CN112077398A - 一种基于视觉定位的板材自动攻丝机 - Google Patents

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CN112077398A CN202011061290.2A CN202011061290A CN112077398A CN 112077398 A CN112077398 A CN 112077398A CN 202011061290 A CN202011061290 A CN 202011061290A CN 112077398 A CN112077398 A CN 112077398A
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cross beam
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吴昌林
吴喆建
赵振燚
黄磊
吴焱明
朱家诚
李飞亚
丁鹏
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Abstract

本发明公开了一种基于视觉定位的板材自动攻丝机，属于自动化设备技术领域，其包括：床身总成；大横梁总成，可滑动地设置于床身总成上端；主轴横移总成，可滑动地设置于大横梁总成上；主轴升降总成，可上下滑动地设置于主轴横移总成上；主轴总成，设置于主轴升降总成远离主轴横移总成的一侧；主轴总成包括安装座、主轴、打刀缸和工业相机；刀库总成，刀库总成设置于大横梁总成上，刀库总成包括刀架，刀架上设置有若干攻丝刀具；操作装置，设置于床身总成的一端；控制柜，控制内设置有控制模块。本发明实现了板材孔群的攻丝自动化，提高了攻丝效率，降低了工人劳动强度，避免了人工操作时漏攻、错攻现象的发生。

Description

一种基于视觉定位的板材自动攻丝机
技术领域
本发明属于自动化设备技术领域，具体涉及一种基于视觉定位的板材自动攻丝机。
背景技术
板材在机械行业大量使用，同时板材上普遍存在大量不同规格的螺纹孔。而板材大多采用激光切割方式下料，有螺纹孔的板材大多采用激光切割方式加工螺纹底孔，由于板材的二次定位问题，传统的板材攻丝大多是采用人工辅助定位的手动、半自动攻丝。随着工业自动化的快速发展，这种高成本、低效率的方式已经不能满足市场的需求。
因此，急需一种能够提高板材孔群攻丝工艺效率且自动化程度高的板材自动攻丝机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高板材孔群攻丝工艺效率且自动化程度高的板材自动攻丝机。本发明采取了如下技术方案：
一种基于视觉定位的板材自动攻丝机，包括：
床身总成，用于固定支撑；
大横梁总成，所述大横梁总成可滑动地设置于所述床身总成上端；
主轴横移总成，所述主轴横移总成可滑动地设置于所述大横梁总成上；所述主轴横移总成的滑动方向与所述大横梁总成的滑动方向垂直；
主轴升降总成，所述主轴升降总成可上下滑动地设置于所述主轴横移总成上；
主轴总成，所述主轴总成设置于所述主轴升降总成远离所述主轴横移总成的一侧；所述主轴总成包括安装座、主轴、打刀缸和工业相机，所述安装座与所述主轴升降总成固定连接，所述打刀缸设置于所述安装座上端，所述主轴设置于所述安装座下端，所述打刀缸的压杆与所述主轴固定连接；所述工业相机通过连接架固定连接于所述安装座下端，用于对工件边缘拍照；
刀库总成，所述刀库总成设置于所述大横梁总成上，所述刀库总成包括刀架，所述刀架上设置有若干攻丝刀具，所述攻丝刀具与所述主轴配合；
操作装置，所述操作装置设置于所述床身总成的一端；
控制柜，所述控制内设置有控制模块，所述控制模块与所述大横梁总成、所述主轴横移总成、所述主轴升降总成、所述主轴总成、所述刀库总成以及所述操作装置通讯连接，并控制所述大横梁总成、所述主轴横移总成、所述主轴升降总成、所述主轴总成、所述刀库总成的移动。
进一步地，床身总成包括床身框架，所述床身框架底部设置有可调节支脚；所述床身框架内设置有嵌入式电气柜；在所述大横梁总成相对所述床身框架滑动方向上，所述床身框架两侧分别设置有第一齿条和第一直线导轨，所述床身框架两端设置有限位器，所述限位器用于大横梁总成的滑动限位；所述床身框架靠近所述操作装置的一端设置有对刀器，所述对刀器与所述控制模块配合，用于确定刀具长度。
进一步地，所述大横梁总成包括大横梁架，所述大横梁架长度方向的两端设置有驱动系统和第一滑块，所述驱动系统包括上下依次连接设置的第一伺服电机、第一减速器和第一驱动齿轮；所述第一减速器通过转接板固定连接于所述大横梁架上；所述第一驱动齿轮与所述第一齿条配合，用于驱动所述大横梁总成相对于所述床身总成往复运动；所述第一滑块设置于所述转接板的下端；所述第一滑块与所述第一直线导轨配合，用于所述大横梁总成相对所述床身总成滑动导向；所述大横梁架两端设置的所述第一伺服电机由运动控制器控制，以实现同步驱动；在所述大横梁架宽度方向一侧面的一端设置有用于所述刀库总成固定安装的安装支架；在所述安装支架同侧，所述大横梁架的侧面设置有第二直线导轨和第二齿条。
进一步地，所述主轴横移总成包括安装板，所述安装板一侧设置有依次连接的横移伺服电机、第二减速器、第二驱动齿轮；所述第二驱动齿轮与所述第二齿条配合，用于驱动所述主轴横移总成相对于所述大横梁总成往复运动；在所述第二驱动齿轮同侧，所述安装板设置有第二滑块，所述第二滑块与所述第二直线导轨配合，用于所述主轴横移总成相对所述大横梁总成滑动导向。
进一步地，所述安装板远离所述横移伺服电机的一侧设置有第三直线导轨和依次连接的升降伺服电机、弹性联轴器、滚珠丝杠。
进一步地，所述主轴升降总成包括升降框架、丝杠螺母和第三滑块；所述丝杠螺母、所述第三滑块以及所述主轴总成与所述升降框架固定连接；所述丝杠螺母与所述滚珠丝杠配合，用于带动所述升降框架的上下移动；所述第三滑块与所述第三直线导轨配合，用于所述升降框架相对所述主轴横移总成上下移动的导向。
进一步地，所述主轴总成还包括主轴电机、主动带轮、同步带、从动带轮；所述主动带轮与所述主轴电机输出端固定连接，并设置于所述安装架远离所述打刀缸的一侧；所述从动带轮设置于所述主轴靠近所述打刀缸压杆一端，用于带动所述主轴转动；所述主动带轮与所述从动带轮通过所述同步带传动连接；所述安装架与所述升降框架固定连接。
进一步地，所述刀库总成还包括依次连接的第二伺服电机和第三减速器，所述第三减速器输出端与所述刀架固定连接，用于驱动所述刀架转动；所述刀架外侧设置有罩壳。
进一步地，所述控制模块为PLC模块。
本发明有益效果：
本发明提供了一种基于视觉定位的板材自动攻丝机，通过安装在主轴总成末端的工业相机拍摄到工件边缘照片，工控机内控制系统通过图像处理和识别，确定工件在机床工作台的位置；根据工控机读取的工件所需攻丝的孔位信息，进行路径规划，并到刀库换取相应的丝锥规格，根据螺纹孔不同，自动换到相应刀具实现攻丝，并完成孔群的攻丝，提高了板材攻丝的效率，降低了工人的劳动强度，避免了人工操作时漏攻、错攻现象的发生。
附图说明
图1一种基于视觉定位的板材自动攻丝机整体结构示意图
图2床身总成结构示意图
图3大横梁架总成结构示意图
图4主轴横移总成结构示意图
图5是图4的另一视角
图6主轴升降总成结构示意图
图7主轴总成结构示意图
图8刀库总成示意图
其中，1、床身总成；101、床身框架；102、可调节支脚；103、电气柜；104、第一齿条；105、限位器；106、第一直线导轨；107、对刀器；2、大横梁总成；201、大横梁架；202、第一伺服电机；203、第一减速器；204、驱动齿轮；205、第一滑块；206、第二直线导轨；207、第二齿条；208、安装支架；209、转接板；3、主轴橫移总成；301、横移伺服电机；302、第二减速器；303、第二驱动齿轮；304、安装板；305、第二滑块；306、升降伺服电机；307、弹性联轴器；308、滚珠丝杠；309、第三直线导轨；4、主轴升降总成；401、升降框架；402、丝杠螺母；403、第三滑块；5、主轴总成；501、主轴电机；502、主动带轮；503、工业相机；504、打刀缸；505、从动带轮；506、同步带；507、主轴；508、安装架；509、连接架；6、刀库总成；601、第二伺服电机；602、第三减速器；603、刀架；604、攻丝刀具；605、罩壳；7、操作装置。
具体实施方式
实施例1
一种基于视觉定位的板材自动攻丝机，包括：床身总成1、大横梁总成2、主轴橫移总成3、主轴升降总成4、主轴总成5、刀库总成6、操作装置7、控制柜。
床身总成1，用于固定支撑。其中，床身总成1包括床身框架101，床身框架101底部设置有可调节支脚102；床身框架101内设置有嵌入式电气柜103；在大横梁总成2相对床身框架101滑动方向上，床身框架101两侧分别设置有第一齿条104和第一直线导轨106，床身框架101两端设置有限位器105，限位器105用于大横梁总成2的滑动限位；床身框架101靠近操作装置7的一端设置有对刀器107，对刀器107与控制模块配合，用于确定刀具长度。
大横梁总成2，大横梁总成2可滑动地设置于床身总成1上端。其中，大横梁总成2包括大横梁架201，大横梁架201长度方向的两端设置有驱动系统和第一滑块205，驱动系统包括上下依次连接设置的第一伺服电机202、第一减速器203和第一驱动齿轮204；第一减速器203通过转接板209固定连接于大横梁架201上；第一驱动齿轮204与第一齿条104配合，用于驱动大横梁总成2相对于床身总成1往复运动；第一滑块205设置于转接板209的下端；第一滑块205与第一直线导轨106配合，用于大横梁总成2相对床身总成1滑动导向；大横梁架201两端设置的第一伺服电机202由运动控制器控制，以实现同步驱动；在大横梁架201宽度方向一侧面的一端设置有用于刀库总成6固定安装的安装支架208；在安装支架208同侧，大横梁架201的侧面设置有第二直线导轨206和第二齿条207。
主轴横移总成3，主轴横移总成3可滑动地设置于大横梁总成2上；主轴横移总成3的滑动方向与大横梁总成2的滑动方向垂直。
其中，主轴横移总成3包括安装板304，安装板304一侧设置有依次连接的横移伺服电机301、第二减速器302、第二驱动齿轮303；第二驱动齿轮303与第二齿条207配合，用于驱动主轴横移总成3相对于大横梁总成2往复运动；在第二驱动齿轮303同侧，安装板304设置有第二滑块305，第二滑块305与第二直线导轨206配合，用于主轴横移总成3相对大横梁总成2滑动导向。
安装板304远离横移伺服电机301的一侧设置有第三直线导轨309和依次连接的升降伺服电机306、弹性联轴器307、滚珠丝杠308。
主轴升降总成4，主轴升降总成4可上下滑动地设置于主轴横移总成3上。其中，主轴升降总成4包括升降框架401、丝杠螺母402和第三滑块403；丝杠螺母402、第三滑块403以及主轴总成5与升降框架401固定连接；丝杠螺母402与滚珠丝杠308配合，用于带动升降框架401的上下移动；第三滑块403与第三直线导轨309配合，用于升降框架401相对主轴横移总成3上下移动的导向。
主轴总成5，主轴总成5设置于主轴升降总成4远离主轴横移总成3的一侧；主轴总成5包括安装座508、主轴507、打刀缸504和工业相机503，安装座508与主轴升降总成4固定连接，打刀缸504设置于安装座508上端，主轴设置于安装座508下端，打刀缸504的压杆与主轴固定连接；工业相机503通过连接架509固定连接于安装座508下端，用于对工件边缘拍照。
主轴总成5还包括主轴电机501、主动带轮502、同步带506、从动带轮505；主动带轮502与主轴电机501输出端固定连接，并设置于安装架508远离打刀缸504的一侧；从动带轮505设置于主轴507靠近打刀缸504压杆一端，用于带动主轴507转动；主动带轮502与从动带轮505通过同步带506传动连接；安装架508与升降框架401固定连接。
刀库总成6，刀库总成6设置于大横梁总成2上，刀库总成6包括刀架603，刀架603上设置有若干攻丝刀具604，攻丝刀具604与主轴507配合。其中，刀库总成6还包括依次连接的第二伺服电机601和第三减速器602，第三减速器602输出端与刀架603固定连接，用于驱动刀架603转动；刀架603外侧设置有罩壳605。
操作装置7，操作装置7设置于床身总成1的一端。
控制柜，控制内设置有控制模块，控制模块与大横梁总成2、主轴横移总成3、主轴升降总成4、主轴总成5、刀库总成6以及操作装置7通讯连接，并控制大横梁总成2、主轴横移总成3、主轴升降总成4、主轴总成5、刀库总成6的移动。
控制模块包括上位机控制模块以及下位机控制模块。
上位机控制模块包括工业相机控制模块、数据库模块、工业平板电脑模块，下位机控制模块包括可编程逻辑控制器、驱动器模块、传感器模块以及气动回路模块。
大横梁总成2、主轴横移总成3、主轴升降总成4的驱动机构分别与可编程逻辑控制器连接；传感器模块与可编程逻辑控制器直接连接；
工业相机503、可编程逻辑控制器均与工业平板电脑模块连接；
工业相机503用于拍摄工件边缘图片并发送给工业平板电脑模块，工业平板电脑模块对图片进行图像处理和分析，计算出工件在机床坐标系中位置。
在另一实施例中，控制模块还包括一个脉冲发生器即电子手轮，将其与可编程逻辑控制器直接相连，脉冲发生器可同时控制五个轴的运动，并有倍率可供选择，可以方便的对电机进行调试。
传感器模块包括接近开关即限位器105，其中，接近开关安装在各个轴运动的极限位置。
接近开关与可编程逻辑控制器直接连接。
本实施例中，控制模块为PLC模块。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围的。

Claims (9)

1.一种基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，包括：
床身总成(1)，用于固定支撑；
大横梁总成(2)，所述大横梁总成(2)可滑动地设置于所述床身总成(1)上端；
主轴横移总成(3)，所述主轴横移总成(3)可滑动地设置于所述大横梁总成(2)上；所述主轴横移总成(3)的滑动方向与所述大横梁总成(2)的滑动方向垂直；
主轴升降总成(4)，所述主轴升降总成(4)可上下滑动地设置于所述主轴横移总成(3)上；
主轴总成(5)，所述主轴总成(5)设置于所述主轴升降总成(4)远离所述主轴横移总成(3)的一侧；所述主轴总成(5)包括安装座(508)、主轴(507)、打刀缸(504)和工业相机(503)，所述安装座(508)与所述主轴升降总成(4)固定连接，所述打刀缸(504)设置于所述安装座(508)上端，所述主轴设置于所述安装座(508)下端，所述打刀缸(504)的压杆与所述主轴固定连接；所述工业相机(503)通过连接架(509)固定连接于所述安装座(508)下端，用于对工件边缘拍照；
刀库总成(6)，所述刀库总成(6)设置于所述大横梁总成(2)上，所述刀库总成(6)包括刀架(603)，所述刀架(603)上设置有若干攻丝刀具(604)，所述攻丝刀具(604)与所述主轴(507)配合；
操作装置(7)，所述操作装置(7)设置于所述床身总成(1)的一端；
控制柜，所述控制内设置有控制模块，所述控制模块与所述大横梁总成(2)、所述主轴横移总成(3)、所述主轴升降总成(4)、所述主轴总成(5)、所述刀库总成(6)以及所述操作装置(7)通讯连接，并控制所述大横梁总成(2)、所述主轴横移总成(3)、所述主轴升降总成(4)、所述主轴总成(5)、所述刀库总成(6)的移动。
2.根据权利要求1所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，床身总成(1)包括床身框架(101)，所述床身框架(101)底部设置有可调节支脚(102)；所述床身框架(101)内设置有嵌入式电气柜(103)；在所述大横梁总成(2)相对所述床身框架(101)滑动方向上，所述床身框架(101)两侧分别设置有第一齿条(104)和第一直线导轨(106)，所述床身框架(101)两端设置有限位器(105)，所述限位器(105)用于大横梁总成(2)的滑动限位；所述床身框架(101)靠近所述操作装置(7)的一端设置有对刀器(107)，所述对刀器(107)与所述控制模块配合，用于确定刀具长度。
3.根据权利要求2所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，所述大横梁总成(2)包括大横梁架(201)，所述大横梁架(201)长度方向的两端设置有驱动系统和第一滑块(205)，所述驱动系统包括上下依次连接设置的第一伺服电机(202)、第一减速器(203)和第一驱动齿轮(204)；所述第一减速器(203)通过转接板(209)固定连接于所述大横梁架(201)上；所述第一驱动齿轮(204)与所述第一齿条(104)配合，用于驱动所述大横梁总成(2)相对于所述床身总成(1)往复运动；所述第一滑块(205)设置于所述转接板(209)的下端；所述第一滑块(205)与所述第一直线导轨(106)配合，用于所述大横梁总成(2)相对所述床身总成(1)滑动导向；所述大横梁架(201)两端设置的所述第一伺服电机(202)由运动控制器控制，以实现同步驱动；在所述大横梁架(201)宽度方向一侧面的一端设置有用于所述刀库总成(6)固定安装的安装支架(208)；在所述安装支架(208)同侧，所述大横梁架(201)的侧面设置有第二直线导轨(206)和第二齿条(207)。
4.根据权利要求3所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，所述主轴横移总成(3)包括安装板(304)，所述安装板(304)一侧设置有依次连接的横移伺服电机(301)、第二减速器(302)、第二驱动齿轮(303)；所述第二驱动齿轮(303)与所述第二齿条(207)配合，用于驱动所述主轴横移总成(3)相对于所述大横梁总成(2)往复运动；在所述第二驱动齿轮(303)同侧，所述安装板(304)设置有第二滑块(305)，所述第二滑块(305)与所述第二直线导轨(206)配合，用于所述主轴横移总成(3)相对所述大横梁总成(2)滑动导向。
5.根据权利要求4所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，所述安装板(304)远离所述横移伺服电机(301)的一侧设置有第三直线导轨(309)和依次连接的升降伺服电机(306)、弹性联轴器(307)、滚珠丝杠(308)。
6.根据权利要求5所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，所述主轴升降总成(4)包括升降框架(401)、丝杠螺母(402)和第三滑块(403)；所述丝杠螺母(402)、所述第三滑块(403)以及所述主轴总成(5)与所述升降框架(401)固定连接；所述丝杠螺母(402)与所述滚珠丝杠(308)配合，用于带动所述升降框架(401)的上下移动；所述第三滑块(403)与所述第三直线导轨(309)配合，用于所述升降框架401相对所述主轴横移总成(3)上下移动的导向。
7.根据权利要求1所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，所述主轴总成(5)还包括主轴电机(501)、主动带轮(502)、同步带(506)、从动带轮(505)；所述主动带轮(502)与所述主轴电机(501)输出端固定连接，并设置于所述安装架(508)远离所述打刀缸(504)的一侧；所述从动带轮(505)设置于所述主轴(507)靠近所述打刀缸(504)压杆一端，用于带动所述主轴(507)转动；所述主动带轮(502)与所述从动带轮(505)通过所述同步带(506)传动连接；所述安装架(508)与所述升降框架(401)固定连接。
8.根据权利要求1所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，所述刀库总成(6)还包括依次连接的第二伺服电机(601)和第三减速器(602)，所述第三减速器(602)输出端与所述刀架(603)固定连接，用于驱动所述刀架(603)转动；所述刀架(603)外侧设置有罩壳(605)。
9.根据权利要求1所述的基于视觉定位的板材自动攻丝机，其特征在于，所述控制模块为PLC模块。
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