未成功吸附或脱落，则重新取料；如果到达硅钢片边沿，则控制滑石片的放置符合距离边沿的距离值。

7.一种滑石片全自动粘接智能控制系统，其特征在于，应用如权利要求1－6任一项所述的滑石片全自动粘接智能控制方法，包括：硬件处理模块，所述的硬件处理模块与信号采集模块电连接；所述的信号采集模块与主程序控制模块电连接，所述的主程序控制模块分别与上位机、驱动电路电连接，所述的驱动电路与执行机构电连接。

8.根据权利要求7所述的一种滑石片全自动粘接智能控制系统，其特征在于，所述的主程序控制模块包括：PLC控制器、图像处理与识别模块、机械臂位姿控制模块、机械臂力控制模块、机器视觉定位模块；

所述的PLC控制器设置在主滑车上，用于实现图像处理与识别模块、机械臂位姿控制模块、机械臂力控制模块、机器视觉定位模块的相应算法；

所述的图像处理与识别模块，通过图像处理获得特征数据，确定硅钢片的规格和种类、边沿位置；

所述的机械臂位姿控制模块，控制水平机械臂稳定的运行到指定位置；

所述的机械臂力控制模块，采用直接转矩控制算法，控制机械臂竖直方向运动状态，控制竖直机械臂保证稳定的输出扭矩；

所述的机器视觉定位模块，用于工作初始位置的确定和每一行最后一枚滑石片的位置摆放。

9.根据权利要求8所述的一种滑石片全自动粘接智能控制系统，其特征在于，所述的信号采集模块包括：图像采集装置、位置传感器、压力传感器、电压电流传感器；

所述的位置传感器位于驱动电机处、与机械臂驱动电机同轴安装，用于反馈机械臂当前位置，实现机械臂位置的闭环控制，利用编码器采用增量方式记录当前移动距离，计算当前位置；

所述的压力传感器安装在竖直机械臂中，用于滑石片粘接放置时保证合适的压力；

所述电压电流传感器用于测量机械臂上电机上的电压电流，控制机械臂的运行；

所述的图像采集装置设置在水平机械臂上，包括：具备视觉跟踪的摄像头。

10.根据权利要求9所述的一种滑石片全自动粘接智能控制系统，其特征在于，所述的执行机构包括：机械臂、移动滑车以及送料机构，所述的机械臂由竖直臂、水平臂和真空吸附器组成，所述的移动滑车包括沿工作台长度方向移动的主滑车和安装于主滑车上的沿工作台宽度方向移动的副滑车；

所述的硬件处理模块包括：高亮度均匀照明LED光源、滤光片、硬件滤波模块，所述的高亮度均匀照明LED光源和滤光片设于滑车的上部；

所述的驱动电路采用可控硅作为开关，控制电机转速从而控制机械臂的移动速度；

所述的上位机包括：显示控制屏、远程遥控装置，显示控制屏用于选择粘接方式和必要时进行手动设置滑石片粘接运动轨迹，远程遥控装置用于故障时紧急停机、暂停。

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