CN114101432B - 一种金属薄网套压定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属薄网套压定位方法，配方上位机利用SQL数据库技术存储冲压点坐标配方，在套压开始前，将坐标位置传送给PLC，提供定位数据；相机运动到拍照位置后，撑网机构将金属薄网抬升到与冲压位置同等高度。相机和背光光源配合动作进行测距拍照，拍照图像先进行薄网质量检测，判断当前位置薄网是否符合冲压要求。如果检测合格，继续进行测距运算，计算出冲头定位到套压位置需要的调整量。如果检测不合格，暂停后续动作同时在视觉上位机进行报警并显示拍摄图片，供操作人员进行判断。在套压该点完成后，抓取成品图像，供操作人员进行品质分析。通过视觉图像检测，可以判断待冲压金属薄网加工质量，有效避免直接冲压产生的误废。

Description

一种金属薄网套压定位方法

技术领域

本发明涉及冲床设备技术领域，具体涉及一种金属薄网套压定位装置及方法。

背景技术

现有金属薄网的冲压成形装置不具备套压功能，只能进行一次自动冲压，自动冲压后的薄网如果从压网机拆下进行焊接加工后再次绷网，则因为薄网固定位置偏移无法进行准确套压。

在实际生产过程中，一旦薄网从压网机拆下进行加工后，后期的套压只能通过人工手动完成。人工操作手动设备借助定位工具进行冲压位置校准，然后进行套压操作。受限于操作人员技能水平和工作状态，套压出来的产品质量无法保证持续稳定。

随着金属薄网加工工艺的更新和提高，对二次压印有着越来越多的需求。如果继续沿用以前的人工手动套压方式，无论是从人力成本、设备成本还是效率成本上都对企业提出巨大的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种金属薄网套压定位装置及方法，根据拍照图像自动给出套压定位坐标调整值，具有操作方便、测量精确、功能实用、大幅提升生产效率和产品质量的特点。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种金属薄网套压定位装置，包括上冲头机构、下冲头机构、相机、背光光源、撑网机构、配方上位机、视觉上位机和PLC控制器，其中，背光光源设置在上冲头机构上，相机设置在下冲头机构上，且背光光源与相机相对设置，撑网机构设置在下冲头机构上，相机与视觉上位机通过以太网连接，配方上位机和视觉上位机均与PLC控制器通过以太网连接；所述背光光源和撑网机构用于图像采集，视觉上位机用于图像信息处理，配方上位机用于坐标配方管理，PLC控制器用于设备逻辑控制并控制金属薄网运动机构定位。

金属薄网一般为矩形，四个边均通过夹板固定在绷网框上，绷网框处于龙门架下方。金属薄网的平面运动分为横向和纵向，一般称为X方向(横向)和Y方向(纵向)，X方向运动是冲头的运动，通过龙门上下两个直线电机，分别带动上冲头和下冲头做左右运动；Y方向运动是绷网框的运动，通过绷网框两侧的直线电机，带动绷网框做前后运动。两个方向配合起来就可以在平面上定位到任何一个指定位置。所以运动机构是X和Y方向移动机构的统称主要包括导轨和直线电机。

具体的，所述撑网机构包括前撑网机构和后撑网机构，且前撑网机构和后撑网机构分别设置在相机的前后两侧，所述前撑网机构和后撑网机构均包括撑网气缸和顶块，顶块安装在撑网气缸运动部分的顶部。

为了适应不同的金属薄网高度，撑网气缸安装位置可以进行上下调整，具体的，所述气缸安装在气缸固定支架上，且气缸与气缸固定支架之间采用腰圆形孔连接固定，便于调节气缸顶起高度。所述气缸顶部的顶块为柔性顶块，作为优选气缸顶部安装尼龙材质顶块，顶块采用沉孔螺钉固定，保护撑网时金属薄网不因硬物挤压变形。

进一步，为了准确判断位置，所述撑网机构带有位置检测开关。

进一步，还包括不间断电源，所述不间断电源用于给配方上位机和视觉上位机供电。该不间断电源用于给上位机供电，在主设备断电时可以继续供电，同时不间断电源系统发送关机信号给上位机，控制上位机正常关机，防止突然断电对上位机系统的损害。

进一步，还包括罩壳，所述透明罩壳安装在下冲头机构上，用于将相机罩在内部。作为优选，罩壳采用亚克力材料制成，用于安装在下冲头左侧相机的防护，一是保护物体坠落撞击相机，二是防护金属薄网冲压过程中产生的金属粉尘污染。

一种金属薄网套压定位方法，包括上述的金属薄网套压定位装置，还包括以下步骤：

S1：以一次压印的金属薄网作为标准建模，设定当前物距下单位像素对应的实际距离，利用配方上位机存储金属薄网一次压印冲压点的坐标配方；

S2：正式生产时，等待二次压印的金属薄网先固定在压网设备上，通过配方上位机查询金属薄网一次压印的坐标配方，将坐标配方数据下载到PLC控制器中，PLC控制器根据坐标配方提供给驱动系统定位数据，驱动系统按照定位数据驱动相机运动到给定的位置进行视觉拍照定位；

S3：当相机运动到给定的位置后，撑网机构开始自动上升，将金属薄网撑起，抬升到与冲压位置同等高度，上升到位后位置检测开关发送信号给PLC控制器，PLC控制器再向视觉上位机发送拍照点的序号及开始拍照的信号，相机和背光光源配合动作进行测距拍照；

S4：相机拍照后，将拍照图像发送给视觉上位机，视觉上位机对拍照图像与模板样图进行对比，检测金属薄网加工是否合格；当检测到金属薄网为不合格时，暂停检测流程，在视觉上位机上报警并显示所述拍照图像，由操作人员进行人工二次确认和决策；操作人员可以选择继续进行也可以跳过该点。当检测到金属薄网为合格时，根据拍摄的图像开始进行距离运算，计算出X和Y方向上两个位移调整量，发送给PLC控制器；

S5：PLC控制器根据预设的偏差极值，判断相机给出的位移调整量是否在设定的范围内，当超出设定范围时，进行报警提示，由操作人员人工处理；当未超出设定范围时，压网设备自动调整冲头位置开始套压；

S6：压印完成后，套压定位装置移动到下一个冲压点进行套压。

进一步，步骤S1中，所述坐标配方采用配方上位机进行处理，包括：配方上位机使用SQL数据库技术管理坐标配方，采用二层级结构存储，第一层级为配方目录表，含有配方名称、坐标点数量和冲压参数；第二层级为配方坐标表，含有冲压坐标点序号、X方向坐标和Y方向坐标。在套压开始前从数据库中查询到指定配方，下载到PLC中给驱动系统提供定位数据。

进一步，步骤S4中，所述模板样图的制作方法为：通过相机采集标准定位图像发送给视觉上位机，视觉上位机对采集得到的标准定位图像进行建模操作，框选出定位圆孔的ROI区域范围，并且对灰度膨胀系数、灰度阈值和圆孔的面积阈值进行设置，运行算法测试，计算出金属薄网的上下圆孔的具体位置，将此位置数据存入定位模板数据库作为模板。生产时拍摄的图像均与该模板进行比较运算。其中，ROI为region of interest的缩写，即感兴趣区域。机器视觉、图像处理中从被处理的图像以方框、圆、椭圆、不规则多边形等方式勾勒出需要处理的区域，称为感兴趣区域。其中，圆孔指的是金属薄网上的圆孔。金属薄网在第一冲压时，除了模具自身的图案，模具上还会在图案的上下两边各安装一枚钢针，冲压过后薄网会出现两个圆孔。这两个圆孔用于后续套压时的拍照定位。

进一步，步骤S6中，当套压定位装置对下一个冲压点进行测距时，在到达目标位置前相机运动路线经过上一冲压点，将上一冲压点的坐标值和相机运动实际位置值进行比较，二者相等时触发相机进行成品拍照，抓取图像存储在视觉上位机指定文件夹中，图像的命名规则采用坐标点序号加拍摄时间，以备操作人员随时查看。

本发明的有益效果是：

1)本发明在选择好坐标配方，设置完成图像模板各项参数后，在自动工作模式下能快速检测套压偏移量并自动进行定位，与设备原有冲压功能结合起来可以做到无人值守自动套压；

2)本发明通过视觉图像检测，可以判断待冲压金属薄网加工质量，有效避免直接冲压产生的误废；

3)本发明采用配方上位机实现坐标配方的管理，可以满足上千条配方的编辑操作，设计操作界面友好，操作简便，运行稳定，设置灵活大大的提高了配方管理效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构图。

图2为本发明撑网机构正面结构图。

图3为本发明的控制原理图。

图4为适用于本发明的软件流程图。

其中：1、背光光源，2、相机，3、前撑网机构，4、后撑网机构，5、配方上位机，6、PLC控制器，7、视觉上位机，8、上冲头机构，9、下冲头机构，10、撑网气缸，11、顶块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的一种金属薄网套压定位装置，包括上冲头机构8、下冲头机构9、背光光源1、相机2、前撑网机构3、后撑网机构4、配方上位机5、PLC控制器6和视觉上位机7。其中，背光光源1和撑网机构用于图像采集，视觉上位机7用于图像信息处理，配方上位机5用于坐标配方管理，PLC控制器6用于设备逻辑控制并控制金属薄网运动机构定位。相机2包括镜头，为保证拍照时物距保持固定不变，以使图像清晰，将相机2安装在压网设备下冲头机构9左侧，背光光源1安装在上冲头机构8左侧。为保证拍照时光源亮度，采用频闪照明方式。撑网机构包括前撑网机构3和后撑网机构4，分别安装在相机2两侧，每个撑网机构均包括撑网气缸10和顶块11，顶块11安装在气缸运动部分顶部，撑网气缸10安装位置可以进行上下调整，撑网气缸10固定支架采用腰孔固定，便于调节撑网气缸10顶起高度，适应不同的金属薄网高度。撑网气缸10顶部安装尼龙材质顶块11，顶块11采用沉孔螺钉固定，保护撑网时金属薄网不因硬物挤压变形。相机2运动到拍照位置后，撑网气缸10自动升起，按照事先调节好的高度将金属薄网撑起，保证该位置与冲压时高度一致，然后相机2进行拍摄。这样可以避免由于金属薄网自重下沉引起的算法计算误差，影响检测值的准确度。

相机2在进行测距拍照过程中对冲压区域质量进行判断，判断前面加工工序是否合格。如果检测到薄网质量不合格，会暂停该点套压。等待操作人员指示，可以选择继续冲压该点或者跳过该点直接冲压下一点，避免直接冲压造成产品报废。

本实施例中，相机2在运动中对套压产品进行拍照。套压过程中相机2运动方向为从左到右，套压完成某一点后继续向右移动，运动路径会经过已冲压位置，此时相机2进行拍照，通过缩短曝光时间，增强光源亮度保证图片质量。该图片在视觉上位机7显示，用于辅助操作人员判断套压产品质量。

配方上位机5使用工业组态软件设计界面，后台运行SQL数据库，通过组态软件运行脚本程序对SQL数据库内容进行调用和编辑。设计坐标编辑界面，具有调用、修改、删除等功能，方便操作人员对配方数据进行管理。

视觉上位机7通过以太网采集相机2所发出的数字图像，视觉上位机7上检测软件，首先需要对采集得到的标准定位图像进行建模操作，框选出定位圆孔的大致ROI区域范围，并且设定灰度膨胀系数、灰度阈值、圆孔的面积阈值进行设置。运行算法测试，计算出上下圆孔的位置，将此位置数据存入定位模板数据库。生产时拍摄的图像均与该模板进行比较运算。

PLC控制器6与配方上位机5和视觉上位机7分别通过以太网连接，使用TCP方式进行通讯。

作为本发明的优化方案，金属薄网套压定位装置还包括不间断电源，该系统用于给上位机供电，在主设备断电时可以继续供电，同时不间断电源系统发送关机信号给上位机，控制上位机正常关机，防止突然断电对上位机系统的损害。

作为本发明的优化方案，设计亚克力材质罩壳，用于安装在下冲头左侧相机2的防护，一是保护物体坠落撞击相机2，二是防护金属薄网冲压过程中产生的金属粉尘污染。

在进行正式套压前需要根据一次冲压进行建模，一般的建模是在二次冲压即套压之前完成的。生产中金属薄网先进行第一次冲压，随后取下金属薄网进行加工，加工完毕后金属薄网被再次固定到压网机上，固定完成后先通过相机2对金属薄网上的一个冲压图案进行拍照建模，设置当前物距下单位像素对应的实际距离等参数。然后设备回到初始位置，开始正常套压。因此，根据上述原理，下面给出具体的金属薄网套压定位方法的步骤。

本发明的一种金属薄网套压定位方法，包括以下步骤：

S1：以一次压印的金属薄网作为标准建模，设定当前物距下单位像素对应的实际距离，利用配方上位机5存储金属薄网一次压印冲压点的坐标配方；其中，所述坐标配方采用配方上位机5进行处理，包括：配方上位机5使用SQL数据库技术管理坐标配方，采用二层级结构存储，第一层级为配方目录表，含有配方名称、坐标点数量和冲压参数；第二层级为配方坐标表，含有冲压坐标点序号、X方向坐标和Y方向坐标。在套压开始前从数据库中查询到指定配方，下载到PLC中给驱动系统提供定位数据。

S2：正式生产时，等待二次压印的金属薄网先固定在压网设备上，通过配方上位机5查询金属薄网一次压印的坐标配方，将坐标配方数据下载到PLC控制器6中，PLC控制器6根据坐标配方提供给驱动系统定位数据，驱动系统按照定位数据驱动相机2运动到给定的位置进行视觉拍照定位；

S3：当相机2运动到给定的位置后，撑网机构开始自动上升，将金属薄网撑起，抬升到与冲压位置同等高度，上升到位后位置检测开关发送信号给PLC控制器6，PLC控制器6再向视觉上位机7发送拍照点的序号及开始拍照的信号，相机2和背光光源1配合动作进行测距拍照；

S4：相机2拍照后，将拍照图像发送给视觉上位机7，视觉上位机7对拍照图像与模板样图进行对比，检测金属薄网加工是否合格；当检测到金属薄网为不合格时，暂停检测流程，在视觉上位机7上报警并显示所述拍照图像，由操作人员进行人工二次确认和决策；操作人员可以选择继续进行也可以跳过该点。当检测到金属薄网为合格时，根据拍摄的图像开始进行距离运算，将预套压产品和模板圆孔坐标进行对比，根据重心间隔像素数计算出二者重心距离，进而分解成X和Y方向上两个偏移量，即套压位移调整量，该值发送给PLC控制器6；

其中，该坐标位置与模板图像中圆孔位置进行运算得到在X和Y方向上的套压位置调整量。所述模板样图的制作方法为：二次冲压前进行拍照检测，通过相机2采集标准定位图像发送给视觉上位机7，视觉上位机7对采集得到的标准定位图像进行建模操作，框选出定位圆孔的ROI区域范围，并且对灰度膨胀系数、灰度阈值和圆孔的面积阈值进行设置，运行算法测试，对ROI区域图像进行二值化、形态学处理，通过blob分析，利用blob面积过滤杂点网孔区域，获得圆孔区域，计算该圆孔区域重心得到圆孔的图像坐标位置，将此位置数据存入定位模板数据库作为模板样图。生产时拍摄的图像均与该模板进行比较运算。

S5：PLC控制器6根据预设的偏差极值，判断相机2给出的位移调整量是否在设定的范围内，当超出设定范围时，进行报警提示，由操作人员人工处理；当未超出设定范围时，即偏移量正常的情况下，压网设备自动调整冲头位置开始套压；

S6：压印完成后，套压定位装置移动到下一个冲压点进行套压。

当套压定位装置对下一个冲压点进行测距时，在到达目标位置前相机2运动路线经过上一冲压点，将上一冲压点的坐标值和相机2运动实际位置值进行比较，二者相等时触发相机2进行成品拍照，抓取图像存储在视觉上位机7指定文件夹中，图像的命名规则采用坐标点序号加拍摄时间，以备操作人员随时查看。

本实施例的整个套压定位方法中，视觉上位机7与PLC控制器6交换信号如表1所示。

表1视觉上位机7与PLC交换信号

本发明套压定位方法，配方上位机5利用SQL数据库技术存储冲压点坐标配方，在套压开始前，将坐标位置传送给PLC，提供给驱动系统定位数据。在相机2运动到拍照位置后，撑网机构自动升起，将金属薄网抬升到与冲压位置同等高度。相机2和背光光源1配合动作进行测距拍照，拍照图像先进行薄网质量检测，判断当前位置薄网是否符合冲压要求。如果检测合格，继续进行测距运算，计算出冲头定位到套压位置需要的调整量。如果检测不合格，暂停后续动作同时在视觉上位机7进行信息提醒并同时将拍摄图片显示出来，供操作人员进行判断。操作人员可以选择继续冲压该点或者跳过该点直接冲压下一个点。在套压该点完成后，相机2向右方移动，在经过套压完成点时进行拍照，抓取成品图像，供操作人员进行品质分析。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容。

Claims (8)

1.一种金属薄网套压定位方法，其特征在于：采用金属薄网套压定位装置，所述金属薄网套压定位装置包括上冲头机构、下冲头机构、相机、背光光源、撑网机构、配方上位机、视觉上位机和PLC控制器，其中，背光光源设置在上冲头机构上，相机设置在下冲头机构上，且背光光源与相机相对设置，撑网机构设置在下冲头机构上，相机与视觉上位机通过以太网连接，配方上位机和视觉上位机均与PLC控制器通过以太网连接；所述背光光源和撑网机构用于图像采集，视觉上位机用于图像信息处理，配方上位机用于坐标配方管理，PLC控制器用于设备逻辑控制并控制金属薄网运动机构定位；所述撑网机构带有位置检测开关；

还包括以下步骤：

S1：以一次压印的金属薄网作为标准建模，设定当前物距下单位像素对应的实际距离，利用配方上位机存储金属薄网一次压印冲压点的坐标配方；

S2：正式生产时，等待二次压印的金属薄网先固定在压网设备上，通过配方上位机查询金属薄网一次压印的坐标配方，将坐标配方数据下载到PLC控制器中，PLC控制器根据坐标配方提供给驱动系统定位数据，驱动系统按照定位数据驱动相机运动到给定的位置进行视觉拍照定位；

S3：当相机运动到给定的位置后，撑网机构开始自动上升，将金属薄网撑起，抬升到与冲压位置同等高度，上升到位后位置检测开关发送信号给PLC控制器，PLC控制器再向视觉上位机发送拍照点的序号及开始拍照的信号，相机和背光光源配合动作进行测距拍照；

S4：相机拍照后，将拍照图像发送给视觉上位机，视觉上位机对拍照图像与模板样图进行对比，检测金属薄网加工是否合格；当检测到金属薄网为不合格时，暂停检测流程，在视觉上位机上报警并显示所述拍照图像，由操作人员进行人工二次确认和决策；当检测到金属薄网为合格时，根据拍摄的图像开始进行距离运算，计算出X和Y方向上两个位移调整量，发送给PLC控制器；

S5：PLC控制器根据预设的偏差极值，判断相机给出的位移调整量是否在设定的范围内，当超出设定范围时，进行报警提示，由操作人员人工处理；当未超出设定范围时，压网设备自动调整冲头位置开始套压；

S6：压印完成后，套压定位装置移动到下一个冲压点进行套压。

2.如权利要求1所述的金属薄网套压定位方法，其特征在于：所述撑网机构包括前撑网机构和后撑网机构，且前撑网机构和后撑网机构分别设置在相机的前后两侧，所述前撑网机构和后撑网机构均包括撑网气缸和顶块，顶块安装在撑网气缸运动部分的顶部。

3.如权利要求2所述的金属薄网套压定位方法，其特征在于：所述气缸安装在气缸固定支架上，且气缸与气缸固定支架之间采用腰圆形孔连接固定。

4.如权利要求1所述的金属薄网套压定位方法，其特征在于：还包括不间断电源，所述不间断电源用于给配方上位机和视觉上位机供电。

5.如权利要求1所述的金属薄网套压定位方法，其特征在于：还包括透明罩壳，所述罩壳安装在下冲头机构上，用于将相机罩在内部。

6.如权利要求1所述的金属薄网套压定位方法，其特征在于：步骤S1中，所述坐标配方采用配方上位机进行处理，包括：配方上位机使用SQL数据库技术管理坐标配方，采用二层级结构存储，第一层级为配方目录表，含有配方名称、坐标点数量和冲压参数；第二层级为配方坐标表，含有冲压坐标点序号、X方向坐标和Y方向坐标。

7.如权利要求1所述的金属薄网套压定位方法，其特征在于：步骤S4中，所述模板样图的制作方法为：通过相机采集标准定位图像发送给视觉上位机，视觉上位机对采集得到的标准定位图像进行建模操作，框选出定位圆孔的ROI区域范围，并且对灰度膨胀系数、灰度阈值和圆孔的面积阈值进行设置，运行算法测试，计算出金属薄网的上下圆孔的具体位置，将此位置数据存入定位模板数据库作为模板。

8.如权利要求1所述的金属薄网套压定位方法，其特征在于：步骤S6中，当套压定位装置对下一个冲压点进行测距时，在到达目标位置前相机运动路线经过上一冲压点，将上一冲压点的坐标值和相机运动实际位置值进行比较，二者相等时触发相机进行成品拍照，抓取图像存储在视觉上位机指定文件夹中，图像的命名规则采用坐标点序号加拍摄时间。

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