CN114029779B - 基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备及定位方法 - Google Patents

基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备及定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备及定位方法，包括抓取装置、加工装置、传送装置、分拣装置及电气控制系统，在电气控制系统控制下，从料仓中抓取待加工工件，放到传送带上的规定位置，伸缩气缸将待加工件推至加工盘，加工盘旋转900，光电传感器检测到待加工件，夹紧气缸夹紧待加工件，视觉摄像头精准定位待加工孔的位置，钻头加工，加工盘再次旋转900，移送装置将已加工工件放置分拣区域，传送带运动中，合格品分拣超声波传感器检测工件是否合格，伸缩气缸将合格品工件推送至合格品分拣区，若不合格品，不合格品分拣伸缩气缸推至不合格品分拣区。具有易于操作、定位准确和分拣迅速的效果。

Description

基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备及定位方法
技术领域
本发明涉及一种多孔锚具加工分拣设备，特别涉及一种基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备及定位方法。
背景技术
多孔锚具加工分拣设备是锚具生产线上的重要组成部分，在多孔锚具生产过程中，需要对多个锚孔进行整体倒角加工，定位精准程度将直接影响产品的良品率。现有制造业生产技术中，使用倒角加工工具对每个锚孔进行单独的加工，定位精准较低，且产品规格较难统一，误差较大，导致良品率较低。
现在制造业生产线上没有一套完整的锚具智能加工分拣设备，只是对锚具加工工序进行了优化和完善，只是对锚具加工的准确性有所提高,仍不能满足精准加工的需要。
发明内容
为了有效的解决上述存在的问题，本发明提出了一种基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备及定位方法，在产品外形、产品功能、安全性等多方面进行考虑，达到能满足工业生产的要求，易于操作人员操作和检查维修。具体技术方案是，一种基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备，包括抓取装置、加工装置、传送装置、分拣装置及电气控制系统，所述的抓取装置，包括配带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪、龙门行架、料仓，所述的加工装置，包括四轴机器人、加工盘、转盘、钻头、视觉摄像头、加工光电传感器、移送装置，所述的传送装置，包括待加工件传送带、已加工件传送带、待加工件传送光电传感器、已加工件传送光电传感器，所述的分拣装置，包括合格品分拣超声波传感器、不合格品分拣超声波传感器、分拣伸缩气缸和滑板，抓取装置、加工装置、传送装置依次串接摆放成U型，分拣装置置于传送装置的已加工件传送带内、外侧；电气控制系统分别与抓取装置、加工装置、传送装置、分拣装置进行电气及数据连接；组成一条具有抓取、加工、分拣、传送功能的智能生产线。
所述的抓取装置的带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪固定于龙门行架上，三个抓取伺服电机分别带动行架前后、左右运动及带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪上下运动，料仓置于龙门行架下的底座上。
所述的加工装置的加工盘为环状体，上端面有四个成900对称的圆形凹槽，圆形凹槽尺寸与待加工件配合，加工盘固定于转盘上，加工伺服电动机及其支架固定在转盘底端面，并固定于底座上，四轴机器人固定于加工盘后方的底座上，加工伺服电动机带动加工盘转动，钻头安装在四轴机器人的钻杆上，视觉摄像头安装于钻杆前端的四轴机器人上，加工光电传感器固定于四轴机器人推进气缸前端、并对准加工盘加工位的圆形凹槽径向中心，在转盘已加工件一侧有移送装置固定于底座上，在旋转气缸的带动下作180o往返旋转，移送装置一侧有矩形开口，其内有夹手、在夹紧气缸带动下张合，移送装置位于加工盘的圆弧形槽上方、使夹手张合时夹紧已加工件。
所述的传送装置的待加工件传送带置于抓取装置的料仓与加工装置的加工盘外侧之间，待加工件传送光电传感器安装在正对加工盘的圆形凹槽处的待加工件传送带支架上，已加工件传送带置于加工装置的移送装置下方，已加工件传送光电传感器安装在移送装置下方已加工件传送带支架上。
所述的分拣装置的合格品分拣超声波传感器、不合格品分拣超声波传感器分别固定于固定架上端面，两个分拣伸缩气缸分别固定于固定架前端，两个固定架固定于已加工件传送带内侧，两块滑板分别相对于两个分拣伸缩气缸固定在已加工件传送带外侧；抓取装置、待加工件传送带、加工装置、已加工件传送带依次串接摆放成U型，分拣装置置于已加工件传送带内、外侧。
所述的电气控制系统采用PLC编程控制抓取装置的机械运动、输送装置的机械运动、加工装置的机械运动和分拣装置的机械运动，以及整体设备的电气机构。
所述的抓取装置、加工装置、传送装置以及分拣装置总安装误差不超过0.05mm。
加工的定位方法是，1、抓取装置、加工装置、传送装置、分拣装置安装前，通过MVP算法平台的定位算法、图像提取及图像处理算法，使视觉摄像头准确定位使视觉摄像头准确定位待加工件多孔的位置，四轴机器人通过 ARM软件进行工业机器人的编程及调试，保证加工装置的加工盘上端面四个成900对称的圆形凹槽尺寸与待加工件配合误差不超过0.2mm及四个成900对称的圆形凹槽位置误差不超过0.50，且保证加工盘安装在转盘上并固定于底座上的结构稳定、无磨损；2、各装置安装完毕后，初始化整体设备，调整好抓取装置、加工装置、传送装置、分拣装置的位置，确保整体设备误差不超过0.05mm；3、各部分机构调试好之后，即进行加工，并进行倒角精度的测量，测量结果达标，合格，继续加工，如超出误差范围，进行下一步；4、重新检查各装置安装的正确性，查找原因解决后并重新检测，如此反复，至设备整体误差达标，再继续加工。
本发明的有益效果是，加工盘上的圆形凹槽和加紧气缸、光电传感器共用，减少由装置引起的振动误差导致的定位不精准，提升定位精度；通过视觉摄像头加上相关的视觉算法的优化，经数据处理，提高定位精准度；将视觉摄像头中原始数据保留，可以进行数据分析，来分析影响装置精度的方式，使技术人员可以及时地改善工件定位和加工精度，便于操作人员进行加工补偿。
附图说明
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的结构立体图；
图3是本发明的结构俯视图；
图4是本发明的加工装置结构示意图；
图5是本发明的分拣装置结构立体图；
图6是本发明的已加工工件结构立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细地说明。
如图1～图6所示，基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备，包括抓取装置1、加工装置2、传送装置3、分拣装置4及电气控制系统，电气控制系统分别与抓取装置、加工装置、输送装置和分拣装置进行电气及数据连接；组成一条具有抓取、加工、分拣、传送功能的智能生产线。
抓取装置包括配带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪1-1、龙门行架1-3、料仓1-4，带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪1-1固定于行架1-3的横梁上，三个抓取伺服电机分别带动龙门行架1-3及带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪1-1前后、上下、左右运动，料仓1-4置于行架1-3下，保证抓取的速度和减少工件的磨损程度。
加工装置，包括四轴机器人2-1、加工盘2-2、转盘2-3、钻头2-4、视觉摄像头2-7、加工光电传感器2-8、移送装置2-9，加工盘2-2为环状体，上端面有四个成900对称的圆形凹槽2-5，凹槽2-5尺寸与代加工件配合，加工盘2-2固定于转盘2-3上，加工伺服电动机及其支架固定在转盘2-3底端面，并固定于底座上，四轴机器人2-1固定于加工盘2-2后方的底座上，加工伺服电动机带动加工盘2-2转动，钻头2-4安装在四轴机器人2-1的钻杆上，视觉摄像头2-7安装于钻杆前端的四轴机器人2-1上，加工光电传感器2-8固定于四轴机器人2-1前端、并对准加工盘2-2加工位的圆形凹槽2-5径向中心，在转盘2-3已加工件一侧有移送装置2-9固定于底座上，在旋转气缸的带动下作1800往返旋转，移送装置2-9一侧有矩形开口2-10，其内有夹手，在夹紧气缸带动下张合，已加工件移送装置2-9位于加工盘2-2的圆弧形槽2-8上方、使夹手张合时夹紧已加工件；当加工盘2-2上的一个圆形凹槽2-5处于加工位时，四轴机器人2-1运动，使圆形凹槽2-5边缘对准四轴机器人2-1安装的钻头2-4、圆弧形槽2-8的对外开口正对四轴机器人2-1的加工位光电传感器2-8，使视觉摄像头2-7正对着加工盘2-2加工位的圆形凹槽2-5，成品移送装置2-9的矩形开口2-10对准距加工盘2-2的加工位圆形凹槽2-5的900处圆形凹槽2-5，四轴机器人2-1的夹紧气缸夹紧待加工件，保证了由电机的转动引起的振动误差和四轴机器人2-1加工待加工工件引起的受力不均匀引起的待加工工件倾斜误差，提高了定位精度和加工精度，同时也提高了加工效率，保证了工件的良品率。
传送装置，包括待加工件传送带3-1、已加工件传送带3-2、待加工件传送光电传感器3-4、已加工件传送光电传感器3-3，待加工件传送带3-1置于抓取装置1的料仓1-4与加工装置的加工盘2-2外侧之间，待加工件传送光电传感器3-4安装在正对加工盘2-2的圆形凹槽2-5处的待加工件传送3-1支架上，已加工件传送带3-2置于加工装置的已加工件移送装置2-9下方，已加工件传送光电传感器3-3安装在已加工件移送装置2-9下方已加工件传送带3-2支架上。
分拣装置，包括合格品分拣超声波传感器4-1、不合格品分拣超声波传感器4-2、分拣伸缩气缸4-3和滑板4-4，合格品分拣超声波传感器4-1、不合格品分拣超声波传感器4-2分别固定于固定架上端面，两个分拣伸缩气缸4-3分别固定于固定架前端，两个固定架固定于已加工件传送带3-2内侧，两块滑板4-4分别相对于两个分拣伸缩气缸4-3固定在已加工件传送带3-2外侧。
电气控制系统分别与抓取装置1、加工装置2、输送装置3和分拣装置4进行电气及数据连接，采用电气控制系统PLC通过西门子TIA Portal 软件进行编程，控制抓取部分的机械运动、输送单元的机械运动、加工单元的机械运动和分拣单元的机械运动，以及系统的整体电气机构；
定位方法是，采取确保待加工工件与加工盘2-2相对位置的准确性，以及视觉摄像头2-1准确定位多孔的位置，提高加工的定位精度，
一、抓取装置1、加工装置2、传送装置3、分拣装置4安装前，通过MVP算法平台的定位算法、图像提取及图像处理算法，使视觉摄像头2-1准确定位待加工件多孔的位置，四轴机器人2-1通过 ARM软件进行工业机器人的编程及调试，保证加工装置的加工盘2-2上端面四个成900对称的圆形凹槽2-5尺寸与待加工件配合误差不超过0.2mm及四个成900对称的圆形凹槽2-5位置误差不超过0.50，且保证加工盘2-2安装在转盘2-3上并固定于底座上的结构稳定、无磨损；
二、各装置安装完毕后，初始化整体设备，调整好抓取装置1、加工装置2、传送装置3、分拣装置4的位置，确保整体设备误差不超过0.05mm；
三、各部分机构调试好之后，即进行加工，并进行倒角精度的测量，测量结果达标，合格，继续加工，如超出误差范围，进行下一步；
四、重新检查各装置安装的正确性，查找原因解决后并重新检测，如此反复，至设备整体误差达标，再继续加工。
优势
1、大量降低了人工成本，以及由人在搬运途中导致的磨损误差，同时提高了抓取和分拣的效率，使得整体的效率提高了近40%。
2.加工时，提高了工件定位精度和加工精度，加工精度提高到0.05mm,进而提高工件的良品率。
3、取代了人力进行智能分拣，提高分拣效率，并可以进行不合格品的二次修正，进一步提高工件的良品率。
4、由于是一套完整的加工分拣的智能设备，使得操作人员对设备性能和精度有更好的了解，便于维护和保养，对加工精度有更高的保证性。
5、该设备具有很高的智能化程度，更加柔性化，易于现在企业智能制造的升级改造，易于跟第三方设备进行通信。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，凡是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，均属于本发明技术的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备，包括抓取装置（1）、加工装置（2）、传送装置（3）、分拣装置（4）及电气控制系统，所述的抓取装置，包括配带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪（1-1）、龙门行架（1-3）、料仓（1-4），所述的加工装置，包括四轴机器人（2-1）、加工盘（2-2）、转盘（2-3）、钻头（2-4）、视觉摄像头（2-7）、加工光电传感器（2-8）、移送装置（2-9），所述的传送装置，包括待加工件传送带（3-1）、已加工件传送带（3-2）、待加工件传送光电传感器（3-4）、已加工件传送光电传感器（3-3），所述的分拣装置，包括合格品分拣超声波传感器（4-1）、不合格品分拣超声波传感器（4-2）、分拣伸缩气缸（4-3）和滑板（4-4），其特征在于：抓取装置（1）、加工装置（2）、传送装置（3）依次串接摆放成U型，分拣装置（4）置于传送装置（3）的已加工件传送带（3-2）内、外侧；电气控制系统分别与抓取装置（1）、加工装置（2）、传送装置（3）、分拣装置（4）进行电气及数据连接，组成一条具有抓取、加工、分拣、传送功能的智能生产线；所述的加工装置（2）的加工盘（2-2）为环状体，上端面有四个成900对称的圆形凹槽（2-5），圆形凹槽（2-5）尺寸与待加工件配合，加工盘（2-2）固定于转盘（2-3）上，加工伺服电动机及其支架固定在转盘（2-3）底端面，并固定于底座上，四轴机器人（2-1）固定于加工盘（2-2）后方的底座上，加工伺服电动机带动加工盘（2-2）转动，钻头（2-4）安装在四轴机器人（2-1）的钻杆上，视觉摄像头（2-7）安装于钻杆前端的四轴机器人（2-1）上，加工光电传感器（2-8）固定于四轴机器人（2-1）推进气缸前端、并对准加工盘（2-2）加工位的圆形凹槽（2-5）径向中心，在转盘（2-3）已加工件一侧有移送装置（2-9）固定于底座上，在旋转气缸的带动下作180o往返旋转，移送装置（2-9）一侧有矩形开口（2-10），其内有夹手、在夹紧气缸带动下张合，移送装置（2-9）位于加工盘（2-2）的圆形凹槽（2-5）上方、使夹手张合时夹紧已加工件；所述的传送装置（3）的待加工件传送带（3-1）置于抓取装置的料仓（1-4）与加工装置的加工盘（2-2）外侧之间，待加工件传送光电传感器（3-4）安装在正对加工盘（2-2）的圆形凹槽（2-5）处的待加工件传送带（3-1）支架上，已加工件传送带（3-2）置于加工装置的移送装置（2-9）下方，已加工件传送光电传感器（3-3）安装在移送装置（2-9）下方已加工件传送带（3-2）支架上；所述的分拣装置（4）的合格品分拣超声波传感器（4-1）、不合格品分拣超声波传感器（4-2）分别固定于固定架上端面，两个分拣伸缩气缸（4-3）分别固定于固定架前端，两个固定架固定于已加工件传送带（3-2）内侧，两块滑板（4-4）分别相对于两个分拣伸缩气缸（4-3）固定在已加工件传送带（3-2）外侧，所述的电气控制系统采用PLC编程控制抓取装置（1）的机械运动、传送装置（3）的机械运动、加工装置（2）的机械运动和分拣装置（4）的机械运动，以及整体设备的电气机构。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备，其特征在于：所述的抓取装置（1）的带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪（1-1）固定于龙门行架（1-3）上，三个抓取伺服电机分别带动龙门行架（1-3）前后、左右运动及带有伸缩气缸和夹紧气缸的抓取手爪（1-1）上下运动，料仓（1-4）置于龙门行架（1-3）下的底座上。
3.如权利要求1所述的基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备，其特征在于：所述的抓取装置（1）、加工装置（2）、传送装置（3）以及分拣装置（4）总安装误差不超过0.05mm。
4. 采用如权利要求 1 至 3 任一项所述的基于机器视觉的多孔锚具智能加工分拣设备的定位方法，其特征在于：具体方法是，
（一）、抓取装置（1）、加工装置（2）、传送装置（3）、分拣装置（4）安装前，通过MVP算法平台的定位算法、图像提取及图像处理算法，使视觉摄像头（2-7）准确定位待加工件多孔的位置，四轴机器人（2-1）通过 ARM软件进行工业机器人的编程及调试，保证加工装置的加工盘（2-2）上端面四个成900对称的圆形凹槽（2-5）尺寸与待加工件配合误差不超过0.2mm及四个成900对称的圆形凹槽（2-5）位置误差不超过0.50，且保证加工盘（2-2）安装在转盘（2-3）上并固定于底座上的结构稳定、无磨损；
（二）、各装置安装完毕后，初始化整体设备，调整好抓取装置（1）、加工装置（2）、传送装置（3）、分拣装置（4）的位置，确保整体设备误差不超过0.05mm；
（三）、各部分机构调试好之后，即进行加工，并进行倒角精度的测量，测量结果达标，合格，继续加工，如超出误差范围，进行下一步；
（四）、重新检查各装置安装的正确性，查找原因解决后并重新检测，如此反复，至设备整体误差达标，再继续加工。
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