CN111959100B - 一种位姿调整装置及自动丝印机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种位姿调整装置及自动丝印机，其包括：机架；第一定位部分，包括滑动设置在机架上的第一滑动体、设在机架上用于驱动第一滑动体直线运动的第一驱动器、固定在第一滑动体上的第一顶轴以及转动连接在第一顶轴远离第一滑动体一端的端头；第二定位部分，包括滑动设置在机架上的第二滑动体、设在机架上用于驱动第二滑动体直线运动的第二驱动器、设在第二滑动体内的伺服电机以及与伺服电机输出端相连的第二顶轴；夹持机构，设在机架上，用于对工件进行抓取；以及图像传感器，设在机架的一侧，用于采集图像并对图像信号进行处理；其中，所述第一顶轴与第二顶轴的轴线处于同一直线上。本申请具有印刷精度高的效果。

Description

一种位姿调整装置及自动丝印机

技术领域

本申请涉及印刷设备的技术领域，尤其是涉及一种位姿调整装置及自动丝印机。

背景技术

自动丝印机是广泛应用于印刷领域的一种印刷机械，其原理是通过一定的压力使油墨通过丝印机的孔眼，并转移到承印物上，形成图案或文字。

在瓶装容器的表面印刷图案或字体时，需要沿容器表面的周向完成多次印刷任务，即瓶装容器在完成每次印刷工艺后，批量传送并进行下一道印刷工艺，但是在印刷过程中发现，由于人为摆放因素、传送设备振动、丝印机机械臂抓取过程中容器相对机械爪滑动等一系列原因，导致图案或文字无法精准印刷在容器的指定位置，出现印刷偏差的问题。

发明内容

为了提高印刷精准度，本申请采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种位姿调整装置，采用如下的技术方案：

一种位姿调整装置，包括：

机架；

第一定位部分，包括滑动设置在机架上的第一滑动体、设在机架上用于驱动第一滑动体直线运动的第一驱动器、固定在第一滑动体上的第一顶轴以及转动连接在第一顶轴远离第一滑动体一端的端头；

第二定位部分，包括滑动设置在机架上的第二滑动体、设在机架上用于驱动第二滑动体直线运动的第二驱动器、设在第二滑动体内的伺服电机以及与伺服电机输出端相连的第二顶轴；

夹持机构，设在机架上，用于对工件进行抓取；以及

图像传感器，设在机架的一侧，用于采集图像并对图像信号进行处理；

其中，所述第一顶轴与第二顶轴的轴线处于同一直线上，夹持机构将工件夹至第一顶轴与第二顶轴之间的空间内时，第一驱动器和第二驱动器动作，端头和第二顶轴将工件夹紧。

通过采用上述技术方案，工件沿输送装置移动的过程中，夹持机构夹取工件，然后将工件移动至端头和第二顶轴之间，第一驱动器和第二驱动器的活塞杆同时伸出，第二顶轴和端头将工件夹紧，此时图像传感器获取工件表面的图像信息，并将获取的图像信号与设定的图像信号进行比对，计算出工件表面的图像相对设定的图像的距离，即图像的偏移量，将该图像信号转换成数字信号，反馈给控制系统，然后控制系统控制伺服电机动作，第二顶轴转动一定角度，由于第二顶轴和端头均与工件之间为抵紧状态，在静摩擦力作用下，工件跟随第二顶轴一同旋转，工件即可转动至固定位置，然后进入印刷工序。通过第一定位部分和第二定位部分将工件夹紧固定，然后图像传感器获取工件表面图像信息并计算工件需要偏转的角度。能够对每一个工件在印刷前的位姿进行调整，保证工件表面相邻两次印刷位置的间距在误差范围内，将图案印刷在工件的指定位置，提高印刷的精准度。

优选的，所述夹持机构包括：

第三滑动体，滑动设置在机架上，且其滑动方向垂直于第一顶轴的滑动方向；

第三驱动器，设在机架上，用于驱动第三滑动体沿机架运动；

箱体，其一侧棱边与第三滑动体转动连接；

第四驱动器，设置在第三滑动体上，用于驱动箱体转动；

夹持臂，设有两组，分别铰接在箱体上，两组夹持臂呈十字交叉形铰接于一点，两组夹持臂的一端位于箱体内，另一端伸出箱体外；以及

驱动组件，设在箱体内，用于驱动两个夹持臂张合。

通过采用上述技术方案，整个过程中，第三驱动器控制第三滑动体在第一定位部分与输送装置之间往复运动，同时第四驱动器控制箱体和夹持臂转动，驱动组件控制夹持臂张合夹取工件，箱体和夹持臂的转动是为了将工件由直立状态转换为水平状态，运送至第一定位部分和第二定位部分之间，实现工件姿态的调整，便于印刷。

优选的，所述驱动组件包括：

气缸，设在箱体内，两组所述夹持臂的铰接点位于气缸的轴线方向上；以及

连杆，设有两组，其一端分别与气缸活塞杆的顶端铰接，另一端与夹持臂铰接。

通过采用上述技术方案，气缸活塞杆伸出时，两根连杆之间的夹角增大，两组夹持臂向两侧张开；气缸活塞杆缩回时，两根连杆之间的夹角减小，两组夹持臂向中间聚拢，实现对工件的夹取动作，而且结构简单易于实现。

优选的，所述夹持臂伸出箱体的端部固定有导向杆，所述导向杆上沿垂直于夹持臂的方向开设有导向槽；

所述导向杆上间隔设置有若干夹持爪，所述夹持爪的一端固定有螺栓，所述螺栓穿过导向槽并连接有螺母，所述螺栓能够沿导向槽滑动。

通过采用上述技术方案，设置多个夹持爪的作用在于增加与工件的接触点，即增加夹持点的数量，避免工件相对夹持臂旋转，使夹持更稳定；同时将夹持爪滑动设置在导向杆上，方便调节夹持爪之间的间距，与工件的尺寸相适应。

优选的，两组所述连杆之间连接有弹簧，所述弹簧位于两组连杆铰接点的同一侧，所述弹簧处于自然伸长时，两组夹持臂处于打开状态。

通过采用上述技术方案，气缸控制两组夹持臂向中间聚拢的过程中，两组夹持臂压缩弹簧，弹簧始终对夹持臂施加一个弹力，夹持臂在夹紧工件的过程中更为稳定。

优选的，所述第三滑动体靠近箱体的一侧表面上开设有容置槽，所述第四驱动器的底端与容置槽的底部铰接，所述第四驱动器活塞杆的顶端与箱体铰接。

通过采用上述技术方案，通过第四驱动器活塞杆的伸缩控制箱体转动，结构简单，实现较为容易。

优选的，所述夹持爪上开设有定位槽，所述定位槽的底面为弧面。

通过采用上述技术方案，当夹持爪夹持工件时，定位槽的底面与工件的侧表面相贴合，增大与工件之间的接触面积，进一步提高了夹持的稳定性。

优选的，所述定位槽内设置有橡胶垫，所述橡胶垫为与定位槽适配的弧形垫。

通过采用上述技术方案，橡胶垫的设置增大了夹持爪与工件之间的摩擦力，从而降低了夹持爪与工件之间相对滑动的概率。

优选的，所述第二顶轴远离伺服电机的一端设置有定位盘。

通过采用上述技术方案，定位盘的设置增大了第二顶轴与工件之间的接触面积，进而增大了力的作用面积，驱动工件旋转更为容易实现，防止第二顶轴与工件之间出现相对滑动。

第二方面，本申请提供一种自动丝印机，包括上述任意一种位姿调整装置。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过第一定位部分和第二定位部分将工件夹紧固定，然后图像传感器获取工件表面图像信息并计算工件需要偏转的角度。能够对每一个工件在印刷前的位姿进行调整，保证工件表面相邻两次印刷位置的间距在误差范围内，将图案印刷在工件的指定位置，提高印刷的精准度。

2.通过夹持机构的设置，能够将工件由直立状态转换为水平状态，输送至第一定位部分和第二定位部分之间，不仅实现工件的转移，而且调整了工件的姿态，有利于后期印刷。

附图说明

图1是本申请实施例给出的位姿调整装置的整体结构示意图。

图2是图1另一视角的结构示意图。

图3是图1中第一定位部分与第二定位部分的结构示意图。

图4是图1中夹持机构的结构示意图。

图5是图4中A部分的局部放大图。

图中，1、机架；11、第三导轨；2、第一定位部分；21、第一滑动体；22、第一驱动器；23、第一顶轴；24、端头；25、第一导轨；3、第二定位部分；31、第二滑动体；32、第二驱动器；33、伺服电机；34、第二顶轴；35、定位盘；36、第二导轨；4、图像传感器；5、夹持机构；51、第三滑动体；511、容置槽；52、第三驱动器；53、箱体；54、第四驱动器；55、夹持臂；56、驱动组件；561、气缸；562、连杆；57、导向杆；571、导向槽；58、夹持爪；581、螺栓；582、螺母；583、定位槽；584、橡胶垫；59、弹簧；6、支架。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

为了便于理解本申请的方案，首先对整个印刷过程进行介绍，本申请实施例中将待印刷的承印物统一称为工件，本申请实施例中所指的工件可以为化妆品瓶子、药瓶、杯子等圆柱形的容器，因此其初次印刷没有参考基准，统一批量印刷即可，在进行下一道印刷工艺时，工作人员手动将工件摆放至特定角度放在传送带上，工件沿传送带运动并输送至丝印机的一侧，然后机械臂抓取工件至指定工位，对工件进行印刷处理。

在上述过程中，工作人员手动摆放时存在人为操作误差、传送带输送过程存在振动现象、机械臂抓取工件时工件会相对机械爪滑移，这些因素都会导致其最终的印刷位置出现偏差，应理解的是，此处的偏差是指与上一次印刷位置的相对距离，若此距离与设定距离的差值过大，说明印刷偏差过大，影响最终成品的印刷质量。

参照图1，为本申请实施例公开的一种位姿调整装置，包括机架1、第一定位部分2、第二定位部分3、图像传感器4以及夹持机构5。

参照图1、图2和图3，第一定位部分2包括第一滑动体21、第一驱动器22、第一顶轴23以及端头24。机架1上固定有第一导轨25，第一滑动体21滑动设置在第一导轨25上，能够沿第一导轨25直线运动；第一驱动器22固定安装在机架1上，第一驱动器22可以为气缸、液压缸、电推杆等形式，其活塞杆的顶端与第一滑动体21固定连接，第一驱动器22的活塞杆动作时，驱动第一滑动体21沿第一导轨25直线运动；第一顶轴23固定连接在第一滑动体21上，第一顶轴23的轴线与第一驱动器22的轴线重合；端头24转动连接在第一顶轴23远离第一滑动体21的一端。

第二定位部分3包括第二滑动体31、第二驱动器32、伺服电机33以及第二顶轴34。机架1上固定有第二导轨36，第二滑动体31滑动设置在第二导轨36上，能够沿第二导轨36直线运动；第二驱动器32固定安装在机架1上，第二驱动器32可以为气缸、液压缸、电推杆等形式，其活塞杆的顶端与第二滑动体31规定连接，第二驱动器32的活塞杆动作时，驱动第二滑动体31沿第二导轨36直线运动；第二滑动体31具体为一种箱体式结构，伺服电机33安装在第二滑动体31内，相对第二滑动体31固定，第二驱动器32能够控制第二滑动体31和伺服电机33一同移动；第二顶轴34与伺服电机33的输出端相连，伺服电机33能够驱动第二顶轴34转动。

需要说明的是，第二顶轴34与第一顶轴23的轴线位于同一直线上，而且第二顶轴34远离伺服电机33的端部与端头24相对设置，第一驱动器22和第二驱动器32同时动作时，第一顶轴23和第二顶轴34相向运动或向相反方向运动。

夹持机构5设置在机架1上，用于抓取工件。应当理解的是，实际生产过程中，机架1的一侧设置有用于运送工件的输送装置，输送装置将工件输送至夹持机构5一侧时，夹持机构5夹取工件并将工件运送至端头24和第二顶轴34之间。

机架1的一侧设置有支架6，图像传感器4安装在支架6上，支架6可以与机架1一体成型，也可以与机架1独立设置。图像传感器4的作用是将光学图像转换成电子信号，具体的，图像传感器4可以为CCD相机、CMOS相机等；夹持机构5将工件夹取并运送至第一定位部分2和第二定位部分3之间时，图像传感器4能够获取工件表面的图像。

工作人员或特定的机械设备首先将工件摆放在输送装置上，工件沿输送装置移动的过程中，夹持机构5夹取工件，然后将工件移动至端头24和第二顶轴34之间，第一驱动器22和第二驱动器32的活塞杆同时伸出，第二顶轴34和端头24将工件夹紧，此时图像传感器4获取工件表面的图像信息，并将获取的图像信号与设定的图像信号进行比对，计算出工件表面的图像相对设定的图像的距离，即图像的偏移量，将该图像信号转换成数字信号，反馈给控制系统，然后控制系统控制伺服电机33动作，第二顶轴34转动一定角度（该角度根据图像的偏移量得出），由于第二顶轴34和端头24均与工件之间为抵紧状态，在静摩擦力作用下，工件跟随第二顶轴34一同旋转，工件即可转动至固定位置，然后进入印刷工序。

通过第一定位部分2和第二定位部分3将工件夹紧固定，然后图像传感器4获取工件表面图像信息并计算工件需要偏转的角度。能够对每一个工件在印刷前的位姿进行调整，保证工件表面相邻两次印刷位置的间距在误差范围内，将图案印刷在工件的指定位置，提高印刷的精准度。

参照图3，进一步的，第二顶轴34远离伺服电机33的端部固定有定位盘35。夹取工件时，工件的一端与端头24抵接，另一端与定位盘35抵接，第二顶轴34带动定位盘35旋转，定位盘35带动工件旋转，定位盘35的设置增大了第二顶轴34与工件之间的接触面积，进而增大了力的作用面积，驱动工件旋转更为容易实现，防止第二顶轴34与工件之间出现相对滑动。

应当理解的是，当工件为瓶状时，需使工件的底部与定位盘35抵接，瓶口部与端头24抵接，保证力能够在工件的对应部位合理分布。

参照图2、图4和图5，夹持机构5包括第三滑动体51、第三驱动器52、箱体53、第四驱动器54、两组夹持臂55以及控制两组夹持臂55张合的驱动组件56。

机架1上固定设置有第三导轨11，第三滑动体51滑动设置在第三导轨11上，且第三滑动体51的滑动方向垂直于第一顶轴23的轴线；第三驱动器52固定在机架1上，第三驱动器52可以为气缸、液压缸或电推杆等形式，第三驱动器52活塞杆的顶端与第三滑动体51固定连接，第三驱动器52活塞杆动作时，驱动第三滑动体51沿第三导轨11作直线往复运动；箱体53为一种方形结构，其一条棱边与第三滑动体51转动连接；第四驱动器54安装在第三滑动体51上，用于驱动箱体53旋转，具体的，箱体53所能旋转的最大角度为90°，箱体53相邻的两侧表面分别与第三滑动体51的侧表面贴合时，为箱体53转动的两个极限位置。

箱体53的一端设置为开口，两组夹持臂55呈十字交叉形设置，并铰接在箱体53的开口端，两组夹持臂55的交点即为铰接点，两组夹持臂55的一端位于箱体53内部，另一端伸出箱体53外；驱动组件56固定设置在箱体53内，能够控制两组夹持臂55张合，实现对工件的夹取，该过程类似于剪刀或钳子等工具的使用过程。

应当理解的是，传送工件的输送装置位于第一定位部分2和图像传感器4之间，且夹持机构5在第一定位部分2和输送装置之间。以夹持机构5在第一定位部分2下方时的位置作为初始位置，对一个夹取过程进行介绍，此时箱体53的一侧表面与第三滑动体51的侧表面贴合，两组夹持臂55处于合拢状态；首先，驱动组件56控制两臂夹持臂55张开，然后第三驱动器52将第三滑动体51向图像传感器4一侧推动，第三滑动体51在移动过程中，第四驱动器54控制箱体53转动90°，当第三滑动体51移动至最大行程处时，两组夹持臂55恰好套在工件的外侧，此时驱动组件56控制两组夹持臂55合拢，夹紧工件的侧表面；然后第三驱动器52控制第三滑动体51反向运动，同时第四驱动器54控制箱体53反向转动，直到工件移动至第一顶轴23和第二顶轴34之间时，第一驱动器22和第二驱动器32活塞杆伸出，抵紧工件的两端，此时驱动组件56控制两组夹持臂55张开将工件松开即可，最后进行图像处理、调整工件位置，此为工件的一个处理过程。

需要说明的是，在夹取过程中，如何将工件由直立状态转变为水平状态，进行印刷是一个难点。整个过程中，第三驱动器52控制第三滑动体51在第一定位部分2与输送装置之间往复运动，同时第四驱动器54控制箱体53和夹持臂55转动，驱动组件56控制夹持臂55张合夹取工件，箱体53和夹持臂55的转动是为了将工件由直立状态转换为水平状态，运送至第一定位部分2和第二定位部分3之间，实现工件姿态的调整，便于印刷。

参照图4，第三滑动体51靠近箱体53的一侧表面上开设有容置槽511，第四驱动器54安装在容置槽511内，具体的，第四驱动器54可以采用气缸、液压缸、电推杆等形式，第四驱动器54的底端，也就是缸体一端铰接在容置槽511的底部，第四驱动器54活塞杆的顶端铰接在箱体53上。通过第四驱动器54活塞杆的伸缩控制箱体53转动，结构简单，实现较为容易。

参照图5，驱动组件56包括气缸561和连杆562，气缸561固定在箱体53内，两根连杆562的一端与气缸561活塞杆的顶端铰接，另一端与对应的夹持臂55铰接；需要说明的是，两组夹持臂55的铰接点位于气缸561的轴线方向上，气缸561活塞杆伸出时，两根连杆562之间的夹角增大，两组夹持臂55向两侧张开；气缸561活塞杆缩回时，两根连杆562之间的夹角减小，两组夹持臂55向中间聚拢，实现对工件的夹取动作，而且结构简单易于实现。

进一步的，两组连杆562之间固定连接有弹簧59，弹簧59位于两组连杆562铰接点的同一侧，弹簧59处于自然伸长状态时，将两组夹持臂55向两侧顶开，气缸561控制两组夹持臂55向中间聚拢的过程中，两组夹持臂55压缩弹簧59，弹簧59始终对夹持臂55施加一个弹力，夹持臂55在夹紧工件的过程中更为稳定。

参照图5，夹持臂55伸出箱体53外的一端固定有导向杆57，导向杆57垂直于夹持臂55，导向杆57的横截面为矩形设置，且在导向杆57上沿垂直于夹持臂55的方向开设有导向槽571，导向槽571呈腰型设置；导向杆57上沿其长度方向间隔设置有多组夹持爪58，本申请实施例中夹持爪58设置有两个，对称设置在每组夹持臂55的两侧；夹持爪58的一端固定连接有螺栓581，螺栓581的一端穿过导向槽571，并能够沿导向槽571滑动，且螺栓581穿过导向槽571的端部螺纹连接有螺母582，旋动螺母582使其侧端面抵紧在导向杆57上时，能够将夹持爪58固定。

应当理解的是，夹持爪58平行于夹持臂55，设置多个夹持爪58的作用在于增加与工件的接触点，即增加夹持点的数量，避免工件相对夹持臂55旋转，使夹持更稳定；同时将夹持爪58滑动设置在导向杆57上，方便调节夹持爪58之间的间距，与工件的尺寸相适应。

进一步的，夹持爪58上开设有定位槽583，定位槽583的底面具体为弧面设置。当夹持爪58夹持工件时，定位槽583的底面与工件的侧表面相贴合，增大与工件之间的接触面积，进一步提高了夹持的稳定性。

为了防止夹持爪58与工件之间因刚性接触而出现相对滑移现象，在定位槽583内粘接固定有橡胶垫584，橡胶垫584也为一种与定位槽583相适配的弧形垫，橡胶垫584的设置增大了夹持爪58与工件之间的摩擦力，从而降低了夹持爪58与工件之间相对滑动的概率。

本申请实施例还公开了一种自动丝印机，包括上述所述的一种位姿调整装置。位姿调整装置安装在自动丝印机上，对工件进行夹取、位姿调整后，自动丝印机上的机械臂将调整后的工件夹走，进行印刷工作。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种位姿调整装置，其特征在于，包括：

机架（1）；

第一定位部分（2），包括滑动设置在机架（1）上的第一滑动体（21）、设在机架（1）上用于驱动第一滑动体（21）直线运动的第一驱动器（22）、固定在第一滑动体（21）上的第一顶轴（23）以及转动连接在第一顶轴（23）远离第一滑动体（21）一端的端头（24）；

第二定位部分（3），包括滑动设置在机架（1）上的第二滑动体（31）、设在机架（1）上用于驱动第二滑动体（31）直线运动的第二驱动器（32）、设在第二滑动体（31）内的伺服电机（33）以及与伺服电机（33）输出端相连的第二顶轴（34）；

夹持机构（5），设在机架（1）上，用于对工件进行抓取；以及

图像传感器（4），设在机架（1）的一侧，用于采集图像并对图像信号进行处理；

其中，所述第一顶轴（23）与第二顶轴（34）的轴线处于同一直线上，夹持机构将工件夹至第一顶轴（23）与第二顶轴（34）之间的空间内时，第一驱动器（22）和第二驱动器（32）动作，端头（24）和第二顶轴（34）将工件夹紧；

所述夹持机构（5）包括：

第三滑动体（51），滑动设置在机架（1）上，且其滑动方向垂直于第一顶轴（23）的滑动方向；

第三驱动器（52），设在机架（1）上，用于驱动第三滑动体（51）沿机架（1）运动；

箱体（53），其一侧棱边与第三滑动体（51）转动连接；

第四驱动器（54），设置在第三滑动体（51）上，用于驱动箱体（53）转动；

夹持臂（55），设有两组，分别铰接在箱体（53）上，两组夹持臂（55）呈十字交叉形铰接于一点，两组夹持臂（55）的一端位于箱体（53）内，另一端伸出箱体（53）外；以及

驱动组件（56），设在箱体（53）内，用于驱动两个夹持臂（55）张合；

其中，所述箱体（53）和夹持臂（55）转动可将工件由直立状态转换为水平状态。

2.根据权利要求1所述的一种位姿调整装置，其特征在于，所述驱动组件（56）包括：

气缸（561），设在箱体（53）内，两组所述夹持臂（55）的铰接点位于气缸（561）的轴线方向上；以及

连杆（562），设有两组，其一端分别与气缸（561）活塞杆的顶端铰接，另一端与夹持臂（55）铰接。

3.根据权利要求2所述的一种位姿调整装置，其特征在于：所述夹持臂（55）伸出箱体（53）的端部固定有导向杆（57），所述导向杆（57）上沿垂直于夹持臂（55）的方向开设有导向槽（571）；

所述导向杆（57）上间隔设置有若干夹持爪（58），所述夹持爪（58）的一端固定有螺栓（581），所述螺栓（581）穿过导向槽（571）并连接有螺母（582），所述螺栓（581）能够沿导向槽（571）滑动。

4.根据权利要求2或3所述的一种位姿调整装置，其特征在于：两组所述连杆（562）之间连接有弹簧（59），所述弹簧（59）位于两组连杆（562）铰接点的同一侧，所述弹簧（59）处于自然伸长时，两组夹持臂（55）处于打开状态。

5.根据权利要求1所述的一种位姿调整装置，其特征在于：所述第三滑动体（51）靠近箱体（53）的一侧表面上开设有容置槽（511），所述第四驱动器（54）的底端与容置槽（511）的底部铰接，所述第四驱动器（54）活塞杆的顶端与箱体（53）铰接。

6.根据权利要求3所述的一种位姿调整装置，其特征在于：所述夹持爪（58）上开设有定位槽（583），所述定位槽（583）的底面为弧面。

7.根据权利要求6所述的一种位姿调整装置，其特征在于：所述定位槽（583）内设置有橡胶垫（584），所述橡胶垫（584）为与定位槽（583）适配的弧形垫。

8.根据权利要求1所述的一种位姿调整装置，其特征在于：所述第二顶轴（34）远离伺服电机（33）的一端设置有定位盘（35）。

9.一种自动丝印机，其特征在于：包括权利要求1-8中任意一项所述的一种位姿调整装置。

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