CN113967926A - 一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备 - Google Patents

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何志成
尚继辉
刘广建
陈小虎
高洋
孟繁冲
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Abstract

本发明公开了一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，具体涉及视觉测量技术领域，其技术方案是：包括视觉传感器设备，所述视觉传感器设备由金属外壳、摄像头、光源和控制电路组成，所述金属外壳中部固定安装所述摄像头，两组所述摄像头成一定角度固定在所述金属外壳底部，所述金属外壳左端固定安装所述光源，所述金属外壳右端固定安装所述控制电路，所述控制电路通过控制所述光源的开关以及摄像头的开关，本发明的有益效果是：采用摄像头对螺栓进行取像，从而实现对机器人作业的引导，提高工件定位精度，提高了作业效率和适用性。

Description

一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备
技术领域
本发明涉及视觉测量技术领域，具体涉及一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备。
背景技术
螺栓是一种机械零件，配用螺母的圆柱形带螺纹的紧固件，由头部和螺杆两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件，这种连接形式称螺栓连接，如把螺母从螺栓上旋下，又可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接，螺栓是利用物体的斜面圆形旋转和摩擦力的物理学和数学原理，循序渐进地紧固器物机件的工具。
螺栓在日常生活当中和工业生产制造当中，是少不了的，螺栓也被称为工业之米，可见螺栓的运用之广泛；螺栓的运用范围有：电子产品、机械产品、数码产品、电力设备、机电机械产品、船舶、车辆、水利工程甚至化学实验上也有用到螺栓，特如数码产品上面用到的精密螺栓，DVD，照相机、眼镜、钟表、电子等使用的微型螺栓；电视、电气制品、乐器、家具等之一般螺栓；至于工程、建筑、桥梁则使用大型螺栓、螺帽；交通器具、飞机、电车、汽车等则为大小螺栓并用，螺栓在工业上负有重要任务，只要地球上存在着工业，则螺栓之功能永远重要。
目前，现有螺栓紧固作业主要分为人工和机器人作业方式，在风电及一些大型设备的装配作业中，常常涉及高空和高强度的重复作业，作业环境对工人的安全构成潜在的危险，以及人工作业的效率较低，已经有部分企业使用机器人代替人工进行作业。
现有技术存在以下不足：现有的机器人不具备螺栓位置的识别定位功能，所以对加工工件的位置工装要求精度很高，若定位精度不够，极易损坏工件，甚至造成工件报废。
因此，发明一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备很有必要。
发明内容
为此，本发明提供一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，通过安装觉传感器设备，以解决现有机器人螺栓紧固作业中，解决工件定位精度要求过高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，包括视觉传感器设备，所述视觉传感器设备由金属外壳、摄像头、光源和控制电路组成，所述金属外壳中部固定安装两组所述摄像头，两组所述摄像头成一定角度固定在所述金属外壳底部，所述金属外壳左端固定安装所述光源，所述金属外壳右端固定安装所述控制电路，所述控制电路通过控制所述光源的开关，所述光源在所述摄像头进行取像操作时进行补光操作，所述摄像头通过软件算法获取照射在所述螺栓端面的轮廓信息，所述视觉传感器设备识别计算出所述螺栓端面中心及法向坐标。
优选的，所述控制电路电性连接所述光源。
优选的，所述控制电路电性连接所述摄像头。
优选的，所述视觉传感器设备通过智能手机、平板以及笔记本电脑进行测量控制和结果观察。
优选的，所述视觉传感器设备固定安装在机器人手臂左端，所述机器人手臂靠近所述视觉传感器设备固定安装紧固螺栓工具，所述视觉传感器设备与所述工业机器人或相应的控制器进行信息交互，将所述螺栓的加工位姿发送给相应的控制器，完成所述工业机器人引导作业。
优选的，所述机器人手臂活动安装在工业机器人左端，所述视觉传感器设备为所述工业机器人提供位置引导
优选的，所述摄像头用于采集所述螺栓图像的识取及位姿计算。
优选的，所述光源位于所述摄像头左端，所述控制电路位于所述摄像头右端
本发明的有益效果是：采用摄像头对螺栓进行取像，通过相应的图像识别算法，找到同一螺栓的端面轮廓信息，可以通过左右相机的视差信息推算出螺栓端面轮廓的三维信息，并通过视觉坐标与机器人的坐标变换关系换算以及计算出端面轮廓平面法向信息及端面中心坐标信息，从而实现对机器人作业的引导，达到降低对整个工件定位精度的要求，提高了作业效率和适用性。
附图说明
图1为本发明提供的主视图；
图2为本发明提供的俯视结构图。
图中：视觉传感器设备10、金属外壳11、摄像头12、光源13、控制电路 14、工业机器人20、机器人手臂21、紧固螺栓工具22、螺栓23。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实参照附图1-2，本发明提供的一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，包括视觉传感器设备10，视觉传感器设备10由金属外壳11、摄像头12、光源13和控制电路14组成，金属外壳11中部固定安装两组摄像头12，两组摄像头12成一定角度固定在金属外壳11底部，金属外壳11左端固定安装光源13，金属外壳11右端固定安装控制电路14，控制电路14通过控制光源13 的开关以及摄像头12对螺栓23进行取像，摄像头12通过软件算法获取照射在螺栓23端面的轮廓信息，视觉传感器设备10识别计算出螺栓23端面中心及法向坐标，具体地，光源13采用蓝光光源投射或直接使用自然光投至螺栓23表面，两组摄像头12同时获取当前的螺栓23图像，由于摄像头12相隔一定的距离，根据极线几何关系，零件上同一点在两个图像中的关系存在一定的视差。视差的大小可以通过计算解算此点到摄像头12的深度关系,进而计算此点的在视觉坐标系下的3维坐标信息，由于螺栓23的特定物理属性，通过拟合匹配螺栓23的外轮廓，计算外轮廓的3维点云，根据螺栓23端面外轮廓的3维点云信息，进而找到端面的法向信息和端面中心点坐标信息，进而通过与控制器交互，将法向信息和端面中心点坐标信息告诉工业机器人20，完成紧固作业的引导,通过实时的测量，降低对工件的工装夹具的精度要求；
进一步地，控制电路14电性连接光源13，具体地，控制电路14控制光源 13的开关，光源13采用蓝光光源投射或直接使用自然光投至螺栓23表面；
进一步地，控制电路14电性连接摄像头12，具体地，两组摄像头12同时获取当前的螺栓23图像，通过软件算法获取照射在螺栓23端面的轮廓信息，识别计算出螺栓23端面中心及法向坐标；
进一步地，视觉传感器设备10固定安装在机器人手臂21左端，机器人手臂21靠近视觉传感器设备10固定安装紧固螺栓工具22，具体地，视觉传感器设备10与工业机器人20或相应的控制器进行信息交互，将螺栓23的加工位姿发送给相应的控制器，完成所述工业机器人20引导作业；
进一步地，机器人手臂21活动安装在工业机器人20左端，视觉传感器设备10为工业机器人20提供位置引导，具体地，机器人手臂21能够模仿人的手臂运动拧紧螺栓23；
进一步地，摄像头12用于采集螺栓23图像的识取及位姿计算；
进一步地，光源13位于摄像头12左端，控制电路14位于摄像头12右端，具体地，光源13采用蓝光光源投射或直接使用自然光投至螺栓23表面，为螺栓23表面补光，使摄像头12能够更加清晰的采集螺栓23的3维点云信息。
本发明的使用过程如下：本领域技术人员通过控制单元发送指令，命令两组摄像头12同时获取螺栓23图像，通过机器视觉算法提取螺栓23的外轮廓的 3维点云信息，根据事先进行标定的摄像头12以及摄像头的间距，计算出被测螺栓23端面14的法向及中心坐标信息，进而将结果发送给工业机器人20的控制器，工业机器人20的控制器根据计算出的数据准确的下落至螺栓23拧紧部位，完成紧固作业的引导,通过实时的测量，到达对工件的工装夹具的精度要求，提高工作效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，包括视觉传感器设备(10)，所述视觉传感器设备(10)由金属外壳(11)、摄像头(12)、光源(13)和控制电路(14)组成，其特征在于：所述金属外壳(11)中部固定安装两组所述摄像头(12)，两组所述摄像头(12)成一定角度固定在所述金属外壳(11)底部，所述金属外壳(11)左端固定安装所述光源(13)，所述金属外壳(11)右端固定安装所述控制电路(14)，所述控制电路(14)通过控制所述光源(13)的开关以及摄像头(12)对螺栓(23)进行取像，所述摄像头(12)通过软件算法获取照射在所述螺栓(23)端面的轮廓信息，所述视觉传感器设备(10)识别计算出所述螺栓(23)端面中心及法向坐标。
2.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，其特征在于：所述控制电路(14)电性连接所述光源(13)。
3.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，其特征在于：所述控制电路(14)电性连接所述摄像头(12)。
4.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，其特征在于：所述视觉传感器设备(10)固定安装在机器人手臂(21)左端，所述机器人手臂(21)靠近所述视觉传感器设备(10)固定安装紧固螺栓工具(22)。
5.根据权利要求4所述的一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，其特征在于：所述机器人手臂(21)活动安装在工业机器人(20)左端，所述视觉传感器设备(10)为所述工业机器人(20)提供位置引导。
6.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，其特征在于：所述摄像头(12)用于采集所述螺栓(23)图像的识取及位姿计算。
7.根据权利要求1所述的一种用于工业机器人螺栓紧固引导的视觉传感器设备，其特征在于：所述光源(13)位于所述摄像头(12)左端，所述控制电路(14)位于所述摄像头(12)右端。
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