CN113415590A - 一种智能制造实训系统及实训方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种智能制造实训系统，包括数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；还包括智能机器人运输单元；还包括托盘组件，所述托盘组件上设置有车架放置区、盒体放置区以及轮毂放置区；数控轮毂加工单元包括轮毂加工单元以及轮毂检测单元；还包括中央控制单元；本申请对安装完成后的车模进行质量检测，且检测方法能够快速进行识别，同时进行实际的连线、编程、调试，保证实训的真实性和体现感，锻炼了学生的动手能力。

Description

一种智能制造实训系统及实训方法

技术领域

本发明属于实训设备技术领域，特别是指一种汽车模型智能制造实训系统及实训方法。

背景技术

随着工业化程度的不断深入，全自动机械化作业成为了社会发展的一大趋势。科学技术的进步和汽车模型组装产业的飞速发展情形下，对于车辆组装的要求也越来越高，不仅要求速度快，还要相对精度较高，而且还要能节约成本。

目前的汽车模型装配大多采用人工控制、生产效率低、结构不稳定并且复杂。包装码垛大都采用机械化作业，但劳动强度大，效率低，往往跟不上自动化连续式生产的需要。汽车模型车身比较难固定，定位艰难，轴尺寸较小，车轮比较难装配到轴上，影响了装配的精度和模型成型后的仿真度。

综上所述，模型汽车装配领域尚没有一套能跟得上时代发展的全自动高速生产线，高校以及技术人员的技术培训也都只能单一地进行，没有能够直观感性的认识的实训平台，因此迫切需要开发出具有高自动化水平、操作简单的应用实训平台；

中国专利201710010083.6智能制造技术应用实训平台；公开了一种实训平台；其包括立体仓库、码垛机、AGV小车机器人、轮毂轮胎及车轮组装系统、车身组装器、车体输送线、成品移载输送机构、磁导轨和控制中心；实训方法包括1)码垛机从立体仓库取得轮毂轮胎托盘，AGV小车机器人将轮毂轮胎托盘运送到轮毂轮胎及车轮组装系统；码垛机从立体仓库取得车底托盘，通过第一输送线将车底托盘传送到轮毂轮胎及车轮组装系统；码垛机从立体仓库取得车身托盘后，AGV小车机器人将车身托盘运送到车体输送线，车体输送线车身托盘上的车身输送到第二输送线上；2)轮毂轮胎及车轮组装系统中的利用取得的轮毂轮胎进行组装，组装成车轮后再将车轮安装到车底的车轴上；3)车身组装器将车身压装在经过步骤2)得到的车底上，通过第二输送线送至成品移载输送机构；4)成品移送机构将成品输送到成品库区后，完成一轮循环；

这种结构存在的缺陷在于：需要将配件通过机器人分别送到相应的工位上；其控制流程较为繁琐；且整体车身安装完成后没有检测系统；同时在各道工序中；没有设置独立的控制区，学员无法根据需要进行相应动作的操作；导致教学效果不佳；无法达到实训目的，其次，轮毂轮胎及车轮组装系统、车身组装器、车体输送线等结构设计较复杂；学员很难理解其中的结构原理；导致教学效果不佳；此外；由于实训设备的制备精度并没有要求很高，导致轮毂加工后其外轮廓精度不够，从而影响后续的自动化安装，导致教学无法顺利进行。

发明内容

本发明提出一种智能制造实训系统及实训方法，解决了现有技术中上述背景技术中存在的缺陷。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种智能制造实训系统，包括数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；还包括智能机器人运输单元；

所述车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元依次排列设置，且沿所述所述车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元之间设置有托盘输送轨道；所述数控轮毂加工单元设置于所述车轮组装单元的前部；

沿所述数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元的外围设置有行进路线，所述智能机器人运输单元沿所述行进路线行进；

还包括托盘组件，所述托盘组件上设置有车架放置区、盒体放置区以及轮毂放置区；

装有车架的托盘组件由智能机器人运输单元运送至数控轮毂加工单元；通过所述数控轮毂加工单元将轮毂放置在轮毂放置区；并通过智能机器人运输单元将装有轮毂及车架的托盘组件输送至托盘输送轨道上；托盘组件沿托盘输送轨道依次经过车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；

其中；数控轮毂加工单元包括轮毂加工单元以及轮毂检测单元；

所述轮毂检测单元包括设置在旋转夹钳组件下方的轮毂外轮廓检测装置，旋转夹钳组件用于固定加工完成的轮毂，并带动所述轮毂旋转；所述轮毂外轮廓检测装置用于检测轮毂的外轮廓；轮毂外轮廓检测装置连接有上下驱动装置，上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置远离或靠近待检测轮毂；

所述托盘输送轨道上对应车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元处均设置有感应组件；所述感应组件，且各单元通讯连接对应的控制器；控制器与各单元对应的感应组件通讯连接；各单元还独立连接有输入单元，用于学生根据需要进行编程控制各单元动作；还包括中央控制单元，所述中央控制单元分别连接数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；及智能机器人运输单元，用于监控各单元动作。

优选的，所述轮毂外轮廓检测装置包括平行排列的若干检测探针；若干检测探针沿轮毂轴向排列，若干所述检测探针固定在一柔性薄板上；还包括安装架，所述柔性薄板的两端可上下移动的连接在安装架上；柔性薄板的底部设置有微型激光测距传感器，激光测距传感器连接在第一气缸的活塞杆上，

其中，在所述安装架的两侧上设置有安装槽；所述安装槽内设置有弹性件，柔性薄板的两端置于所述弹性件上，所述安装架的底部连接所述上下驱动装置。

上下驱动装置为气缸。

优选的，所述轮毂外轮廓检测装置检测轮毂外轮廓的方法，包括如下步骤：

A1：取样品轮毂，得到标准轮廓曲线；

A2：完成加工的轮毂固定在旋转夹钳组件上；

A3：上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置向上移动使得检测探针接触轮毂的表面；且该接触面作为初始检测面；

A4：驱动第一气缸带动激光测距传感器横向移动，以激光测距传感器所在水平线为基准线，在基准线上设定若干基准点，测定若干所述基准点距离柔性薄板的距离，形成一实际轮廓曲线，

A5：以设定的转速转动轮毂；转动轮毂使得实际接触面距离初始检测面的间隔为设定距离，根据步骤A4测量该实际接触面的实际轮廓曲线；重复上述动作欧尼，直至得到环绕轮毂外周面的若干实际轮廓曲线；

A6：将若干实际轮廓曲线叠合，得到整体实际轮廓曲线，并与标准轮廓曲线，判断轮毂的外直径是否在设定范围内；同时，根据整体实际轮廓曲线的曲线形状判断外部轮廓是否符合要求；

具体的，根据整体实际轮廓曲线的曲线形状可以判断轮毂的外部直径，若轮毂的外部直径处处相等，则得到的曲线是直线，若出现波动，则说明在轮毂表面存在下凹或凸起的情况；

其中，取样品轮毂，得到标准轮廓曲线的方法包括，将样品轮毂固定在旋转夹钳组件上；上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置向上移动使得检测探针接触样品轮毂的表面；且该接触面作为初始检测面；驱动第一气缸带动激光测距传感器横向移动，以激光测距传感器所在水平线为基准线，在基准线上设定若干基准点，测定若干所述基准点距离柔性薄板的距离，形成一实际样品轮廓曲线，以设定的转速转动轮毂；转动轮毂使得实际接触面距离初始检测面的间隔为设定距离，测量该实际接触面的实际样品轮廓曲线；重复上述动作，直至得到环绕轮毂外周面的若干实际样品轮廓曲线；将若干实际样品轮廓曲线叠合，得到整体实际样品轮廓曲线，即标准轮廓曲线。

所述轮毂加工单元为现有数控加工机床，其结构与现有数控加工机床结构一致，在此不再赘述。

优选的，车轮组装单元包括轴承送料组件、轮胎送料组件以及压装组件，所述轴承送料组件及轮胎送料组件分别设置在压装组件两侧，所述压装组件包括压装旋转工作台，旋转工作台上设置有呈十字排列的四个工位，按逆时针排列分别为第一压装工位、第二压装工位、第三压装工位以及第四压装工位，所述压装旋转工作台的上方设置有第一安装架，第一安装架上设置有第一夹钳组件，所述第一夹钳组件包括第一横向伸缩连接架，所述第一横向伸缩连接架在托盘输送轨道以及压装旋转工作台之间来回运动，还包括第一纵向伸缩连接块，所述第一纵向伸缩连接块连接在第一横向伸缩连接架的端部上；所述第一纵向伸缩连接块上连接有第一气动夹钳；通过第一气动夹钳将轮毂由托盘组件的轮毂放置区上夹起并输送至第一压装工位上；所述第二压装工位以及第四压装工位的上方设置有第一气动冲压组件；

所述轴承送料组件、轮胎送料组件的结构一致，均包括第二安装架，第二安装架上设置有第一送料气缸，第一送料气缸的活塞杆上设置有推料板，所述第二安装架的前端上设置有挡料板，在推料板端部及挡料板之间的所述第二安装架上设置有落料口，落料口连接有储料桶；

还包括第一气动旋转夹钳组件，通过所述第一气动旋转夹钳组件将推出落料口的物料夹钳并输送至压装旋转工作台上。

其中，第一横向伸缩连接架包括横向连接板，横向连接板连接第二气缸；第一气动冲压组件包括第三气缸，第三气缸的活塞杆上连接有冲压块；

轮胎送料组件中的第一气动旋转夹钳组件将轮胎输送至第一压装工位上，套在轮毂的外部，随着工作台的旋转，通过第二压装工位上方的第一气动冲压组件将轮胎压至轮毂的外部上，工作台旋转至第三压装工位上；轴承送料组件的第一气动旋转夹钳组件将轴承输送至第三压装工位上并放置在轮毂的中部上；继续旋转通过第四工位上方的第一气动冲压组件将轴承压制轮毂中。

优选的，车轮安装单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的机器人。

其中机器人为现有技术，其结构不再赘述；

优选的，车壳安装单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的车壳放置盘，所述车壳放置盘的上方设置有第一三维机械手，所述第一三维机械手可沿所述车壳放置盘横向及纵向移动，车壳放置盘的侧边上设置有夹具放置架及电动螺丝刀放置架，所述夹具放置架及电动螺丝刀放置架上分别放置有夹具以及电动螺丝刀；还包括螺丝出料器，第一三维机械手的底部设置有吸盘底座，夹具以及电动螺丝刀上对应设置有吸盘顶座；通过吸盘底座和吸盘顶座的吸和或分离达到转换的目的；

通过第一三维机械手将车壳放置在托盘组件的车架上；第一三维机械手退回后将夹具卸除，更换吸取电动螺丝刀，将电动螺丝刀移动至螺丝出料器出吸附螺丝；然后将螺丝打入车壳上，将车架与车壳固定连接。

吸盘底座和吸盘顶座为现有技术，在此不再赘述；螺丝出料器为市购产品，结构在此不再赘述；

第一三维机械手包括一X轴滑杆，以及连接在X轴滑杆两端的两Y轴滑杆；还包括机械臂，机械臂可横向滑动的连接在X轴滑杆上；

具体的结构为现有技术，在此不再赘述。

优选的，所述检测单元包括一称重平台；所述称重平台顶部设置有视觉检测装置，还包括第二气动旋转夹钳组件，所述称重平台的侧方设置有回收输送通道；通过第二气动旋转夹钳组件将组装好的车模放置在称重平台上，并通过视觉检测装置拍照检测组装好的车模外观；若发现不合格则通过第二气动旋转夹钳组件将不合格的车模夹取放置在回收输送通道上；若合格则通过第二气动旋转夹钳组件将车模由称重平台夹取至托盘组件上继续向前输送。

优选的，所述检测单元检测组装好车模的方法，包括如下步骤：

B1：取组装好的样品车模，将其放置在称重平台上；

B2：记录样品车模的重量；形成预设重量；

B3：装配过程中；第二气动旋转夹钳组件将组装好的车模放置在称重平台上；获取重量；与预设重量做对比；若重量不合格则直接将不合格的车模夹取放置在回收输送通道上；若重量合格则进入步骤B4；

B4：通过视觉检测装置拍照检测组装好的车模外观，获得实际车模图片；

B4：提取实际车模图片，对实际车模图片进行预处理，包括几何校正、辐射校正以及去噪；通过Canny算子边缘检测确定实际车模图片中车模的边界轮廓，并提取边界轮廓内的图像；并将其转换为实际灰度图像；

B5：进一步提取车斗部图像，以及标记出车斗部上螺丝安装部，标记其中一第一螺丝安装部，以该螺丝安装部的中心为基点建立X1轴与Y1轴；在该X1轴上至少寻找第二螺丝安装部；在Y1轴上至少寻找第三螺丝安装部；以第二螺丝安装部的中心为基点建立Y2轴，在Y2轴上至少寻找第四螺丝安装部，提取螺丝安装部的轮廓，与螺丝顶面轮廓进行对比；

B6：若无法找到第一螺丝安装部、第二螺丝安装部、第三螺丝安装部及第四螺丝安装部中的至少一个，则判定为不合格；若第一螺丝安装部、第二螺丝安装部、第三螺丝安装部及第四螺丝安装部的轮廓曲线与螺丝顶面轮廓不一致，则判定为不合格；

B7：将不合格车模夹取放置在回收输送通道上；若合格则通过第二气动旋转夹钳组件将车模由称重平台夹取至托盘组件上继续向前输送。

优选的，装盒单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的盒体放置盘，所述盒体放置盘的上方设置有第二三维机械手，所述第而三维机械手可沿所述盒体放置盘横向及纵向移动，车壳放置盘的侧边上设置有盖体储存部，所述第二三维机械手的底部设置有多功能夹头组件；所述多功能夹头组件包括一旋转气缸Ⅲ，旋转气缸Ⅲ的输出端上连接有安装板，所述安装板的两端分别连接有用于夹取车模的车模夹取组件；及用于夹取盒体的盒体夹取组件，还包括有用于吸取盖体的盖体吸和组件。

其中夹取车模的车模夹取组件、夹取盒体的盒体夹取组件的结构相同，为气缸夹钳结构；区别在于尺寸不同；吸取盖体的盖体吸和组件设置在盒体夹取组件的一侧，采用吸嘴结构；

盖体储存部包括储存盒体，储存盒体的底部设置有推盖组件，推盖组件由气缸及推杆组成，其结构为现有技术，在此不再赘述；

优选的，所述盒体码垛托盘回收单元包括托架行走轨道，托架行走轨道垂直于托盘输送轨道，托架行走轨道上连接有托板安装架；托板安装架上连接有托板安装座，托板安装座可沿托板安装架上下移动，托板安装架上设置有旋转气缸Ⅳ，旋转气缸Ⅳ输出轴连接托板驱动气缸，托板驱动气缸连接托板；托架行走轨道的两侧上分别设置有盒体放置架，以及托盘组件回收架。

通过托板将盒体放置在盒体放置架上，并将托盘组件放置在托盘组件回收架上，在托盘组件上放置车架，经智能机器人运输单元运输至数控轮毂加工单元上。

优选的，一种智能制造实训方法，包括如下步骤：

S1：装有车架的托盘组件由智能机器人运输单元运送至数控轮毂加工单元；

S2：将轮毂加工单元加工完成的轮毂经轮毂检测单元检测是否合格；若合格则进入步骤S3；若不合格则放入回收区；

S3：将合格的轮毂放置在托盘组件的轮毂放置区；并通过智能机器人运输单元将装有轮毂及车架的托盘组件输送至托盘输送轨道上；托盘组件沿托盘输送轨道依次经过车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元，完成预组装；同时，学员根据教学要求对车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元的动作进行编程控制；

S4：将完成预组装的车模通过检测单元进行检测；若合格则进入步骤S5；若不合格则放入回收区；

S5：将检测合格的车模通过装盒单元进行装盒；同时，学员根据教学要求对装盒单元的动作进行编程控制；

S6：装盒完整后的盒体经盒体码垛托盘回收单元进行盒体的存放；以及托盘组件的回收；同时，学员根据教学要求对盒体码垛托盘回收单元的动作进行编程控制；并通过智能机器人运输单元重复循环步骤S1-步骤S6。

综上所述，本发明的优点在于：

本发明的一种智能制造实训系统及实训方法，本申请轮毂加工后经过轮毂检测单元检测外轮廓是否复合要求；防止在实训过程中，由于轮毂外轮廓厚度等参数的不一致而导致后续工序无法执行，导致教学过程无法进行；其次，对安装完成后的车模进行质量检测，且检测方法能够快速进行识别，同时进行实际的连线、编程、调试，保证实训的真实性和体现感，锻炼了学生的动手能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种智能制造实训系统的结构示意图；

图2为图1中托盘组件的结构示意图；

图3为图1中数控轮毂加工单元的结构示意图；

图4为图1中轮毂检测单元的结构示意图；

图5为本发明一种智能制造实训系统的控制原理框架结构示意图；

图6为图1中车轮组装单元的结构示意图；

图7为图1中车轮安装单元的结构示意图；

图8为图1中检测单元的结构示意图；

图9为图1中装盒单元及盒体码垛托盘回收单元的结构示意图；

图10为图9的A的放大结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-10所示，一种智能制造实训系统，包括数控轮毂加工单元1、车轮组装单元2、车轮安装单元3、车壳安装单元4、检测单元5、装盒单元6及盒体码垛托盘回收单元7；还包括智能机器人运输单元8；

所述车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元依次排列设置，且沿所述所述车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元之间设置有托盘输送轨道9；所述数控轮毂加工单元设置于所述车轮组装单元的前部；

沿所述数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元的外围设置有行进路线10，所述智能机器人运输单元沿所述行进路线行进；

还包括托盘组件11，所述托盘组件上设置有车架放置区12、盒体放置区13以及轮毂放置区14；

装有车架的托盘组件由智能机器人运输单元运送至数控轮毂加工单元；通过所述数控轮毂加工单元将轮毂放置在轮毂放置区；并通过智能机器人运输单元将装有轮毂及车架的托盘组件输送至托盘输送轨道上；托盘组件沿托盘输送轨道依次经过车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；

其中；数控轮毂加工单元包括轮毂加工单元15以及轮毂检测单元16；

所述轮毂检测单元包括设置在旋转夹钳组件17下方的轮毂外轮廓检测装置，旋转夹钳组件用于固定加工完成的轮毂，并带动所述轮毂旋转；所述轮毂外轮廓检测装置用于检测轮毂的外轮廓；轮毂外轮廓检测装置连接有上下驱动装置18，上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置远离或靠近待检测轮毂；

所述托盘输送轨道上对应车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元处均设置有感应组件19；所述感应组件，且各单元通讯连接对应的控制器20；控制器与各单元对应的感应组件通讯连接；各单元还独立连接有输入单元21，用于学生根据需要进行编程控制各单元动作；还包括中央控制单元22，所述中央控制单元分别连接数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元各个单元的控制器20；及智能机器人运输单元，用于监控各单元动作。

所述轮毂外轮廓检测装置包括平行排列的若干检测探针21；若干检测探针沿轮毂轴向排列，若干所述检测探针固定在一柔性薄板22上；还包括安装架23，所述柔性薄板的两端连接在安装架上；柔性薄板的底部设置有微型激光测距传感器24，激光测距传感器连接在第一气缸25的活塞杆上；

其中，所述安装架的底部连接所述上下驱动装置。

上下驱动装置为气缸。

所述轮毂外轮廓检测装置检测轮毂外轮廓的方法，包括如下步骤：

A1：取样品轮毂，得到标准轮廓曲线；

A2：完成加工的轮毂固定在旋转夹钳组件上；

A3：上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置向上移动使得检测探针接触轮毂的表面；且该接触面作为初始检测面；

A4：驱动第一气缸带动激光测距传感器横向移动，以激光测距传感器所在水平线为基准线，在基准线上设定若干基准点，测定若干所述基准点距离柔性薄板的距离，形成一实际轮廓曲线，

A5：以设定的转速转动轮毂；转动轮毂使得实际接触面距离初始检测面的间隔为设定距离，根据步骤A4测量该实际接触面的实际轮廓曲线；重复上述动作欧尼，直至得到环绕轮毂外周面的若干实际轮廓曲线；

A6：将若干实际轮廓曲线叠合，得到整体实际轮廓曲线，并与标准轮廓曲线，判断轮毂的外直径是否在设定范围内；同时，根据整体实际轮廓曲线的曲线形状判断外部轮廓是否符合要求；

具体的，根据整体实际轮廓曲线的曲线形状可以判断轮毂的外部直径，若轮毂的外部直径处处相等，则得到的曲线是直线，若出现波动，则说明在轮毂表面存在下凹或凸起的情况；

其中，取样品轮毂，得到标准轮廓曲线的方法包括，将样品轮毂固定在旋转夹钳组件上；上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置向上移动使得检测探针接触样品轮毂的表面；且该接触面作为初始检测面；驱动第一气缸带动激光测距传感器横向移动，以激光测距传感器所在水平线为基准线，在基准线上设定若干基准点，测定若干所述基准点距离柔性薄板的距离，形成一实际样品轮廓曲线，以设定的转速转动轮毂；转动轮毂使得实际接触面距离初始检测面的间隔为设定距离，测量该实际接触面的实际样品轮廓曲线；重复上述动作，直至得到环绕轮毂外周面的若干实际样品轮廓曲线；将若干实际样品轮廓曲线叠合，得到整体实际样品轮廓曲线，即标准轮廓曲线。

所述轮毂加工单元为现有数控加工机床，其结构与现有数控加工机床结构一致，在此不再赘述。

车轮组装单元包括轴承送料组件30、轮胎送料组件31以及压装组件32，所述轴承送料组件及轮胎送料组件分别设置在压装组件两侧，所述压装组件包括压装旋转工作台33，旋转工作台上设置有呈十字排列的四个工位，按逆时针排列分别为第一压装工位34、第二压装工位35、第三压装工位36以及第四压装工位37，所述压装旋转工作台的上方设置有第一安装架38，第一安装架上设置有第一夹钳组件39，所述第一夹钳组件包括第一横向伸缩连接架40，所述第一横向伸缩连接架在托盘输送轨道以及压装旋转工作台之间来回运动，还包括第一纵向伸缩连接块41，所述第一纵向伸缩连接块连接在第一横向伸缩连接架的端部上；所述第一纵向伸缩连接块上连接有第一气动夹钳42；通过第一气动夹钳将轮毂由托盘组件的轮毂放置区上夹起并输送至第一压装工位上；所述第二压装工位以及第四压装工位的上方设置有第一气动冲压组件43；

所述轴承送料组件、轮胎送料组件的结构一致，均包括第二安装架44，第二安装架上设置有第一送料气缸45，第一送料气缸的活塞杆上设置有推料板46，所述第二安装架的前端上设置有挡料板47，在推料板端部及挡料板之间的所述第二安装架上设置有落料口(未视出)，落料口连接有储料桶48；

还包括第一气动旋转夹钳组件49，通过所述第一气动旋转夹钳组件将推出落料口的物料夹钳并输送至压装旋转工作台上。

其中，第一横向伸缩连接架包括横向连接板，横向连接板连接第二气缸；第一气动冲压组件包括第三气缸，第三气缸的活塞杆上连接有冲压块；

轮胎送料组件中的第一气动旋转夹钳组件将轮胎输送至第一压装工位上，套在轮毂的外部，随着工作台的旋转，通过第二压装工位上方的第一气动冲压组件将轮胎压至轮毂的外部上，工作台旋转至第三压装工位上；轴承送料组件的第一气动旋转夹钳组件将轴承输送至第三压装工位上并放置在轮毂的中部上；继续旋转通过第四工位上方的第一气动冲压组件将轴承压制轮毂中。

车轮安装单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的机器人。

其中机器人为现有技术，其结构不再赘述；

车壳安装单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的车壳放置盘50，所述车壳放置盘的上方设置有第一三维机械手51，所述第一三维机械手可沿所述车壳放置盘横向及纵向移动，车壳放置盘的侧边上设置有夹具放置架52及电动螺丝刀放置架53，所述夹具放置架及电动螺丝刀放置架上分别放置有夹具以及电动螺丝刀；还包括螺丝出料器54，第一三维机械手的底部设置有吸盘底座55，夹具以及电动螺丝刀上对应设置有吸盘顶座56；通过吸盘底座和吸盘顶座的吸和或分离达到转换的目的；

通过第一三维机械手将车壳放置在托盘组件的车架上；第一三维机械手退回后将夹具卸除，更换吸取电动螺丝刀，将电动螺丝刀移动至螺丝出料器出吸附螺丝；然后将螺丝打入车壳上，将车架与车壳固定连接。

吸盘底座和吸盘顶座为现有技术，在此不再赘述；螺丝出料器为市购产品，结构在此不再赘述；

第一三维机械手包括一X轴滑杆，以及连接在X轴滑杆两端的两Y轴滑杆；还包括机械臂，机械臂可横向滑动的连接在X轴滑杆上；

具体的结构为现有技术，在此不再赘述。

所述检测单元包括一称重平台60；所述称重平台顶部设置有视觉检测装置61，还包括第二气动旋转夹钳组件62，所述称重平台的侧方设置有回收输送通道63；通过第二气动旋转夹钳组件将组装好的车模放置在称重平台上，并通过视觉检测装置拍照检测组装好的车模外观；若发现不合格则通过第二气动旋转夹钳组件将不合格的车模夹取放置在回收输送通道上；若合格则通过第二气动旋转夹钳组件将车模由称重平台夹取至托盘组件上继续向前输送。

所述检测单元检测组装好车模的方法，包括如下步骤：

B1：取组装好的样品车模，将其放置在称重平台上；

B2：记录样品车模的重量；形成预设重量；

B3：装配过程中；第二气动旋转夹钳组件将组装好的车模放置在称重平台上；获取重量；与预设重量做对比；若重量不合格则直接将不合格的车模夹取放置在回收输送通道上；若重量合格则进入步骤B4；

B4：通过视觉检测装置拍照检测组装好的车模外观，获得实际车模图片；

B4：提取实际车模图片，对实际车模图片进行预处理，包括几何校正、辐射校正以及去噪；通过Canny算子边缘检测确定实际车模图片中车模的边界轮廓，并提取边界轮廓内的图像；并将其转换为实际灰度图像；

B5：进一步提取车斗部图像，以及标记出车斗部上螺丝安装部，标记其中一第一螺丝安装部，以该螺丝安装部的中心为基点建立X1轴与Y1轴；在该X1轴上至少寻找第二螺丝安装部；在Y1轴上至少寻找第三螺丝安装部；以第二螺丝安装部的中心为基点建立Y2轴，在Y2轴上至少寻找第四螺丝安装部，提取螺丝安装部的轮廓，与螺丝顶面轮廓进行对比；

B6：若无法找到第一螺丝安装部、第二螺丝安装部、第三螺丝安装部及第四螺丝安装部中的至少一个，则判定为不合格；若第一螺丝安装部、第二螺丝安装部、第三螺丝安装部及第四螺丝安装部的轮廓曲线与螺丝顶面轮廓不一致，则判定为不合格；

B7：将不合格车模夹取放置在回收输送通道上；若合格则通过第二气动旋转夹钳组件将车模由称重平台夹取至托盘组件上继续向前输送。

装盒单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的盒体放置盘70，所述盒体放置盘的上方设置有第二三维机械手71，所述第而三维机械手可沿所述盒体放置盘横向及纵向移动，车壳放置盘的侧边上设置有盖体储存部72，所述第二三维机械手的底部设置有多功能夹头组件；所述多功能夹头组件包括一旋转气缸Ⅲ73，旋转气缸Ⅲ的输出端上连接有安装板74，所述安装板的两端分别连接有用于夹取车模的车模夹取组件75；及用于夹取盒体的盒体夹取组件76，还包括有用于吸取盖体的盖体吸和组件77。

其中夹取车模的车模夹取组件、夹取盒体的盒体夹取组件的结构相同，为气缸夹钳结构；区别在于尺寸不同；吸取盖体的盖体吸和组件设置在盒体夹取组件的一侧，采用吸嘴结构；

盖体储存部包括储存盒体78，储存盒体的底部设置有推盖组件79，推盖组件由气缸及推杆组成，其结构为现有技术，在此不再赘述；

所述盒体码垛托盘回收单元包括托架行走轨道80，托架行走轨道垂直于托盘输送轨道，托架行走轨道上连接有托板安装架81；托板安装架上连接有托板安装座82，托板安装座可沿托板安装架上下移动，托板安装架上设置有旋转气缸Ⅳ83，旋转气缸Ⅳ输出轴连接托板驱动气缸84，托板驱动气缸连接托板85；托架行走轨道的两侧上分别设置有盒体放置架86，以及托盘组件回收架87。

通过托板将盒体放置在盒体放置架上，并将托盘组件放置在托盘组件回收架上，在托盘组件上放置车架，经智能机器人运输单元运输至数控轮毂加工单元上。

一种智能制造实训方法，包括如下步骤：

S1：装有车架的托盘组件由智能机器人运输单元运送至数控轮毂加工单元；

S2：将轮毂加工单元加工完成的轮毂经轮毂检测单元检测是否合格；若合格则进入步骤S3；若不合格则放入回收区；

S3：将合格的轮毂放置在托盘组件的轮毂放置区；并通过智能机器人运输单元将装有轮毂及车架的托盘组件输送至托盘输送轨道上；托盘组件沿托盘输送轨道依次经过车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元，完成预组装；同时，学员根据教学要求对车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元的动作进行编程控制；

S4：将完成预组装的车模通过检测单元进行检测；若合格则进入步骤S5；若不合格则放入回收区；

S5：将检测合格的车模通过装盒单元进行装盒；同时，学员根据教学要求对装盒单元的动作进行编程控制；

S6：装盒完整后的盒体经盒体码垛托盘回收单元进行盒体的存放；以及托盘组件的回收；同时，学员根据教学要求对盒体码垛托盘回收单元的动作进行编程控制；并通过智能机器人运输单元重复循环步骤S1-步骤S6。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能制造实训系统，其特征在于：包括数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；还包括智能机器人运输单元；

所述车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元依次排列设置，且沿所述所述车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元之间设置有托盘输送轨道；所述数控轮毂加工单元设置于所述车轮组装单元的前部；

还包括托盘组件，所述托盘组件上设置有车架放置区、盒体放置区以及轮毂放置区；

沿所述数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元的外围设置有行进路线，所述智能机器人运输单元沿所述行进路线行进；

装有车架的托盘组件由智能机器人运输单元运送至数控轮毂加工单元；通过所述数控轮毂加工单元将轮毂放置在轮毂放置区；并通过智能机器人运输单元将装有轮毂及车架的托盘组件输送至托盘输送轨道上；托盘组件沿托盘输送轨道依次经过车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；

其中；数控轮毂加工单元包括轮毂加工单元以及轮毂检测单元；

所述轮毂检测单元包括设置在旋转夹钳组件下方的轮毂外轮廓检测装置，旋转夹钳组件用于固定加工完成的轮毂，并带动所述轮毂旋转；所述轮毂外轮廓检测装置用于检测轮毂的外轮廓；轮毂外轮廓检测装置连接有上下驱动装置，上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置远离或靠近待检测轮毂；

所述托盘输送轨道上对应车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元处均设置有感应组件；所述感应组件，且各单元通讯连接对应的控制器；控制器与各单元对应的感应组件通讯连接；各单元还独立连接有输入单元，用于学生根据需要进行编程控制各单元动作；

还包括中央控制单元，所述中央控制单元分别连接数控轮毂加工单元、车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元、检测单元、装盒单元及盒体码垛托盘回收单元；及智能机器人运输单元，用于监控各单元动作。

2.根据权利要求1所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：所述轮毂外轮廓检测装置包括平行排列的若干检测探针；若干检测探针沿轮毂轴向排列，若干所述检测探针固定在一柔性薄板上；还包括安装架，所述柔性薄板的两端可上下移动的连接在安装架上；柔性薄板的底部设置有微型激光测距传感器，激光测距传感器连接在第一气缸的活塞杆上，

其中，在所述安装架的两侧上设置有安装槽；所述安装槽内设置有弹性件，柔性薄板的两端置于所述弹性件上，所述安装架的底部连接所述上下驱动装置。

3.根据权利要求1所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：所述轮毂外轮廓检测装置检测轮毂外轮廓的方法，包括如下步骤：

A1：取样品轮毂，得到标准轮廓曲线；

A2：完成加工的轮毂固定在旋转夹钳组件上；

A3：上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置向上移动使得检测探针接触轮毂的表面；且该接触面作为初始检测面；

A4：驱动第一气缸带动激光测距传感器横向移动，以激光测距传感器所在水平线为基准线，在基准线上设定若干基准点，测定若干所述基准点距离柔性薄板的距离，形成一实际轮廓曲线，

A5：以设定的转速转动轮毂；转动轮毂使得实际接触面距离初始检测面的间隔为设定距离，根据步骤A4测量该实际接触面的实际轮廓曲线；重复上述动作欧尼，直至得到环绕轮毂外周面的若干实际轮廓曲线；

A6：将若干实际轮廓曲线叠合，得到整体实际轮廓曲线，并与标准轮廓曲线，判断轮毂的外直径是否在设定范围内；同时，根据整体实际轮廓曲线的曲线形状判断外部轮廓是否符合要求；

具体的，根据整体实际轮廓曲线的曲线形状可以判断轮毂的外部直径，若轮毂的外部直径处处相等，则得到的曲线是直线，若出现波动，则说明在轮毂表面存在下凹或凸起的情况；

其中，取样品轮毂，得到标准轮廓曲线的方法包括：将样品轮毂固定在旋转夹钳组件上；上下驱动装置带动轮毂外轮廓检测装置向上移动使得检测探针接触样品轮毂的表面；且该接触面作为初始检测面；驱动第一气缸带动激光测距传感器横向移动，以激光测距传感器所在水平线为基准线，在基准线上设定若干基准点，测定若干所述基准点距离柔性薄板的距离，形成一实际样品轮廓曲线，以设定的转速转动轮毂；转动轮毂使得实际接触面距离初始检测面的间隔为设定距离，测量该实际接触面的实际样品轮廓曲线；重复上述动作，直至得到环绕轮毂外周面的若干实际样品轮廓曲线；将若干实际样品轮廓曲线叠合，得到整体实际样品轮廓曲线，即标准轮廓曲线。

4.根据权利要求1所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：车轮组装单元包括轴承送料组件、轮胎送料组件以及压装组件，所述轴承送料组件及轮胎送料组件分别设置在压装组件两侧，所述压装组件包括压装旋转工作台，旋转工作台上设置有呈十字排列的四个工位，按逆时针排列分别为第一压装工位、第二压装工位、第三压装工位以及第四压装工位，所述压装旋转工作台的上方设置有第一安装架，第一安装架上设置有第一夹钳组件，所述第一夹钳组件包括第一横向伸缩连接架，所述第一横向伸缩连接架在托盘输送轨道以及压装旋转工作台之间来回运动，还包括第一纵向伸缩连接块，所述第一纵向伸缩连接块连接在第一横向伸缩连接架的端部上；所述第一纵向伸缩连接块上连接有第一气动夹钳；通过第一气动夹钳将轮毂由托盘组件的轮毂放置区上夹起并输送至第一压装工位上；所述第二压装工位以及第四压装工位的上方设置有第一气动冲压组件；

所述轴承送料组件、轮胎送料组件的结构一致，均包括第二安装架，第二安装架上设置有第一送料气缸，第一送料气缸的活塞杆上设置有推料板，所述第二安装架的前端上设置有挡料板，在推料板端部及挡料板之间的所述第二安装架上设置有落料口，落料口连接有储料桶；

还包括第一气动旋转夹钳组件，通过所述第一气动旋转夹钳组件将推出落料口的物料夹钳并输送至压装旋转工作台上。

5.根据权利要求1所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：车壳安装单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的车壳放置盘，所述车壳放置盘的上方设置有第一三维机械手，所述第一三维机械手可沿所述车壳放置盘横向及纵向移动，车壳放置盘的侧边上设置有夹具放置架及电动螺丝刀放置架，所述夹具放置架及电动螺丝刀放置架上分别放置有夹具以及电动螺丝刀；还包括螺丝出料器，第一三维机械手的底部设置有吸盘底座，夹具以及电动螺丝刀上对应设置有吸盘顶座；通过吸盘底座和吸盘顶座的吸和或分离达到转换的目的；

通过第一三维机械手将车壳放置在托盘组件的车架上；第一三维机械手退回后将夹具卸除，更换吸取电动螺丝刀，将电动螺丝刀移动至螺丝出料器出吸附螺丝；然后将螺丝打入车壳上，将车架与车壳固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：所述检测单元包括一称重平台；所述称重平台顶部设置有视觉检测装置，还包括第二气动旋转夹钳组件，所述称重平台的侧方设置有回收输送通道；通过第二气动旋转夹钳组件将组装好的车模放置在称重平台上，并通过视觉检测装置拍照检测组装好的车模外观；若发现不合格则通过第二气动旋转夹钳组件将不合格的车模夹取放置在回收输送通道上；若合格则通过第二气动旋转夹钳组件将车模由称重平台夹取至托盘组件上继续向前输送。

7.根据权利要求1或6所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：所述检测单元检测组装好车模的方法，包括如下步骤：

B1：取组装好的样品车模，将其放置在称重平台上；

B2：记录样品车模的重量；形成预设重量；

B3：装配过程中；第二气动旋转夹钳组件将组装好的车模放置在称重平台上；获取重量；与预设重量做对比；若重量不合格则直接将不合格的车模夹取放置在回收输送通道上；若重量合格则进入步骤B4；

B4：通过视觉检测装置拍照检测组装好的车模外观，获得实际车模图片；

B4：提取实际车模图片，对实际车模图片进行预处理，包括几何校正、辐射校正以及去噪；通过Canny算子边缘检测确定实际车模图片中车模的边界轮廓，并提取边界轮廓内的图像；并将其转换为实际灰度图像；

B5：进一步提取车斗部图像，以及标记出车斗部上螺丝安装部，标记其中一第一螺丝安装部，以该螺丝安装部的中心为基点建立X1轴与Y1轴；在该X1 轴上至少寻找第二螺丝安装部；在Y1轴上至少寻找第三螺丝安装部；以第二螺丝安装部的中心为基点建立Y2轴，在Y2轴上至少寻找第四螺丝安装部，提取螺丝安装部的轮廓，与螺丝顶面轮廓进行对比；

B6：若无法找到第一螺丝安装部、第二螺丝安装部、第三螺丝安装部及第四螺丝安装部中的至少一个，则判定为不合格；若第一螺丝安装部、第二螺丝安装部、第三螺丝安装部及第四螺丝安装部的轮廓曲线与螺丝顶面轮廓不一致，则判定为不合格；

B7：将不合格车模夹取放置在回收输送通道上；若合格则通过第二气动旋转夹钳组件将车模由称重平台夹取至托盘组件上继续向前输送。

8.根据权利要求1所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：装盒单元包括设置在托盘输送轨道侧边上的盒体放置盘，所述盒体放置盘的上方设置有第二三维机械手，所述第而三维机械手可沿所述盒体放置盘横向及纵向移动，车壳放置盘的侧边上设置有盖体储存部，所述第二三维机械手的底部设置有多功能夹头组件；所述多功能夹头组件包括一旋转气缸Ⅲ，旋转气缸Ⅲ的输出端上连接有安装板，所述安装板的两端分别连接有用于夹取车模的车模夹取组件；及用于夹取盒体的盒体夹取组件，还包括有用于吸取盖体的盖体吸和组件。

9.根据权利要求1所述的一种智能制造实训系统，其特征在于：所述盒体码垛托盘回收单元包括托架行走轨道，托架行走轨道垂直于托盘输送轨道，托架行走轨道上连接有托板安装架；托板安装架上连接有托板安装座，托板安装座可沿托板安装架上下移动，托板安装架上设置有旋转气缸Ⅳ，旋转气缸Ⅳ输出轴连接托板驱动气缸，托板驱动气缸连接托板；托架行走轨道的两侧上分别设置有盒体放置架，以及托盘组件回收架。

10.一种智能制造实训方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：装有车架的托盘组件由智能机器人运输单元运送至数控轮毂加工单元；

S2：将轮毂加工单元加工完成的轮毂经轮毂检测单元检测是否合格；若合格则进入步骤S3；若不合格则放入回收区；

S3：将合格的轮毂放置在托盘组件的轮毂放置区；并通过智能机器人运输单元将装有轮毂及车架的托盘组件输送至托盘输送轨道上；托盘组件沿托盘输送轨道依次经过车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元，完成预组装；同时，学员根据教学要求对车轮组装单元、车轮安装单元、车壳安装单元的动作进行编程控制；

S4：将完成预组装的车模通过检测单元进行检测；若合格则进入步骤S5；若不合格则放入回收区；

S5：将检测合格的车模通过装盒单元进行装盒；同时，学员根据教学要求对装盒单元的动作进行编程控制；

S6：装盒完整后的盒体经盒体码垛托盘回收单元进行盒体的存放；以及托盘组件的回收；同时，学员根据教学要求对盒体码垛托盘回收单元的动作进行编程控制；并通过智能机器人运输单元重复循环步骤S1-步骤S6。

Images