CN113714460A - 一种基于机器视觉的航空锻件自动上料装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，由V型料框，承载并输送所述V型料框沿轨道行走上料的上料小车，V型物流辊道，用于转移所述V型料框上的圆棒料到其内部V型辊道上的V型辊道抓手，驱动所述V型辊道抓手升降及平移以将所述V型料框中的棒料送到V型物流辊道上的伺服机械手，用于检测所述V型料框承载的圆棒料的圆心的机器视觉系统以及控制上料设备运行的控制系统构成；所述伺服机械手的机械臂末端指向的作业平面内布置有承载所述上料小车的轨道、与所述轨道轴向平行的所述V型物流辊道。本发明可实现航空锻造生产中多规格圆棒料的自动上料。

Description

一种基于机器视觉的航空锻件自动上料装备

技术领域

本发明涉及上料装备技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉的航空锻件自动上料装备。

背景技术

航空锻件生产具有多品种、小批量的特点，这种特点导致生产方式的自动化实现比较困难。如在上料环节，多品种规格的产品需要多种不同规格的原材料供应；由于规格繁多，比较适用于单一品种的自动化上料方式无法满足使用要求，目前主要由人工或人工操作天车、叉车搬运，不仅效率低下，上料节拍不稳定，而且存在很大的安全风险。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，为解决航空锻件生产中多品种、小批量圆棒料的自动化上料问题，而提供一种适用于多规格圆棒料的基于机器视觉的航空锻件自动上料装备。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，由V型料框，承载并输送所述V型料框沿轨道行走上料的上料小车， V型物流辊道，用于转移所述V型料框上的圆棒料到其内部V型辊道上的V型辊道抓手，驱动所述V型辊道抓手升降及平移以将所述V型料框中的棒料送到V型物流辊道上的伺服机械手，用于检测所述V型料框承载的圆棒料的圆心的机器视觉系统以及控制上料设备运行的控制系统构成；所述伺服机械手的机械臂末端指向的作业平面内布置有承载所述上料小车的轨道、与所述轨道轴向平行的所述V型物流辊道。

优选的，所述V型辊道抓手被所述伺服机械手移动到轴线与所述V型物流辊道的轴线一致的位置且高度适应时，其一端与所述型物流辊道相对，能实现将圆棒料送到所述V型物流辊道上，然后由所述V型物流辊道输送到预定位置。

优选的，所述V型物流辊道由前V型物流辊道与后V型物流辊道前后隔开布置形成，所述前V型物流辊道与后V型物流辊道的轴线及高度一致。

优选的，所述V型辊道抓手被所述伺服机械手移动到轴线与所述V型物流辊道的轴线一致的位置且高度适应时时，其一端与所述前V型物流辊道相对、另一端与所述后V型物流辊道相对，能实现将圆棒料送到所述前V型物流辊道或后V型物流辊道，然后由所述前V型物流辊道或后V型物流辊道向前或向后输送到预定位置。

优选的，所述V型辊道抓手包括布置在框架底部的受驱动能旋转的V型辊道，该V型辊道与框架的顶部之间形成圆棒料直线进出空间，所述圆棒料直线进出空间的一侧为进料口，相对侧为出料口，所述进料口的外侧设有用于拔料的拔板，所述拔板与受驱动能直线伸缩移动的拔杆呈L形状连接，且所述拔板的自由端向下。

优选的，所述框架的顶部上表面安装有驱动所述拔杆移动的直线驱动机构，所述框架的顶部下表面安装有用于所述拔杆直线移动的导轨。

优选的，所述伺服机械手的机械臂与所述V型辊道抓手的上端固定。

优选的，所述机器视觉系统相对所述V型料框承载的圆棒料的一端布置。

优选的，所述伺服机械手采用桁架式结构的直角坐标式机械手。

其中，所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，自动上料的控制过程如下：

上料小车将装满圆棒料的V型料框送到上料准备就绪位置，机器视觉系统对V型料框内的圆棒料端面拍照后进行视觉分析处理，得出各个圆棒料的圆心位置坐标，将圆心位置坐标值反馈给伺服机械手，伺服机械手根据坐标值将V型辊道抓手移动到抓取的圆棒料对接位置，V型辊道抓手将棒料转移到其内部的V型辊道上，然后由伺服机械手移动到V型物流辊道与V型辊道抓手对接位置，V型辊道抓手将所抓取的圆棒料输送到V型物流辊道上，由V型物流辊道送到预定位置，完成圆棒料的自动上料。

本发明航空锻件自动上料装备，基于机器视觉的应用，大大提高自动化设备的可靠性及柔性，柔性也就是能兼容多种不同规格的圆棒料上料需求，有效的解决了航空锻件生产中的自动化上料难题。同时，机器视觉的应用一定程度上提高了设备的智能性。

附图说明

图1 为本发明实施例的自动上料装备的主视示意图；

图2为本发明实施例的自动上料装备的俯视示意图；

图3为上料小车上的V形料框的示意图；

图4为V型辊道抓手的结构示意图；

图5为直角坐标式伺服机械手的示意图；

图6为退料或上料用的V型物流辊道的俯视示意图；

图7为自动上料运行的流程示例；

图8为异常情况处理的退料流程示例；

图9为机器视觉传感器与控制系统交互的流程示例。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的实施例，采用机器视觉定位系统对不同规格棒料的位置智能识别，采用专用夹具--V型辊道抓手对上料小车上的棒料自动取料操作，通过伺服系统定位的直角坐标机械手自动转运V型辊道抓手到对接位置，与V型物流辊道对接并转换圆棒料到V型物流辊道上，再借助V型物流辊道实现棒料输送到预定位置，实现自动上料。

如图1所示，本发明实施例的自动上料装备，包括机器视觉系统3、直角坐标式伺服机械手2、V型辊道抓手8、V型料框5、上料小车1、V型物流辊道及控制系统，其中，所述机器视觉系统包括机器视觉传感器，所述直角坐标式伺服机械手是由伺服电机驱动实现两轴运动，通过X轴模组实现X轴平移，通过Y轴模组实现Y轴平移；V型辊道抓手设置在所述包括电机通过链传动的V型辊道、拨料机构。

本发明实施例中，所述V型物流辊道，示例性的，包括有V型辊道以及驱动所述V型辊道旋转以输送物料的链条传动机构，所述的链条传动机构与驱动电机通过链轮相连接。

本发明实施例中，所述的V型料框，是一套V型结构的码放圆棒料6的料框，V型结构可以确保圆棒料在料框内自动定位，不会存在随意滚动的情况，一旦码放后各个圆棒料都会固定在某一个确定的位置，该V型料框固定在上料小车上，由所述上料小车驱动行走移动。

本发明实施例中，所述的上料小车，示例性的，可以由电机通过减速器及齿轮传动驱动的上料小车，其可在2条平行的通用地轨上受驱动在轨道上行走。

示例性的，所述V型辊道抓手可以是包括布置在框架底部的受驱动能旋转的V型辊道87（或称为V型辊筒），该V型辊道87可以由电机减速机84类的驱动机构通过如链条链轮传动机构驱动旋转，如可以正旋转或反旋转，该V型辊道与框架的顶部之间形成圆棒料直线进出空间，所述圆棒料直线进出空间的一侧为进料口，相对侧为出料口，所述进料口的外侧设有用于拔料的拔板80，所述拔板与受驱动能直线伸缩移动的拔杆82呈L形状连接，且所述拔板的自由端向下。

另外，在框架的在进料口侧可以进一步的再设置读码器85，以用于识别棒料端面的识别码，对物料检验是否合格，所述V型辊道抓手的进料侧左右设置有一副前对射开关（未示出），用于在取料过程中，在检测到棒料的前端后，使V型辊道启动输送棒料，在检测到棒料后端离开后，使V型辊道停止，其出料侧左右设置有一副后对射开关（未示出），用于在送料过程中，在检测到棒料的前端后，使V型辊道启动输送棒料，在检测到棒料后端离开后，使V型辊道停止。通过拔杆伸出，将外部的V形框架上的圆棒料拔动转移到其内部底部的V型辊道上， 并由V型辊道配合旋转，实现将V型料框上的圆棒料转移到其内部的V型辊道上。

其中，所述框架的顶部，如其上表面可以安装驱动所述拔杆移动的直线驱动机构83，如气缸或油缸等，以驱动所述拔杆直线移动，以驱动拔板动作拔动圆棒料，另外，在所述框架的顶部下表面可安装有用于所述拔杆直线移动的导轨81，由所述的拔杆与导轨81上的滑动块连接后，受驱动沿导轨移动进行拔料操作。

在采用上述的V型辊道抓手取料后，当伺服机械手驱动所述V型辊道抓手移动到轴线与所述V型物流辊道的轴线一致的位置且使其与V型物流辊道的高度适应时，其一端可以与所述型物流辊道相对，所述V型辊道抓手内的V型辊道通过其辊道的旋转，就可以将圆棒料送到所述V型物流辊道上，然后由所述V型物流辊道受驱动旋转而将圆棒料输送到预定位置，从而实现上料操作。

需要说明的是，所述伺服机械手可以是直角坐标式的机械手，或是其它可用桁架式机械手，其机械臂20的底部21与所述V型辊道抓手8的上端固定座板86可以通过螺栓连接固定。

需要说明的是，所述V型物流辊道也可以是布置多条，相互平行布置在轨道一侧，或两侧均布置，或是布置一条，或是轴线一致布置两条，且高度或不相同布置，轴线一致布置两时，如由前V型物流辊道9与后V型物流辊道10前后隔开布置形成。

在上述的前V型物流辊道与后V型物流辊道前后隔开布置的形式下，当所述V型辊道抓手被所述伺服机械手移动到轴线与所述V型物流辊道的轴线一致的位置且高度适应时时，其一端与所述前V型物流辊道相对、另一端与所述后V型物流辊道相对，能实现将圆棒料送到所述前V型物流辊道或后V型物流辊道，然后由所述前V型物流辊道或后V型物流辊道向前或向后输送到预定位置。

上述的前V型物流辊道或后V型物流辊道能实现将圆棒料输送到不同的位置，可以实现不同的功能或作用，如前V型物流辊道作为退料程序中用的退流物料辊道，而后V型物流辊道10作为上料物料辊道。

本发明实施例中，所述机器视觉系统安装一个立式机架11上，机架上可以设置有光源，其可以为自动上料装备提供精确的定位参数，提高了抓手取件的准确性，如所述机器视觉系统在拍照成功后，可以对圆棒料的位置信息检测并标定，并将位置数据发送给控制系统，由控制系统通过PLC梯形图逻辑语言，完成整个自动上料装备的运行过程。

示例性的，所述机器视觉工作过程如下：

所述机器视觉系统如采用九点标定法建立视觉传感器和机械手之间的坐标变换关系，然后采用外部光源与曝光时间组合自动调节的方式，实现棒料的高质量图像获取，通过图像匹配算法查找到圆棒料的圆周，最后对匹配得到的圆周进行高精度的拟合处理，从而获取准确的棒料圆心。机器视觉系统与控制系统通过交互，实现运行控制，请参考图9所示，上料系统处于自动模式下时，在机器视觉系统的相机在线时，由控制系统的PLC给相机写入棒料直径数据，进行拍照使能，在相机准备拍照就绪后，由PLC输出拍照触发信号，由相机根据棒料直径识别棒料位置坐标以及查找到的数量，存放于缓冲区，PLC从缓冲区读取棒料的坐标及查找数量使用；当上料系统非处于自动上料模式时，PLC使相机离线，在编程状态离线的情况下，相机加载指定作业，并在作业加载成功后，由控制系统的PLC给相机写入棒料直径数据，进行拍照使能。

其中，机器视觉获取棒料圆心的工作方法不限于此，此仅为示例说明，可以采用现有可用的获取棒料圆心的处理技术实现。

本发明实施例中，自动上料设备可以由控制系统控制，实现自动运行，所述的控制系统可以是由1套集成了伺服、plc、变频器和机器视觉传感器的电气控制系统组成，实现对上料设备的运行控制。

示例性的，自动上料装备工作过程如下：

上料小车将装满圆棒料的V型料框送到上料准备就绪位置，机器视觉传感器对V型料框内的棒料端面拍照后进行视觉分析处理，得出各个圆棒料的圆心位置坐标，并将圆心位置坐标值反馈给直角坐标式伺服机械手，直角坐标式伺服机械手根据坐标值将V型辊道抓手移动到需要抓取的圆棒料对接位置，V型辊道抓手将棒料转移到V型辊道抓手内，然后再随直角坐标式伺服机械手移动到V型物流辊道与V型辊道抓手对接的位置，通过V型物流辊道与V型辊道抓手的相互配合，最终将所抓取的圆棒料输送到V型物流辊道的送料位置，完成圆棒料的自动上料，请参考图9所示。其中，伺服机械手去扫码位进行扫码操作时，若扫码成功且物料校验合格，则进入上料程序，否则报警并进入退料流程，退料程序，请参考图8所示，此时前面所述的前V型物流辊道9作为退料辊道使用，在棒料被V型辊道抓手及机械手移动到与退料辊道相对时，控制辊道的旋转方向，拨杆伸出，留出退料空间，使V型辊道抓手中的圆棒料上到退料辊道上，退料辊道将棒料送到检查位置时停止进行人工检查棒料，在检测完成，需要继续上料时，退料辊道正转，伺服机械手带着V型辊道抓手在对接位接料后，转移到后V型物流辊道10，即上料辊道，实现上料，若不需要继续上料，则流程结束。

本发明通过可靠的机械装置与自动化控制系统的结合，可实现航空锻造生产中多规格圆棒料的自动上料，降低人工成本，提高生产的效率和稳定性，减少安全事故。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，由V型料框，承载并输送所述V型料框沿轨道行走上料的上料小车， V型物流辊道，用于转移所述V型料框上的圆棒料到其内部V型辊道上的V型辊道抓手，驱动所述V型辊道抓手升降及平移以将所述V型料框中的棒料送到V型物流辊道上的伺服机械手，用于检测所述V型料框承载的圆棒料的圆心的机器视觉系统以及控制上料设备运行的控制系统构成；所述伺服机械手的机械臂末端指向的作业平面内布置有承载所述上料小车的轨道、与所述轨道轴向平行的所述V型物流辊道。

2.根据权利要求1所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述V型辊道抓手被所述伺服机械手移动到轴线与所述V型物流辊道的轴线一致的位置且高度适应时，其一端与所述型物流辊道相对，能实现将圆棒料送到所述V型物流辊道上，然后由所述V型物流辊道输送到预定位置。

3.根据权利要求1所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述V型物流辊道由前V型物流辊道与后V型物流辊道前后隔开布置形成，所述前V型物流辊道与后V型物流辊道的轴线及高度一致。

4.根据权利要求3所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述V型辊道抓手被所述伺服机械手移动到轴线与所述V型物流辊道的轴线一致的位置且高度适应时时，其一端与所述前V型物流辊道相对、另一端与所述后V型物流辊道相对，能实现将圆棒料送到所述前V型物流辊道或后V型物流辊道，然后由所述前V型物流辊道或后V型物流辊道向前或向后输送到预定位置。

5.根据权利要求1-4任一项所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述V型辊道抓手包括布置在框架底部的受驱动能旋转的V型辊道，该V型辊道与框架的顶部之间形成圆棒料直线进出空间，所述圆棒料直线进出空间的一侧为进料口，相对侧为出料口，所述进料口的外侧设有用于拔料的拔板，所述拔板与受驱动能直线伸缩移动的拔杆呈L形状连接，且所述拔板的自由端向下。

6.根据权利要求5所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述框架的顶部上表面安装有驱动所述拔杆移动的直线驱动机构，所述框架的顶部下表面安装有用于所述拔杆直线移动的导轨。

7.根据权利要求6所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述伺服机械手的机械臂与所述V型辊道抓手的上端固定。

8.根据权利要求6或7所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述机器视觉系统相对所述V型料框承载的圆棒料的一端布置。

9.根据权利要求1所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，所述伺服机械手采用桁架式结构的直角坐标式机械手。

10.根据权利要求1所述基于机器视觉的航空锻件自动上料装备，其特征在于，自动上料的控制过程如下：

上料小车将装满圆棒料的V型料框送到上料准备就绪位置，机器视觉系统对V型料框内的圆棒料端面拍照后进行视觉分析处理，得出各个圆棒料的圆心位置坐标，将圆心位置坐标值反馈给伺服机械手，伺服机械手根据坐标值将V型辊道抓手移动到抓取的圆棒料对接位置，V型辊道抓手将棒料转移到其内部的V型辊道上，然后由伺服机械手移动到V型物流辊道与V型辊道抓手对接位置，V型辊道抓手将所抓取的圆棒料输送到V型物流辊道上，由V型物流辊道送到预定位置，完成圆棒料的自动上料。

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