CN114102089B - 一种光学铆钉插装设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学铆钉插装设备，包括铆钉上料组件、铆钉取料插装组件、光学定位组件和工件运输组件，铆钉上料组件将多个铆钉同时上料至预设的位置并定位，工件运输组件将待插装铆钉的工件移动至预设位置并定位，铆钉取料插装组件将铆钉一次取料，并移动至工件的位置一次插装，光学定位组件对铆钉的一次取料以及一次插装过程视觉定位，且能够检测铆钉插装的品质，衔接配合紧凑，采用全自动控制以及光学视觉辅助的方式，降低了铆钉插装的繁琐程度，简化了设备的操作，提高了作业效率，且能实时更新铆钉插装位置，检测插装品质，保证了设备具有一定的抗干扰能力。

Description

一种光学铆钉插装设备
技术领域
本发明涉及铆钉装配技术领域，特别涉及一种光学铆钉插装设备。
背景技术
在钣金物料制成成品的过程中，需要插入铆钉。目前，铆钉插装多采用人工的方式，或者部分半自动设备进行插装作业。由于铆钉和铆钉孔的配合间隙较小，插装的精度要求较高。通常这些半自动设备在使用前，示教过程繁琐，示教效率较低。在这些半自动设备使用中，目标载具因为部分原因(如，安装误差，加工误差等)发生偏移，容易导致插装失败，降低了生产效率以及维护成本；
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于视觉的铆钉插入完成状态检测装置，具有检测效率高、通用性强的特点。
为了达到上述目的，本发明提供了一种光学铆钉插装设备，包括铆钉上料组件、铆钉取料插装组件、光学定位组件和工件运输组件，所述铆钉上料组件将多个铆钉同时上料至预设的位置并定位，所述工件运输组件将待插装铆钉的工件移动至预设位置并定位，所述铆钉取料插装组件将铆钉一次取料，并移动至工件的位置一次插装，所述光学定位组件对铆钉的一次取料以及一次插装过程视觉定位，且能够检测铆钉插装的品质。
进一步地，所述铆钉上料组件包括多个振动盘、以及分料板，所述分料板上开设有多个铆钉的定位槽孔，所述振动盘的出料口通过出料通道与所述分料板的定位槽孔一一对应地连接。
进一步地，所述分料板的下方还设置有顶升机构，所述顶升机构包括顶升安装座，所述顶升安装座上设置有顶升导轨和顶升气缸，所述顶升导轨上滑动设置有顶升活动座，所述顶升活动座上的顶升滑块与所述顶升导轨滑动连接，所述顶升气缸的活塞杆端部与所述顶升活动座连接，所述顶升活动座上设置有与所述定位槽孔一一对应的顶料针，所述顶料针用于将所述定位槽孔内的铆钉向上顶起。
进一步地，所述顶升安装座还设置有分料导轨和分料气缸，所述分料板设置有分料滑块，所述分料滑块与分料导轨滑动连接，所述分料气缸的活塞杆端部与所述分料板连接，驱动所述分料板沿所述分料导轨位移，使所述定位槽孔与对应的所述出料通道对齐，或形成错位。
进一步地，所述铆钉取料插装组件包括吸嘴安装座、设置在所述吸嘴安装座底端的多个定位吸嘴，以及与所述吸嘴安装座连接的三轴位移模组，所述三轴位移模组具有三轴的平移自由度，所述定位吸嘴对铆钉吸附定位，所述定位吸嘴与所述定位槽孔一一对应布置。
进一步地，所述三轴位移模组包括X轴位移台，所述X轴位移台上设置有X轴导轨，所述X轴导轨上滑动设置有X轴滑块，所述X轴滑块与Y轴位移台固定连接，同时所述X轴位移台上设置有X轴丝杠驱动部，所述X轴丝杠驱动部与所述Y轴位移台连接，所述Y轴位移台上设置有Y轴导轨，所述Y轴导轨上滑动设置有Y轴滑块，所述Y轴滑块与Z轴位移台固定连接，同时所述Y轴位移台上设置有Y轴丝杠驱动部，所述Y轴丝杠驱动部与所述Z轴位移台连接，所述Z轴位移台上设置有Z轴导轨，所述吸嘴安装座上设置有Z轴滑块并与所述Z轴导轨滑动连接，所述Z轴位移台上设置有Z轴丝杠驱动部，所述Z轴丝杠驱动部与所述吸嘴安装座连接。
进一步地，所述定位吸嘴包括吸嘴头和固定柱，所述吸嘴头形成有型腔，所述吸嘴头与所述固定柱的第一端连接，所述固定柱的第一端安装有磁铁，所述磁铁活动设置于所述吸嘴头的型腔以及所述固定柱的第一端，所述磁铁与设置在所述固定柱内部的微型气缸的活塞杆端部连接，所述固定柱的第二端设置有气缸接头，所述微型气缸通过气缸接头与控制系统连接，所述固定柱的侧壁上开设有气管接头，所述气管接头与所述固定柱的第一端连通，所述吸嘴头的端面上开设有与型腔连通的通孔，所述吸嘴头的端面上设置有尖头，所述吸嘴头的其中一个通孔位于所述尖头内部。
进一步地，所述吸嘴头与所述固定柱通过插销连接，所述吸嘴头的侧壁上形成有插槽，所述插销插设于所述插槽内，使所述吸嘴头能够相对于所述固定柱移动一段距离，所述固定柱内还设置有弹簧，所述弹簧的第一端与所述吸嘴头连接，所述弹簧的第二端与所述固定柱固定。
进一步地，所述光学定位组件包括相机安装架以及设置在所述相机安装架上的CCD相机，所述相机安装架与所述Z轴位移台固定连接，所述CCD相机与工控电脑连接，用于采集、传输铆钉取料以及插装的图像数据，所述工控电脑内安装视觉检测软件，通过预设的算法完成铆钉拾取位置、插装品质的判断，所述CCD相机设置有第一光源，所述第一光源呈环状，环绕所述CCD相机的镜头分布。
进一步地，所述工件运输组件包括工件输送线，所述工件输送线的下方还设置有第二光源，所述工件输送线将待插装的工件依次输送至插装工位并定位，所述工件输送线沿Y轴方向布置。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明提供的光学铆钉插装设备，通过铆钉上料组件将多个铆钉同时上料，工件运输组件将待插装铆钉的工件移动至预设位置并定位，铆钉取料插装组件将上料的全部铆钉一次动作取料，并移动至工件的位置一次动作插装，光学定位组件对铆钉的一次取料以及一次插装过程视觉定位，且能检测铆钉插装的品质，衔接配合紧凑，采用全自动控制以及光学视觉辅助的方式，降低了铆钉插装的繁琐程度，简化了设备的操作，提高了作业效率，且能实时更新铆钉插装位置，检测插装品质，保证了设备具有一定的抗干扰能力；
本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的铆钉上料组件结构示意图；
图3为本发明的铆钉取料插装组件和光学定位组件结构示意图；
图4为本发明的定位吸嘴结构示意图；
图5为本发明的光学定位原理示意图。
【附图标记说明】
100-铆钉上料组件；101-振动盘；102-分料板；103-定位槽孔；104-出料通道；105-顶升安装座；106-顶升导轨；107-顶升气缸；108-顶升活动座；109-顶料针；110-分料导轨；111-分料气缸；200-铆钉取料插装组件；201-吸嘴安装座；202-三轴位移模组；203-X轴位移台；204-X轴导轨；205-X轴丝杠驱动部；206-Y轴位移台；207-Y轴导轨；208-Y轴丝杠驱动部；209-Z轴位移台；210-Z轴导轨；211-Z轴丝杠驱动部；300-光学定位组件；301-相机安装架；302-CCD相机；303-工控电脑；304-第一光源；305-第二光源；400-工件运输组件；401-工件输送线；500-工件；600-定位吸嘴；601-吸嘴头；602-固定柱；603-磁铁；604-微型气缸；605-气缸接头；606-气管接头；607-尖头；608-插销；609-插槽；610-弹簧。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。
需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、安装、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。另外，本发明中的“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明限制。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种光学铆钉插装设备，包括铆钉上料组件100、铆钉取料插装组件200、光学定位组件300和工件运输组件400。其中，铆钉上料组件100同步设置多组，将多个铆钉同时上料至预设的位置并定位，工件运输组件400将待插装铆钉的工件500移动至预设位置并定位，铆钉取料插装组件200将上料的全部铆钉一次动作取料，并移动至工件500的位置一次动作插装，以提升动作、控制效率，光学定位组件300对铆钉的一次取料以及一次插装过程视觉定位，确保铆钉取料插装组件200取料以及插装的准确性，同时光学定位组件300还在工件500完成插装后检测铆钉插装的品质。
因此，通过全自动控制以及光学视觉辅助的方式，降低了半自动化设备盲插的繁琐程度，简化了设备的操作，提高了作业效率，且能实时更新铆钉插装位置，检测插装品质，保证了设备具有一定的抗干扰能力。
同时如图2所示，铆钉上料组件100包括八个振动盘101、以及一块分料板102，分料板102上开设有八个铆钉的定位槽孔103，振动盘101的出料口通过出料通道104与分料板102的定位槽孔103一一对应地连接。振动盘101依靠振动作用使铆钉按预设的姿态依次上料、沿出料通道104移动至定位槽孔103内，准备被铆钉取料插装组件200拾取。
作为进一步改进，分料板102的下方还设置有顶升机构，具体包括顶升安装座105，顶升安装座105上设置有顶升导轨106和顶升气缸107，顶升导轨106在顶升安装座105的两侧分布，与顶升活动座108两侧的顶升滑块滑动连接，对顶升活动座108整体的升降进行导向。顶升气缸107的活塞杆端部与顶升活动座108连接，驱动顶升活动座108完成升降动作。其中，顶升活动座109两侧设置有与定位槽孔103一一对应的顶料针109，顶料针109随顶升活动座108升高，将定位槽孔103内的铆钉向上顶升，使铆钉取料插装组件200能更好地拾取定位槽孔103内的铆钉。
作为进一步改进，顶升安装座105还设置有分料导轨110和分料气缸111，而分料板102设置有分料滑块，分料滑块与分料导轨110滑动连接。分料气缸11的活塞杆端部与分料板102连接，因此能驱动分料板102沿分料导轨110位移，即驱动分料板102相对各个出料通道104位移，使定位槽孔103与对应的出料通道104对齐，或形成错位。分料板102移动至与各个出料通道104对齐后，出料通道104最前的一个铆钉落料至对应的定位槽孔103，随后分料板102沿分料导轨移动，使定位槽孔103与各个出料通道104形成错位，依靠分料板102的侧壁对出料通道104堵塞，避免后续上料的铆钉进入定位槽孔103，达到有序分料的效果。
同时如图3所示，铆钉取料插装组件200包括吸嘴安装座201、布置在吸嘴安装座201底端的多个定位吸嘴600，以及与吸嘴安装座201连接的三轴位移模组202。其中，三轴位移模组202具有三轴的平移自由度，定位吸嘴600与定位槽孔103一一对应设置，对铆钉吸附定位。吸嘴安装座201在三轴位移模组202的驱动下沿X轴移动至与分料板102对齐，再沿Y轴移动至与分料板102对准，沿Z轴下降时定位吸嘴600将铆钉吸附拾取，在工件运输组件400插装铆钉时吸嘴安装座201的移动轨迹类似。
具体地，三轴位移模组202包括X轴位移台203，X轴位移台203上设置有X轴导轨204，X轴导轨204上滑动设置有X轴滑块，X轴滑块与Y轴位移台206固定连接，同时X轴位移台204上设置有X轴丝杠驱动部205，X轴丝杠驱动部205与Y轴位移台206连接，依靠X轴丝杠驱动部205驱动Y轴位移台206的整体沿X轴移动。Y轴位移台206上设置有Y轴导轨207，Y轴导轨207上滑动设置有Y轴滑块，Y轴滑块与Z轴位移台209固定连接，同时Y轴位移台206上设置有Y轴丝杠驱动部208，Y轴丝杠驱动部208与Z轴位移台209连接，依靠Y轴丝杠驱动部208驱动Z轴位移台209的整体沿Y轴移动。Z轴位移台209上设置有Z轴导轨210，吸嘴安装座201上设置有Z轴滑块并与Z轴导轨210滑动连接，Z轴位移台209上设置有Z轴丝杠驱动部211，Z轴丝杠驱动部211与吸嘴安装座201连接，依靠Z轴丝杠驱动部211驱动吸嘴安装座201沿Z轴位移台209移动。
同时如图4所示，定位吸嘴600包括吸嘴头601和固定柱602，其中，吸嘴头601形成有型腔，固定柱602的两端连通，吸嘴头601与固定柱602的第一端嵌套安装。固定柱602的第一端安装有磁铁603，磁铁603活动设置于吸嘴头601的型腔以及固定柱602的第一端内部组成的空间内，磁铁603与设置在固定柱602内部的微型气缸604的活塞杆端部连接。固定柱602的第二端设置有气缸接头605，微型气缸604通过气缸接头605与控制系统连接，以完成铆钉拾取及释放的自动化控制。同时，固定柱602的侧壁上开设有气管接头606，气管接头606与固定柱602的第一端连通，因此能够对吸嘴头601通气。吸嘴头601的端面上开设有与型腔连通的通孔，以对外部的铆钉形成真空或高压作用。另外，吸嘴头601的端面上设置有尖头607，通过尖头607对铆钉的槽口定位，使吸附拾取更加准确。其中，吸嘴头601的一个通孔位于尖头607内部，其它通孔位于吸嘴头601的端面上，对铆钉能产生较好的吸附、释放效果。
在拾取铆钉时，微型气缸604驱动磁铁603移动并紧贴吸嘴头601的端面，依靠磁吸作用使铁磁性材质的铆钉被吸附固定。而拾取非铁磁性材质的铆钉时，通过气管接头606产生的真空作用吸附。需要释放铆钉时，先通过微型气缸604将磁铁603收回，再通过气管接头606对吸嘴头601的型腔产生高压作用，使吸附的铆钉被释放，能避免长期使用后产生的残余磁力导致重量较轻的铆钉无法释放的问题。其中，吸嘴安装座201的侧壁上开设有多个接口，通过接口使八个定位吸嘴600的气缸接头605和气管接头606与外部相关系统连接。
作为进一步改进，吸嘴头601与固定柱602通过插销608连接。具体地，吸嘴头601的侧壁上形成有插槽609，插销608插设于插槽609内，使吸嘴头601能够相对于固定柱602移动一小段距离。固定柱602内还设置有弹簧610，弹簧610的第一端与吸嘴头601连接，弹簧610的第二端与固定柱602固定，使吸嘴头601具有弹性缓冲作用，避免与铆钉等的硬性碰撞对尖头607等结构损坏。其中，弹簧610套设于微型气缸604的活塞杆前端部分。
同时如图5所示，光学定位组件300包括相机安装架301以及设置在相机安装架301上的CCD相机302。其中，相机安装架301与Z轴位移台209固定连接，因此具有X轴和Y轴的平移自由度，且CCD相机302与吸嘴安装座201Y轴坐标相等。作业时CCD相机302先沿X轴移动至与分料板102或工件500对齐，再沿Y轴移动至与分料板102或工件500对准，视觉定位后吸嘴安装座201沿X轴移动一小段距离而切换至与分料板102或工件500对齐。当铆钉取料插装组件200完成铆钉插装后，吸嘴安装座201以及CCD相机302沿X轴同步退回一小段距离，使CCD相机302对准完成铆钉插装的工件500，以检测铆钉插装品质。
其中，CCD相机302与工控电脑303连接，用于采集、传输铆钉取料以及插装的图像数据。工控电脑303内安装视觉检测软件，在预先输入铆钉插装位置坐标的情况下，通过特定的算法分析参数、判断铆钉拾取位置以及插装品质，并输出判断结果。
其中，CCD相机302设置有第一光源304，第一光源304呈环状，环绕CCD相机302的镜头分布，补充采集图像所需的光照。工件运输组件400包括工件输送线401，工件输送线401的下方还设置有第二光源305，以进一步补充采集图像所需的光照。工件输送线401将待插装的工件500依次输送至插装工位并定位，且工件输送线401沿Y轴方向布置。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光学铆钉插装设备，其特征在于，包括铆钉上料组件(100)、铆钉取料插装组件(200)、光学定位组件(300)和工件运输组件(400)，所述铆钉上料组件(100)将多个铆钉同时上料至预设的位置并定位，所述工件运输组件(400)将待插装铆钉的工件(500)移动至预设位置并定位，所述铆钉取料插装组件(200)将铆钉一次取料，并移动至工件(500)的位置一次插装，所述光学定位组件(300)对铆钉的一次取料以及一次插装过程视觉定位，且能够检测铆钉插装的品质；
所述铆钉取料插装组件(200)包括吸嘴安装座(201)、设置在所述吸嘴安装座(201)底端的多个定位吸嘴(600)，以及与所述吸嘴安装座(201)连接的三轴位移模组(202)，所述三轴位移模组(202)具有三轴的平移自由度，所述定位吸嘴(600)对铆钉吸附定位；
所述定位吸嘴(600)包括吸嘴头(601)和固定柱(602)，所述吸嘴头(601)形成有型腔，所述吸嘴头(601)与所述固定柱(602)的第一端连接，所述固定柱(602)的第一端安装有磁铁(603)，所述磁铁(603)活动设置于所述吸嘴头(601)的型腔以及所述固定柱(602)的第一端，所述磁铁(603)与设置在所述固定柱(602)内部的微型气缸(604)的活塞杆端部连接，所述固定柱(602)的第二端设置有气缸接头(605)，所述微型气缸(604)通过气缸接头(605)与控制系统连接，所述固定柱(602)的侧壁上开设有气管接头(606)，所述气管接头(606)与所述固定柱(602)的第一端连通，所述吸嘴头(601)的端面上开设有与型腔连通的通孔，所述吸嘴头(601)的端面上设置有尖头(607)，所述吸嘴头(601)的其中一个通孔位于所述尖头(607)内部；
在拾取铆钉时，微型气缸(604)驱动磁铁(603)移动并紧贴吸嘴头(601)的端面，依靠磁吸作用使铁磁性材质的铆钉被吸附固定；而拾取非铁磁性材质的铆钉时，通过气管接头(606)产生的真空作用吸附；需要释放铆钉时，先通过微型气缸(604)将磁铁(603)收回，再通过气管接头(606)对吸嘴头(601)的型腔产生高压作用，使吸附的铆钉被释放。
2.根据权利要求1所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述铆钉上料组件(100)包括多个振动盘(101)、以及分料板(102)，所述分料板(102)上开设有多个铆钉的定位槽孔(103)，所述振动盘(101)的出料口通过出料通道(104)与所述分料板(102)的定位槽孔(103)一一对应地连接。
3.根据权利要求2所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述分料板(102)的下方还设置有顶升机构，所述顶升机构包括顶升安装座(105)，所述顶升安装座(105)上设置有顶升导轨(106)和顶升气缸(107)，所述顶升导轨(106)上滑动设置有顶升活动座(108)，所述顶升活动座(108)上的顶升滑块与所述顶升导轨(106)滑动连接，所述顶升气缸(107)的活塞杆端部与所述顶升活动座(108)连接，所述顶升活动座(108)上设置有与所述定位槽孔(103)一一对应的顶料针(109)，所述顶料针(109)用于将所述定位槽孔(103)内的铆钉向上顶升。
4.根据权利要求3所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述顶升安装座(105)还设置有分料导轨(110)和分料气缸(111)，所述分料板(102)设置有分料滑块，所述分料滑块与分料导轨(110)滑动连接，所述分料气缸(111)的活塞杆端部与所述分料板(102)连接，驱动所述分料板(102)沿所述分料导轨(110)位移，使所述定位槽孔(103)与对应的所述出料通道(104)对齐，或形成错位。
5.根据权利要求2所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述定位吸嘴(600)与所述定位槽孔(103)一一对应布置。
6.根据权利要求5所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述三轴位移模组(202)包括X轴位移台(203)，所述X轴位移台(203)上设置有X轴导轨(204)，所述X轴导轨(204)上滑动设置有X轴滑块，所述X轴滑块与Y轴位移台(206)固定连接，同时所述X轴位移台(203)上设置有X轴丝杠驱动部(205)，所述X轴丝杠驱动部(205)与所述Y轴位移台(206)连接，所述Y轴位移台(206)上设置有Y轴导轨(207)，所述Y轴导轨(207)上滑动设置有Y轴滑块，所述Y轴滑块与Z轴位移台(209)固定连接，同时所述Y轴位移台(206)上设置有Y轴丝杠驱动部(208)，所述Y轴丝杠驱动部(208)与所述Z轴位移台(209)连接，所述Z轴位移台(209)上设置有Z轴导轨(210)，所述吸嘴安装座(201)上设置有Z轴滑块并与所述Z轴导轨(210)滑动连接，所述Z轴位移台(209)上设置有Z轴丝杠驱动部(211)，所述Z轴丝杠驱动部(211)与所述吸嘴安装座(201)连接。
7.根据权利要求1所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述吸嘴头(601)与所述固定柱(602)通过插销(608)连接，所述吸嘴头(601)的侧壁上形成有插槽(609)，所述插销(608)插设于所述插槽(609)内，使所述吸嘴头(601)能够相对于所述固定柱(602)移动一段距离，所述固定柱(602)内还设置有弹簧(610)，所述弹簧(610)的第一端与所述吸嘴头(601)连接，所述弹簧(610)的第二端与所述固定柱(602)固定。
8.根据权利要求6所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述光学定位组件(300)包括相机安装架(301)以及设置在所述相机安装架(301)上的CCD相机(302)，所述相机安装架(301)与所述Z轴位移台(209)固定连接，所述CCD相机(302)与工控电脑(303)连接，用于采集、传输铆钉取料以及插装的图像数据，所述工控电脑(303)内安装视觉检测软件，通过预设的算法完成铆钉拾取位置、插装品质的判断，所述CCD相机(302)设置有第一光源(304)，所述第一光源呈环状，环绕所述CCD相机(302)的镜头分布。
9.根据权利要求8所述的一种光学铆钉插装设备，其特征在于，所述工件运输组件(400)包括工件输送线(401)，所述工件输送线(401)的下方还设置有第二光源(305)，所述工件输送线(401)将待插装的工件(500)依次输送至插装工位并定位，所述工件输送线(401)沿Y轴方向布置。
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