CN113771052B - 一种镍板智能剪切机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种镍板智能剪切机组。该镍板智能剪切机组包括图像处理及控制系统、视觉相机、光源、镍摞上料台、机器人及夹具、剪板机、剪切工作台、下料链条输送机、镍条链板机、镍耳链板机、收集斗以及安全围栏等组成。本发明采用视觉系统配合机器人，在视觉相机对镍板拍照后，图像处理及控制系统的调控下，能自动完成智能剪切掉每块镍板上不同位置及大小的缺陷部分及按照剪后尺寸分类码摞，采用现代自动化技术手段对于镍板的剪切路径进行最优化地快速确定，避免人工剪切的低效率、劳动强度大、高损耗、高安全风险等缺陷，使整个生产线实现自动化、智能化生产，显著提升生产效率。

Description

一种镍板智能剪切机组

技术领域

本发明涉及机器人视觉智能剪切技术领域，尤其涉及一种镍板智能剪切机组。

背景技术

在电解镍板或电积镍板的生产工艺流程中，由于工艺流程、工艺参数、后续处理等诸多因素，镍板表面会出现气孔、结粒、夹杂、烧板、裂痕、水印、商标缺失或错位、油污、脚印等缺陷，如图1所示。按照电镍国家标准，对板面局部气孔、疙瘩等表面质量达不到标准或边部较大结粒的电镍需剪切或修边处理。目前的处理方法是检测人员质量判定后在镍板上用粉笔划线，如图2所示，然后，堆摞后运至剪板机旁边，需要8-10人班组操作工人围绕在剪板机前，根据每块镍板划线位置，抬板、剪切、摞板，将表面质量达不到标准的镍板剪切修边后降品级包装处理，耗费大量的人力和物力。

同时，传统人工剪切方式存在设备噪音大、安全隐患大，生产效率低、劳动强度大、劳动定员多、剪切精度差的技术缺陷。因此，需要一种镍板智能剪切机组，通过视觉系统自动识别镍板上的质检人员不合格划线，或直接表面检测出缺陷部分，生成一条区分合格与不合格部分的剪切线，并通过机器人将每块镍板不同剪切线放至剪板机剪刃下剪切掉，同时，还能够实现剪后合格镍板尺寸大小分类堆摞，剪后缺陷镍条、镍耳等剪切废料的分类收集。

公开号为CN111203893A的发明专利公开了一种智能化的剪切机器人。其包括对剪切对象和环境进行摄像以及反馈。通过对图像的分析，发送控制和剪切指令给机器人的运动控制系统，控制剪切机构进行剪切。系统采用模块化设计，主要包括运动控制系统、人机交互系统、剪切机械手机械臂系统。运动控制系统选择STM32单片机作为核心器件，实现剪切机械手运动控制程序、图像处理、数据存储程序、响应程序；人机交互系统关键为用于连接机控制系统与剪切机械手控制系统的串口，对其信息的读写就可以实现人机控制界面对剪切机械手的控制，用来远程操作和监控；机械臂系统由机械臂各关节控制器、动力执行机构、剪切末端执行器组成，用来剪断被剪对象。

公开号为CN111014798A的发明专利公开了一种基于机器视觉的剪板机自动上料分拣码垛生产线及方法。其包括上料翻转机构、从上料翻转机构上吸取单张板料的上料机械手转运机构、接收上料机械手转运机构送达的单张板料，并进行对中、定位、夹紧后进行自动上料及余料推进的自动上料机、接收自动上料机送达的单张板料，并将单张板料剪切为条状板料的剪板机、位于剪板机出料口下方，用于接取条状板料的下料输送机构、从下料输送机构上抓取条状板料并送达至码垛机构的下料机械手转运分拣机构、用于接收下料机械手转运分拣机构的条状板料并进行码垛的码垛机构、用于对下料输送机构上条状板料进行检测的视觉识别机构和自动剪切及分拣码垛排版系统。

公开号为CN109865874A的发明专利公开了一种基于双臂机器人的自动剪板机系统。其包括双臂机器人、剪板机、料台和机器人转动定位机构，其中双臂机器人、料台和机器人转动定位机构均设置于剪板机的板材输入侧，且料台分设于所述双臂机器人两侧，所述双臂机器人两侧机械臂自由端均设有端拾器，且所述双臂机器人通过所述机器人转动定位机构驱动旋转定位，在所述剪板机上设有板材定位装置。

但是，上述系统存在没有对镍板进行镍耳剪切及不合格部分镍板剪切，没有进行视觉系统板面划线识别或表面质量检测，没有分析计算出每块镍板的剪切线，及与机器人配合将不同镍板按不同的缺陷形状位置进行剪切，且没有按照剪后镍板尺寸大小分类码摞的缺陷。因此上述系统并不适用于存在镍耳和缺陷的镍板物料的剪切。

有鉴于此，有必要设计一种改进的镍板智能剪切机组，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍板智能剪切机组，采用视觉系统配合机器人，在视觉相机对镍板拍照后，图像处理及控制系统的调控下，能自动完成智能剪切掉每块镍板上不同位置及大小的缺陷部分及按照剪后尺寸分类码摞，采用现代自动化技术手段对于镍板的剪切路径进行最优化地快速确定，避免人工剪切的低效率、劳动强度大、高损耗、高安全风险等缺陷，使整个生产线实现自动化、智能化生产，显著提升生产效率。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种镍板智能剪切机组，其包括图像处理及控制系统、机器人及夹具、安装在相机光源架上的光源、视觉相机，以及镍摞镍摞上料台、剪板机、与所述剪板机连接用于送料及承载镍板的剪切工作台、与所述剪板机相邻设置且用于传输并收集剪切好的镍板物料的下料链条输送机以及与所述剪板机连接且用以传输并收集剪切后的镍耳及镍条废料的镍耳链条机、链条链板机、耳料收集斗、镍条收集斗；

所述视觉相机、光源与所述图像处理及控制系统电性连接，共同组成视觉系统，其在所述图像处理及控制系统的调控下，用于对待剪切镍板进行拍照并自动识别板面上质检人员划定的区分合格与不合格部分的剪切线或者根据镍板上缺陷的位置、形状、大小等自动生成区分合格与不合格部分的剪切线；

所述机器人及夹具与所述图像处理及控制系统电性连接，其在所述图像处理及控制系统的调控下，用于吸取镍板至拍照工位；通过图像处理及控制系统给出机器人吸取位置、偏心角度等坐标信息，吸取镍板将所述剪切线放至所述剪板机的剪切位点上，进行镍板物料预定部分的剪切。

作为本发明的进一步改进，所述图像处理及控制系统包括人机互交界面、工控机；所述图像处理及控制系统还包括设置有视觉图像算法软件并用于调控所述视觉系统的视觉系统控制模块和用于调控所述机器人及夹具以及剪板机等其他设备的PLC系统。

作为本发明的进一步改进，所述剪切工作台包括分别用于剪切镍板物料不同部位的剪耳工位、智能剪切工位以及设置于所述视觉系统的下方并与所述视觉相机相对应的拍照工位；

所述剪板机包括与所述剪耳工位、所述智能剪切工位分别对应设置的剪板机左刀刃和剪板机右刀刃；所述剪板机左刀刃和所述剪板机右刀刃能够同步进行剪切运动，且刀口间隙可以分别可调，左刀口间隙按剪切薄的镍耳调整，右刀口间隙按剪切厚的镍板调整。

作为本发明的进一步改进，所述剪切工作台上安装有推板机构，用以将镍板物料从所述拍照工位推至所述剪耳工位进行吊耳剪切，亦可由机器人吸取镍板从拍照工位至剪耳工位。

作为本发明的进一步改进，所述下料链条输送机、根据剪切好的镍板物料的不同尺寸大小进行分类堆码的若干个堆摞工位、与所述堆摞工位对应设置的若干个下料工位，上述结构共同组成下料系统。

作为本发明的进一步改进，所述用于传输和收集镍板耳料的耳料链板机和耳料收集斗、用于传输和收集剪后镍条的镍条收集斗和镍条链板机，上述结构共同组成收集系统。

作为本发明的进一步改进，所述镍板智能剪切机组还包括用于人机隔离保障操作安全的安全围栏；所述堆摞工位设置于所述安全围栏之内，所述下料工位设置于所述安全围栏之外，在镍摞镍摞上料台旁的安全围栏上设置安全门，上料时安全门打开，工作时安全门关闭；所述安全围栏上还设置有与所述图像处理及控制系统电性连接并用于设备检修的检修门及人员进入的通行门，工作时若上述检修门和/或同行门打开，则系统停机以保证安全。

作为本发明的进一步改进，所述光源和所述视觉相机一体安装于所述相机光源架上。

作为本发明的进一步改进，所述镍板智能剪切机组还包括与所述剪切工作台相邻设置用于堆摞待剪切镍板物料的镍摞上料台；所述机器人及夹具设置在所述镍摞上料台和所述下料系统之间。

作为本发明的进一步改进，所述堆摞工位可按剪后尺寸分类码摞分成若干个，包括但不限于为整板不合格堆摞工位、800*900mm堆摞工位、800*600mm堆摞工位中的一种或多种。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种镍板智能剪切机组，采用视觉系统配合机器人，在视觉相机对镍板拍照后，图像处理及控制系统的调控下，能自动识别每张镍板上质检人员划定的区分合格与不合格部分的剪切线，或者通过视觉系统进行表面质量检测自动识别出合格与不合格部分，生成区分合格与不合格部分的剪切线，完成智能剪切掉每块镍板上不同位置及大小的缺陷部分及按照剪后尺寸分类码摞，采用现代自动化技术手段对于镍板的剪切路径进行最优化地快速确定，避免人工剪切的低效率、劳动强度大、高损耗、高安全风险等缺陷，使整个生产线实现自动化、智能化生产，显著提升生产效率。

2、本发明提供了一种镍板智能剪切机组，通过剪板机采用两步切割法，即镍板的吊耳与缺陷镍板分两个工位进行剪切，使得耳料和缺陷镍条可以分离回收，显著降低操作人员分离的劳动强度。

3、本发明提供了一种镍板智能剪切机组，采用多工位的下料收集装置(下料系统)，使得切割后的镍板，可依据其尺寸大小分类堆码于不同的下料链条输送机堆摞工位，使之便于后续的下料打包工序的进行，避免因镍板剪后大小、位置不一，导致剪切后的镍板尺寸浮动较大，不易打包收集。

4、本发明提供了一种镍板智能剪切机组，通过设置安全围栏，将本发明的上料、下料及操作控制部分独立设置于安全围栏外部，使得整个生产线在剪后合格板及剪后吊耳、不合格镍条收集的便利性的同时，做到了人机隔离，显著提升生产线的安全性。

5、本发明提供了一种镍板智能剪切机组，通过视觉系统给出机器人吸取位置、偏心角度等坐标信息，机器人吸取镍板将系统生成的剪切线直接送至剪板机下将缺陷部分剪切掉，显著降低操作人员的劳动强度，实现1个操作工人代替8-10人/班组的操作工人，减少了劳动定员，显著降低了人力成本，同时减少了人工剪切安全隐患。

6、本发明提供了一种镍板智能剪切机组，克服了现有技术中存在的由于人工剪切方式剪切位置由人工推板决定，导致剪切位置不能准确把握，不能精准剪切，无形中会将部分合格镍板剪切到降品级镍板中的技术缺陷，本发明提供的镍板智能剪切机组自动获取最佳剪切线使得保留合格的镍板最大化，可实现镍板的精确剪切，显著降低生产损耗，提高了整体产品的品级率，提高了企业效益。

附图说明

图1为电解镍板或电积镍板的生产工艺流程中出现的缺陷的实物图。

图2为镍板的人工剪切线和实物缺陷。

图3为本发明提供的镍板智能剪切机组的俯视图。

图4为本发明提供的镍板智能剪切机组的正视图。

图5为本发明提供的镍板智能剪切机组的侧视图。

附图标记

100-镍板智能剪切机组；1-图像处理及控制系统；2-相机光源架；3-机器人及夹具；4-光源；5-视觉相机；6-待剪镍摞；7-镍摞上料台；8-拍照工位；9-剪板机；10-耳料链板机；11-耳料收集斗；12-镍条收集斗；13-镍条链板机；14-剪耳工位；15-智能剪切工位；16-剪切工作台；17-堆摞工位；18-下料工位；19-下料链条输送机；20-安全围栏。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图3至图5所示，本发明提供了一种镍板智能剪切机组100，其包括图像处理及控制系统1、机器人及夹具3、安装在相机光源架2上的光源4、视觉相机5，以及镍摞镍摞上料台7、剪板机9、与所述剪板机9连接用于送料及承载镍板的的剪切工作台16、与所述剪板机9相邻设置且用于传输并收集剪切好的镍板物料的下料链条输送机19以及与所述剪板机9连接且用以传输并收集剪切后的镍耳及镍条废料的镍耳链条机10、链条链板机13、耳料收集斗11、镍条收集斗12等组成。

在本实施方式中，所述图像处理及控制系统1包括人机互交界面、工控机，并设置有视觉图像算法软件并用于调控所述视觉系统的视觉系统控制模块和用于调控所述机器人及夹具3的PLC系统。

所述光源4和视觉相机5与所述图像处理及控制系统1电性连接，共同组成视觉系统，其在所述图像处理及控制系统1中的视觉系统控制模块的调控下，用于对待剪切镍板物料进行拍照并自动识别质检人员划定的区分合格与不合格部分的剪切线，或者通过视觉表面检测自动识别出合格与不合格部分，生成区分合格与不合格镍板物料的剪切线。

具体来讲，所述视觉系统包括图像处理及控制系统1、光源4和视觉相机5；且所述光源4和所述视觉相机5一体安装于所述相机光源架2的顶端支架上。

请参阅图3和图5所示，所述机器人及夹具3与所述图像处理及控制系统1电性连接，所述机器人及夹具3设置在所述镍摞上料台7和所述下料机构之间，由此使得机器人及夹具3便于一边从镍摞上料台7吸取待剪切镍板物料至剪切工作台16的拍照工位8上，以使后续视觉系统的视觉相机5拍照，同时，根据视觉系统发送的吸取点坐标及偏移角度等信息，将在剪耳工位14剪耳后镍板吸取放至智能剪切工位15，使生成的剪切线与剪板机剪切点位重合，还能够将智能剪切后的镍板移送至另一边的下料链条输送上，实现剪切后镍板的收集，该结构设置使得整个上料-自动剪切-下料的过程合理便捷。

请参阅图3所示，所述剪切工作台16包括分别用于剪切镍板物料不同部位的剪耳工位14、智能剪切工位15以及设置于所述视觉系统的下方并与所述视觉相机5相对应的拍照工位8；所述剪板机9包括与所述剪耳工位14、所述智能剪切工位15分别对应设置的剪板机左刀刃和剪板机右刀刃(图中未标记)；所述剪板机左刀刃和所述剪板机右刀刃能够同步进行剪切运动，且刀口间隙可以分别可调，左刀口间隙按剪切薄的镍耳调整，右刀口间隙按剪切厚的镍板调整。

在本实施方式中，所述剪切工作台16上还可以安装有推板机构(图中未示出)，用以将镍板物料从所述拍照工位8推至所述剪耳工位14进行吊耳剪切，亦可由机器人及夹具3吸取搬运至剪耳工位14。

具体来讲，所述剪耳工位14用来剪切镍板的吊耳，所述智能剪切工位15用来剪切镍板的缺陷部分或者吊耳及缺陷部分的同时剪切。当送过来的镍板已剪切掉吊耳后，则剪耳工位14，智能剪切工位15均可用来剪切镍板缺陷部分。

请参阅图5所示，所述下料机构包括根据剪切好的镍板物料的不同尺寸大小进行分类堆码的若干个堆摞工位17、与所述堆摞工位17对应设置的若干个下料工位18以及两端分别与所述堆摞工位17和下料工位18连接的下料链条输送机19。所述堆摞工位17设置于所述安全围栏20之内，所述下料工位18设置于所述安全围栏20之外，由叉车或天车直接在机组安全围栏外运走。

具体来讲，所述堆摞工位17可设置为剪后尺寸为800～900×860的合格板工位、剪后尺寸为600×860的剪切板工位、整板不合格板工位，或按其他尺寸或形式分类堆摞。

在本实施方式中，所述收集装置包括用于传输和收集镍板耳料的耳料链板机10和耳料收集斗11、用于传输和收集镍条的镍条收集斗12和镍条链板机13。所述耳料链板机10和镍条链板机13分别独立对应连接于剪耳工位14和所述智能剪切工位15的剪切位置的后方，使得耳料和缺陷镍条可以相互独立地进行分离回收。

本发明提供的镍板智能剪切机组100的工作原理在于：

首先，通过机器人及夹具3从镍摞上料台7将待剪切镍板物料吸取放至剪切工作台16的拍照工位8上，设置于该拍照工位8上方的视觉系统中的视觉相机5在光源4的配合下进行自动拍照，图片自动传输至图像处理及控制系统1中，并在图像处理及控制系统1中设置有视觉图像算法软件的视觉系统控制模块的调控下，自动识别镍板物料上由质检员设置的区分合格与不合格的判定划线，并以此作为剪切线，又或者，自动检测出镍板板面质量缺陷部分，并自动生成区分合格与不合格部分的剪切线，然后，机器人及夹具3在图像处理及控制系统1中的PLC系统的调控下，将镍板吸取送至剪耳工位14，剪板机9进行镍板吊耳的剪切，亦可通过剪切工作台16上安装的推板，将待剪镍板直接推至剪耳工位14进行镍耳剪切。

然后，剪切掉镍板吊耳后，再通过机器人及夹具3根据视觉系统传输的吸取点坐标、及偏移角度信息等吸取剪切后的镍板，将对应系统生成的剪切线位置放至剪板机9的智能剪切工位15下，将镍板的缺陷部分剪切掉。剪后合格的镍板物料由机器人及夹具3吸取至堆摞工位16进行分类堆摞，达到规定数量后由下料链条输送机19输送至安全围栏20外的下料工位18，等待叉车或吊车运走。

另外，剪后的镍耳通过剪板机后面的耳料链板机10输送至耳料收集斗11收集，剪后的缺陷镍条通过剪板机后的镍条链板机13输送至镍条收集斗12收集。每张镍板缺陷部分的有无及位置均不一样，每张镍板均需视觉系统与机器人及夹具3配合完成缺陷部分的剪切工作。并通过机组安全围栏20实现人机隔离保障操作工人及车间人员安全。

综上所述，本发明提供了一种镍板智能剪切机组，其包括图像处理及控制系统、视觉系统、相机光源架、机器人及夹具、剪板机、剪切工作台、下料机构、收集装置以及安全围栏等结构。本发明采用视觉系统配合机器人，在图像处理及控制系统的调控下，能自动完成镍板的智能剪切及分类，能够有效提升生产效率，提升镍板剪切的自动化及智能化程度；采用现代自动化技术手段对于镍板的剪切路径进行最优化地快速确定，避免人工剪切的低效率、劳动强度大、高损耗、高安全风险等缺陷，使整个生产线实现自动化、智能化生产，显著提升生产效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种镍板智能剪切机组，其特征在于∶所述镍板智能剪切机组（100）包括图像处理及控制系统（1）、机器人及夹具（3）、光源（4）、视觉相机（5）、剪板机（9）、与所述剪板机（9）连接用于送料及承载镍板的的剪切工作台（16）、与所述剪切工作台（16）相邻设置用于堆摞待剪切镍板物料的镍摞上料台（7）、与所述剪板机（9）相邻设置且用于传输并收集剪切好的镍板物料的下料系统以及与所述剪板机（9）连接且用以传输并收集剪切后的镍耳及镍条废料的收集系统；

所述光源（4）和视觉相机（5）与所述图像处理及控制系统（1）电性连接，共同组成视觉系统，其在所述图像处理及控制系统（1）的调控下，用于对待剪切镍板进行拍照并自动识别板面上质检人员划定的区分合格与不合格部分的剪切线或者根据镍板上缺陷的位置、形状、大小自动生成区分合格与不合格部分的剪切线；

所述机器人及夹具（3）与所述图像处理及控制系统（1）电性连接，其在所述图像处理及控制系统（1）的调控下，用于吸取镍板至拍照工位；通过图像处理及控制系统（1）给出机器人吸取位置、偏心角度坐标信息，吸取镍板将所述剪切线放至所述剪板机（9）的剪切位点上，进行镍板物料预定部分的剪切；

所述剪切工作台（16）包括用于剪切镍板物料不同缺陷部位并与所述剪板机（9）的剪切位点相互对应的剪耳工位（14）、智能剪切工位（15）以及设置于所述视觉系统的下方并与所述视觉相机（5）相对应的拍照工位（8）；所述剪耳工位（14）用来剪切镍板的吊耳，所述智能剪切工位（15）用来剪切镍板的缺陷部分；

所述剪板机（9）包括与所述剪耳工位（14）、所述智能剪切工位（15）分别对应设置的剪板机左刀刃和剪板机右刀刃；所述剪板机左刀刃和所述剪板机右刀刃能够同步进行剪切运动，且刀口间隙均可调，左刀口间隙按剪切薄的镍耳调整，右刀口间隙按剪切厚的镍板调整；

通过剪板机采用两步切割法，镍板的吊耳与缺陷镍板分两个工位进行剪切，使得耳料和缺陷镍条分离回收；

所述收集系统由分别用于传输和收集镍板耳料的耳料链板机（10）和耳料收集斗（11）、分别用于传输和收集剪后镍条的镍条链板机（13）和镍条收集斗（12）共同组成；

所述耳料链板机（10）和镍条链板机（13）分别独立对应连接于剪耳工位（14）和所述智能剪切工位（15）的剪切位置的后方，使得耳料和缺陷镍条相互独立地进行分离回收。

2.根据权利要求1所述的镍板智能剪切机组，其特征在于∶所述图像处理及控制系统（1）包括人机界面、工控机、视觉系统控制模块和PLC系统；

所述视觉系统控制模块设置有视觉图像算法软件，用于调控所述视觉系统；所述PLC系统用于调控所述机器人及夹具（3）和剪板机（9）。

3.根据权利要求1所述的镍板智能剪切机组，其特征在于∶所述下料系统由下料链条输送机（19）、根据剪切好的镍板物料的不同尺寸大小进行分类堆码的若干个堆摞工位（17）、与所述堆摞工位（17）对应设置的若干个下料工位（18）共同组成。

4.根据权利要求3所述的镍板智能剪切机组，其特征在于∶所述镍板智能剪切机组（100）还包括用于人机隔离保障操作安全的安全围栏（20）；所述堆摞工位（17）设置于所述安全围栏（20）之内，所述下料工位（18）设置于所述安全围栏（20）之外，在镍摞上料台（7）旁的安全围栏上设置安全门，上料时安全门打开，工作时安全门关闭；所述安全围栏（20）上还设置有与所述图像处理及控制系统（1）电性连接并用于设备检修的检修门及人员进入的通行门，工作时若上述检修门和/或同行门打开，则系统停机以保证安全。

5.根据权利要求1所述的镍板智能剪切机组，其特征在于∶所述机器人及夹具（3）设置在所述镍摞上料台（7）和所述下料系统之间；所述光源（4）和所述视觉相机（5）一体安装于相机光源架（2）上。

6.根据权利要求3所述的镍板智能剪切机组，其特征在于∶所述堆摞工位（17）按剪后尺寸分类码摞分成若干个，包括整板不合格堆摞工位、800*900mm堆摞工位、800*600mm堆摞工位中的一种或多种。

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