CN113523272A - 一种基于机器视觉的料盒抓取系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于机器视觉的料盒抓取系统，包括工作腔室，和设置在工作腔室内的上料机械手控制系统、机器视觉系统模块和工件平台模块；所述上料机械手控制系统包括六轴工业机器人、抓手和PLC控制箱；所述六轴工业机器人、抓手分别与PLC控制箱连接；所述机器视觉系统模块包括摄像机、光源、工控机一体机和机器视觉软件；所述摄像机通过支架固定在抓手上；所述光源均匀分布在拍照区的四周；所述摄像机和工控机一体机分别与PLC控制箱连接；所述工件平台模块包括用于放置待抓取料盒的拍照区平台，用于放置存放抓取后的料盒的箱体的料车；所述拍照区平台位于工作平台的中间，所述装箱平台位于工作平台的一侧。
Description
技术领域
本发明涉及冶金烧结领域，尤其涉及料盒的上下料系统。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术，粉末冶金成形是粉末冶金生产中的基本工序之一，目的是将松散的粉末制成具有预定几何形状、尺寸、密度和强度的半成品或成品，模压成形是粉末冶金生产中采用最广的成形方法，模压成形是将金属粉末填充入钢模型腔内并通过模冲对粉末加压使之成形，成形后的工件使用机械手进行夹取推出。
申请号为201720294527.9的申请文件公开了一种粉末冶金成形产品自动出料专用料夹装置，包括推料油缸、送料装置、连接装置、出料夹装置、滑板和料盘，所述推料油缸通过送料装置与连接装置进行连接，所述连接装置前端与出料夹装置连接，所述滑板设于出料夹装置前端下方，所述料盘与滑板前端连接；其中，所述出料夹装置包括：第一气缸、第二气缸、第一夹头和第二夹头，所述第一气缸、第二气缸对称设于连接装置前端，所述第一夹头和第二夹头对称设置，所述第一夹头设于第一气缸内侧，所述第二夹头设于第二气缸内侧。
上述申请方案采用机械手自动化取料，将成形后的工件推出，节约了成本，提高了效率，同时减少了人为操作的失误，保证了产品质量的稳定性。但是依然存在定位不准、稳定性比较低的问题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种基于机器视觉的料盒抓取系统，通过工业机器人搭载工业视觉系统，精准定位及防错容错功能，稳定性好。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于机器视觉的料盒抓取系统，包括工作腔室，和设置在工作腔室内的上料机械手控制系统、机器视觉系统模块和工件平台模块；
所述上料机械手控制系统包括六轴工业机器人、抓手和PLC控制箱；
所述六轴工业机器人、抓手分别与PLC控制箱连接；所述机器视觉系统模块包括摄像机、光源、工控机一体机和机器视觉软件；
所述摄像机通过支架固定在抓手上；所述光源均匀分布在拍照区的四周；所述摄像机和工控机一体机分别与PLC控制箱连接；
所述工件平台模块包括用于放置待抓取料盒的拍照区平台，用于放置存放抓取后的料盒的箱体的料车；所述拍照区平台位于工作平台的中间，所述装箱平台位于工作平台的一侧；
所述抓取系统在上料时包括如下步骤：
1)对工作腔室抽真空；
2)调整工作腔室内氮气和氧气的比例，降低氧气含量；
3)料车通过轨道运行至上料位置，PLC控制箱发送料车就位信号至上料机械手控制系统；
4)对摄像机进行吹洗，清理附着在摄像机上的灰尘；
5)六轴工业机器人带动抓手移动至相机校验位，并利用机器视觉软件进行校验；
6)六轴工业机器人带动抓手移动至料车校验位，并利用机器视觉软件对料车上的料架进行校验；校验结束后主控PLC接收到可以进料信号或者料架异常信号；
7)主控PLC控制料盒输出装置将料盒输出至上料位置；
8)六轴工业机器人带动抓手移动至料架的第一个放置位置进行定位，通过机器视觉软件料确认当前上料位无误后，六轴工业机器人带动抓手移动至可抓取料盒等待位置；
9)主控PLC通过六轴工业机器人带动抓手移动至料盒拍照位；机器视觉软件通过照片和数据库的参数进行比对，将料盒的实际位置传送给六轴工业机器人，六轴工业机器人根据获取的位置信息，通过抓手将料盒抓起；
10)六轴工业机器人根据第一个放置位置的信息，将料盒准确的放置在对应位置；
11)重复步骤7-10，直到将料架装满；
12)六轴工业机器人退回到原点位置，并将料架装满的信号发送给主控 PLC，主控PLC控制料车往烧结腔室前进。
在一较佳实施例中：所述抓手包括一沿着水平方向设置的横板，以及设置在横板两端的耳拖，所述横板在两个耳拖之间的位置还设置有防撞开关；
所述摄像机通过支架固定在所述横板的下方。
在一较佳实施例中：所述相机校验位包括第一背光板，以及设置在第一背光板朝向摄像机一侧的定位圈；
通过摄像机对定位圈进行拍照，并通过机器视觉软件对实际照片和系统库原始照片进行比对，并判断六轴工业机器人定位精度是否下降、摄像机镜头是否被粉尘污染、摄像机镜头固定螺丝松动、摄像机镜头角度是否偏移。
在一较佳实施例中：所述料架校验位包括第二背光板，其设置在料架远离摄像机的一侧。
在一较佳实施例中：所述料架沿着中轴线的左右两侧区域分为A、B、D、E 四个位置，所述料架沿着中轴线上的区域被分为C、F两个位置；
机器视觉软件通过摄像机对A、B、D、E四个位置拍照来判断料板是否缺失、料板是否翘曲、料板上是否有异物和料架是否下沉；机器视觉软件通过摄像机对C、F两个位置来判断竖版垂直度、料车停止位置前后偏差值。
在一较佳实施例中：所述摄像机包括机身、镜头吹气内环、镜头吹气外环和吹气直接弯头；所述吹气外环和吹气内环之间形成吹气通道，将吹气直接弯头引入的空气吹至镜头表面。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提供的一种基于机器视觉的料盒抓取系统，通过将机器人模块与机器视觉系统模块结合在一起，根据料盒抓取特性，通过机器视觉系统模块的机器视觉软件系统进行视觉分析运算，得出料盒的位置坐标，然后引导六轴工业机器人进行抓取装箱，一方面保证料盒抓取的安全性、准确性，另一方面运用六轴工业机器人代替人工，达到无人或少人包装的目的，提高料盒搬运的工作效率，满足未来冶金烧结生产线智能化、安全性和可靠性的要求。
附图说明
图1为本发明优选实施例的料盒抓取系统的示意图；
图2为本发明优选实施例的料盒抓取系统的另一角度示意图；
图3为本发明优选实施例的抓手示意图；
图4为本发明优选实施例的摄像机结构图。
具体实施方式
下面将结合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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶 /底端”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，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，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考图1-图4，本实施例提供了一种基于机器视觉的料盒抓取系统，包括工作腔室，和设置在工作腔室内的上料机械手控制系统、机器视觉系统模块和工件平台模块；
所述上料机械手控制系统包括六轴工业机器人、抓手4和PLC控制箱；
所述六轴工业机器人、抓手4分别与PLC控制箱连接；所述机器视觉系统模块包括摄像机5、光源、工控机一体机和机器视觉软件；
所述摄像机5通过支架固定在抓手4上；所述光源均匀分布在拍照区的四周；所述摄像机5和工控机一体机分别与PLC控制箱连接；
所述工件平台模块包括用于放置待抓取料盒的拍照区平台，用于放置存放抓取后的料盒的箱体的料车1；所述拍照区平台位于工作平台的中间，所述装箱平台位于工作平台的一侧；
所述抓取系统在上料时包括如下步骤：
1)对工作腔室抽真空；
2)调整工作腔室内氮气和氧气的比例，降低氧气含量；
3)料车1通过轨道运行至上料位置，PLC控制箱发送料车1就位信号至上料机械手控制系统；
4)对摄像机5进行吹洗，清理附着在摄像机5上的灰尘；
5)六轴工业机器人带动抓手4移动至相机校验位，并利用机器视觉软件进行校验；
6)六轴工业机器人带动抓手4移动至料车1校验位，并利用机器视觉软件对料车1上的料架进行校验；校验结束后主控PLC接收到可以进料信号或者料架异常信号；
7)主控PLC控制料盒输出装置将料盒输出至上料位置；
8)六轴工业机器人带动抓手4移动至料架的第一个放置位置进行定位，通过机器视觉软件料确认当前上料位无误后，六轴工业机器人带动抓手4移动至可抓取料盒等待位置；
9)主控PLC通过六轴工业机器人带动抓手4移动至料盒拍照位；机器视觉软件通过照片和数据库的参数进行比对，将料盒的实际位置传送给六轴工业机器人，六轴工业机器人根据获取的位置信息，通过抓手4将料盒抓起；
具体来说，机器视觉软件通过照片和数据库的参数进行比对具体是指：通过料盒特征点(本例中选取料盒的托耳在成像图片中的坐标位置)与存储的坐标位置进行对比,并根据差值修正出准确的取料坐标。
10)六轴工业机器人根据第一个放置位置的信息，将料盒准确的放置在对应位置；
11)重复步骤7-10，直到将料架装满；
12)六轴工业机器人退回到原点位置，并将料架装满的信号发送给主控 PLC，主控PLC控制料车1往烧结腔室前进。
本实施例中，所述抓手4包括一沿着水平方向设置的横板41，以及设置在横板41两端的耳拖42，所述横板41在两个耳拖42之间的位置还设置有防撞开关43；所述摄像机5通过支架固定在所述横板41的下方。
所述相机校验位包括第一背光板2，以及设置在第一背光板2朝向摄像机 5一侧的定位圈6；通过摄像机5对定位圈6进行拍照，并通过机器视觉软件对实际照片和系统库原始照片进行比对，并判断六轴工业机器人定位精度是否下降、摄像机5镜头是否被粉尘污染、摄像机5镜头固定螺丝松动、摄像机5 镜头角度是否偏移。具体来说，基础数据保存圆心的坐标位以及直径数据,运行过程中圆心坐标位与直径偏差超过允许数值就说明定位系统发生变化,需要重新标定。
所述料架校验位包括第二背光板3，其设置在料架远离摄像机5的一侧。所述料架沿着中轴线的左右两侧区域分为A、B、D、E四个位置，所述料架沿着中轴线上的区域被分为C、F两个位置；机器视觉软件通过摄像机5对A、B、 D、E四个位置拍照来判断料板是否缺失、料板是否翘曲、料板上是否有异物和料架是否下沉；机器视觉软件通过摄像机5对C、F两个位置来判断竖版垂直度、料车1停止位置前后偏差值。具体来说，通过对照片进行预处理和二值化, 即可取出料架的轮廓,层板部分通过计算水平部分的轮廓数量即可计数出层板数,另外对轮廓的每条水平线进行角度分析计算,即可计算出层板是否倾斜。
本实施例中，所述摄像机5包括机身51、镜头吹气内环52、镜头吹气外环53和吹气直接弯头54；所述吹气外环53和吹气内环52之间形成吹气通道，将吹气直接弯头54引入的空气吹至镜头表面。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，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，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (6)
1.一种基于机器视觉的料盒抓取系统，其特征在于：包括工作腔室，和设置在工作腔室内的上料机械手控制系统、机器视觉系统模块和工件平台模块；
所述上料机械手控制系统包括六轴工业机器人、抓手和PLC控制箱；
所述六轴工业机器人、抓手分别与PLC控制箱连接；所述机器视觉系统模块包括摄像机、光源、工控机一体机和机器视觉软件；
所述摄像机通过支架固定在抓手上；所述光源均匀分布在拍照区的四周；所述摄像机和工控机一体机分别与PLC控制箱连接；
所述工件平台模块包括用于放置待抓取料盒的拍照区平台，用于放置存放抓取后的料盒的箱体的料车；所述拍照区平台位于工作平台的中间，所述装箱平台位于工作平台的一侧；
所述抓取系统在上料时包括如下步骤：
1)对工作腔室抽真空；
2)调整工作腔室内氮气和氧气的比例，降低氧气含量；
3)料车通过轨道运行至上料位置，PLC控制箱发送料车就位信号至上料机械手控制系统；
4)对摄像机进行吹洗，清理附着在摄像机上的灰尘；
5)六轴工业机器人带动抓手移动至相机校验位，并利用机器视觉软件进行校验；
6)六轴工业机器人带动抓手移动至料车校验位，并利用机器视觉软件对料车上的料架进行校验；校验结束后主控PLC接收到可以进料信号或者料架异常信号；
7)主控PLC控制料盒输出装置将料盒输出至上料位置；
8)六轴工业机器人带动抓手移动至料架的第一个放置位置进行定位，通过机器视觉软件料确认当前上料位无误后，六轴工业机器人带动抓手移动至可抓取料盒等待位置；
9)主控PLC通过六轴工业机器人带动抓手移动至料盒拍照位；机器视觉软件通过照片和数据库的参数进行比对，将料盒的实际位置传送给六轴工业机器人，六轴工业机器人根据获取的位置信息，通过抓手将料盒抓起；
10)六轴工业机器人根据第一个放置位置的信息，将料盒准确的放置在对应位置；
11)重复步骤7-10，直到将料架装满；
12)六轴工业机器人退回到原点位置，并将料架装满的信号发送给主控PLC，主控PLC控制料车往烧结腔室前进。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的料盒抓取系统，其特征在于：所述抓手包括一沿着水平方向设置的横板，以及设置在横板两端的耳拖，所述横板在两个耳拖之间的位置还设置有防撞开关；
所述摄像机通过支架固定在所述横板的下方。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的料盒抓取系统，其特征在于：所述相机校验位包括第一背光板，以及设置在第一背光板朝向摄像机一侧的定位圈；
通过摄像机对定位圈进行拍照，并通过机器视觉软件对实际照片和系统库原始照片进行比对，并判断六轴工业机器人定位精度是否下降、摄像机镜头是否被粉尘污染、摄像机镜头固定螺丝松动、摄像机镜头角度是否偏移。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的料盒抓取系统，其特征在于：所述料架校验位包括第二背光板，其设置在料架远离摄像机的一侧。
5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的料盒抓取系统，其特征在于：所述料架沿着中轴线的左右两侧区域分为A、B、D、E四个位置，所述料架沿着中轴线上的区域被分为C、F两个位置；
机器视觉软件通过摄像机对A、B、D、E四个位置拍照来判断料板是否缺失、料板是否翘曲、料板上是否有异物和料架是否下沉；机器视觉软件通过摄像机对C、F两个位置来判断竖版垂直度、料车停止位置前后偏差值。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的料盒抓取系统，其特征在于：所述摄像机包括机身、镜头吹气内环、镜头吹气外环和吹气直接弯头；所述吹气外环和吹气内环之间形成吹气通道，将吹气直接弯头引入的空气吹至镜头表面。
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