CN114249135A - 一种工件自动化拆垛上料系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种工件自动化拆垛上料系统及方法，属于工件自动上料技术领域，该工件自动化拆垛上料系统，包括工业机器人，工业机器人包括机器人控制器和机械臂，机械臂的执行端安装有工业相机、测距传感器和吸盘组件，测距传感器通过PLC与机器人控制器相连以确定工业相机的拍照高度和吸盘组件的取料高度，工业相机通过PLC与机器人控制器和吸盘组件相连以确定吸盘组件的取料位置后进行取料，本发明的有益效果是，本发明采用视觉定位和传感器测距相结合的方式，运用工业机器人可实现层叠式工件的自动化拆垛上料，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率，提高了上料的安全性。

Description

一种工件自动化拆垛上料系统及方法
技术领域
本发明涉及工件自动上料技术领域，尤其涉及一种工件自动化拆垛上料系统及方法。
背景技术
目前，在工业化自动生产装配过程中，会遇到组装在一起后与其他部件进行装配的工件，如水泵产品中的壳体与叶片之间需要焊接后在与其他部件进行装配，壳体与叶片之间的焊接工作大多是通过人工完成的，通过人工将壳体和叶片放到特制的磨具上，然后利用焊机进行焊接。对于批量生产后的壳体和叶片需要提前层叠存放在料框中，避免工件之间接触碰撞而出现质损问题。而目前壳体和叶片的焊接生产基本为手动上料后进行焊接。这种组装零部件的上料方式容易使工人在上料的过程中产生疲劳，增加了工人的劳动强度，而且降低了生产效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工件自动化拆垛上料系统及方法，采用视觉定位和传感器测距相结合的方式，运用工业机器人可实现层叠式工件的自动化拆垛上料，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述工件自动化拆垛上料系统，包括工业机器人，所述工业机器人的执行端安装有工业相机、测距传感器和吸盘组件，所述测距传感器通过PLC与机器人控制器相连以确定所述工业相机的拍照高度和所述吸盘组件的取料高度；所述工业相机通过工控机与机器人控制器相连，所述机器人控制器与机械臂和吸盘组件相连以确定吸盘组件的取料位置后进行取料。
所述上料系统包括取料位，所述取料位包括固定支架及内部卡接定位的料框，所述料框内层叠布置有工件，相邻两层工件之间由隔板分割。
所述取料位的上方设置有高度检测位，所述测距传感器通过PLC与机器人控制器相连以确定工件和隔板的取料高度。
每层工件上方同一平面内设置有多个拍照位，多个拍照位的拍摄范围覆盖所述取料位上层工件。
所述工业机器人的执行端通过竖直连接轴连接有安装架，所述安装架的中部设置所述工业相机和所述测距传感器，所述安装架的周向安装所述吸盘组件。
所述自动上料系统还包括放料位，所述放料位设置为缓存皮带线，所述工业相机的拍摄范围覆盖整个缓存皮带线，所述工业相机通过PLC与机器人控制器相连以确定放料位置，所述机器人控制器与吸盘组件的控制泵和控制阀相连以进行放料操作。
所述测距传感器通过PLC与报警单元Ⅰ相连以提示更换满载料框；所述吸盘组件上安装有真空压力传感器，所述真空压力传感器通过PLC与报警单元Ⅱ相连以提示未成功吸附隔板或工件。
所述工业机器人设置为六轴机器人，所述工业相机设置为二维相机。
一种工件自动化拆垛上料方法，运用所述的工件自动化拆垛上料系统，包括以下步骤：
步骤1：系统启动，工业机器人带动测距传感器到达高度检测位后，检测料框内上层隔板的高度小于设定值；
步骤2：工业机器人将料框内的上层隔板取走；
步骤3：工业机器人带动工业相机到达拍照位置对工件拍照定位后进行取件和放件，工业相机继续回到当前拍照位置对工件依次进行定位、取件和放件的循环操作，直到在当前拍照位置没有检测到工件；
步骤4：工业机器人带动工业相机到达下一个拍照位置，按照步骤3的方法依次进行定位、取件和放件，直到最后一个拍照位置拍照后没有检测到工件；
步骤5：按照步骤1～步骤4的方法进行上料，直到测距传感器到达高度检测位后检测料框内上层隔板的高度大于或等于设定值，提示完成工件取料信号后更换满载料框。
在所述3和步骤4中，放件控制的方法是：当工业相机检测到放料位处于满料状态时，工业机器人不放件；直到放料位中的部分工件传输到下一工位并处于未满状态时，工业机器人将工件放置在放料位的空位处。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用视觉定位和传感器测距相结合的方式，运用工业机器人带动吸盘组件逐层定位和吸取工件到达放料位，直到料框内层叠布置的工件全部取出后提示更换满载料框，整个上料过程实现了全自动化拆垛上料，而且整个上料系统的结构简单，运行成本低。
2、本发明通过在料框上方的高度检测位检测隔板的高度，根据工业相机与被拍照工件之间合适的拍照距离可确定工业相机的拍照高度，根据工件的厚度尺寸可同时确定吸盘组件的取料高度，使工业相机可在合适的高度处拍照，保证了对工件的精确定位，同时也保证了吸盘组件可牢固吸取工件。
3、本发明将在料框上方的高度检测位检测的隔板的高度与设定的空料框状态下的设定高度值进行对比，根据检测的高度与设定值相比较可自动判断是否完成取料，完成取料后可报警提示更换满载料框，避免了人工实时查看是否完成取料，实现了自动化连续上料，进一步降低了人工成本。
4、本发明通过真空压力传感器可检测吸盘组件能否成功吸附隔板或工件，当真空压力传感器测得的真空值大于设定的真空值范围时，可报警提示出现吸附故障，可使工作人员及时检查处理，避免了出现吸附故障后带来的安全事故。
综上，本发明采用视觉定位和传感器测距相结合的方式，运用工业机器人可实现层叠式工件的自动化拆垛上料，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率，提高了上料的安全性。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的部分放大图；
图3为本发明的控制原理图；
图4为本发明的自动化拆垛上料的流程图；
上述图中的标记均为：1.工业机器人，11.机器人控制器，12.机械臂，2.工业相机，3.测距传感器，4.吸盘组件，5.取料位，51.固定支架，52.料框，53.工件，54.隔板，6.竖直连接轴，7.安装架，8.放料位。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，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的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明具体的实施方案为：如图1～图3所示，一种工件自动化拆垛上料系统，包括工业机器人1，工业机器人1的执行端安装有工业相机2、测距传感器3和吸盘组件4，测距传感器3通过PLC与机器人控制器11相连以确定工业相机2的拍照高度和吸盘组件4的取料高度。工业相机2通过工控机与机器人控制器11相连以接收检测到的工件53的位置，确定吸盘组件4的取料位置，即工业相机2通过以太网与工控机进行交互，工控机通过以太网与机器人控制器11进行交互，工控机接收工业相机2拍摄的工件53的图片数据，工控机上运行视觉处理软件将图片数据处理后将工件53的位置信息发送给机器人控制器11。工控机可给PLC下达控制指令，使整个系统启动或关闭。PLC通过机器人控制器11与机械臂12和吸盘组件4相连以实现工件53的上下料。本发明采用视觉定位和传感器测距相结合的方式，运用工业机器人1带动吸盘组件4逐层定位和吸取工件53，整个上料过程实现了全自动化拆垛上料，减轻了工人的劳动强度，而且整个上料系统的结构简单，运行成本低。
具体地，其中的上料系统包括取料位5，该取料位5包括固定支架51及内部卡接定位的料框52，料框52内层叠布置有工件53，每层工件53上相邻工件53之间不接触，相邻两层工件53之间由隔板54分割，避免了工件53之间相互碰撞而产生质损的问题。
具体地，其中的取料位5上方设置有高度检测位，测距传感器3在检测时位于高度检测位处，可检测上层隔板54的高度，测距传感器3可设置为激光测距传感器3，测距传感器3通过PLC与机器人控制器11相连，PLC接收测距传感器3检测的上层隔板54的高度后，可确定吸盘组件4吸取隔板54的高度，同时根据工业相机2与被拍照工件53之间合适的拍照距离可确定工业相机2的拍照高度，根据工件53的厚度尺寸可确定吸盘组件4吸取工件53的高度，使工业相机2可在合适的高度处拍照，保证了对工件53的精确定位，同时也保证了吸盘组件4可牢固吸取工件53和隔板54。
具体地，每层工件53上方同一平面内设置有多个拍照位，其中的拍照位的覆盖面积可根据工业相机2的拍摄范围来确定，保证所有的拍照位的拍摄范围覆盖取料位5上层工件53，而且多个拍照位的覆盖面积均相同。可将每层工件53上方区域平均分割成多块小区域，每块小区域的面积小于工业相机2的拍摄范围面积，每块小区域的中心即为拍照位。
具体地，其中的工业机器人1的执行端通过竖直连接轴6连接有安装架7，安装架7的中部设置工业相机2和测距传感器3，安装架7的周向安装吸盘组件4，可同时吸取多个工件53，提高了吸取效率，该工业机器人1设置为六轴机器人，工业相机2设置为二维相机，通过工业机器人1可带动工业相机2在水平和竖直方向移动，实现取料位5和放料位8处的拍照定位。
具体地，上述自动上料系统还包括放料位8，该放料位8设置为缓存皮带线，缓存皮带线为现有的设备，工业相机2的拍摄范围覆盖整个缓存皮带线，工业相机2通过PLC与机器人控制器11相连可确定缓存皮带线的空位处为放料位8置，机器人控制器11与吸盘组件4的控制泵和控制阀相连以进行放料操作，实现了准确放料。
具体地，其中的测距传感器3通过PLC与报警单元Ⅰ相连以提示更换满载料框52，将在料框52上方的高度检测位检测的隔板54的高度与设定的空料框52状态下的设定高度值进行对比，根据检测的高度与设定值相比较可自动判断是否完成取料，当检测的高度大于或等于设定值时说明完成取料，报警提示更换满载料框52，避免了人工实时查看是否完成取料，实现了自动化连续上料，进一步降低了人工成本。吸盘组件4上安装有真空压力传感器，真空压力传感器通过PLC与报警单元Ⅱ相连以提示未成功吸附隔板54或工件53，当真空压力传感器测得的真空值大于设定的真空值范围时，可报警提示出现吸附故障，可使工作人员及时检查处理，避免了出现吸附故障后带来的安全事故。
如图4所示，运用上述上料系统对工件53进行自动化拆垛上料的方法，包括以下步骤：
步骤1：系统启动，工业机器人1带动测距传感器3到达高度检测位后，检测料框52内上层隔板54的高度小于设定值，此时未取件完成。
步骤2：工业机器人1通过吸盘组件4将料框52内的上层隔板54取走。放置在指定位置处。
步骤3：工业机器人1带动工业相机2到达拍照位置对工件53拍照定位后将拍摄的图像信息通过工控机处理后传输给机器人控制器11，机器人控制器11控制机械臂12带动吸盘组件4到达指定位置后进行吸取工件53后移动到放料位8；当工业相机2检测到放料位8处于满料状态时，工业机器人1不放件，直到放料位8中的部分工件53传输到下一工位并处于未满状态时，工业机器人1将工件53放置在放料位8的空位处，完成放料。工业相机2继续回到当前拍照位置对工件53按照上述方法依次进行定位、取件和放件的循环操作，直到在当前拍照位置没有检测到工件53。
步骤4：工业机器人1带动工业相机2到达下一个拍照位置，按照步骤3的方法依次进行定位、取件和放件，直到最后一个拍照位置拍照后没有检测到工件53。
步骤5：按照步骤1～步骤4的方法进行上料，直到测距传感器3到达高度检测位后检测料框52内上层隔板54的高度大于或等于设定值，报警提示完成工件53取料信号后更换满载料框52。
综上，本发明采用视觉定位和传感器测距相结合的方式，运用工业机器人可实现层叠式工件的自动化拆垛上料，减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率，提高了上料的安全性。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (10)

1.一种工件自动化拆垛上料系统，其特征在于，包括工业机器人，所述工业机器人的执行端安装有工业相机、测距传感器和吸盘组件，所述测距传感器通过PLC与机器人控制器相连以确定所述工业相机的拍照高度和所述吸盘组件的取料高度；所述工业相机通过工控机与机器人控制器相连，所述机器人控制器与机械臂和吸盘组件相连以确定吸盘组件的取料位置后进行取料。
2.根据权利要求1所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：所述上料系统包括取料位，所述取料位包括固定支架及内部卡接定位的料框，所述料框内层叠布置有工件，相邻两层工件之间由隔板分割。
3.根据权利要求2所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：所述取料位的上方设置有高度检测位，所述测距传感器通过PLC与机器人控制器相连以确定工件和隔板的取料高度。
4.根据权利要求2所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：每层工件上方同一平面内设置有多个拍照位，多个拍照位的拍摄范围覆盖所述取料位上层工件。
5.根据权利要求1所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：所述工业机器人的执行端通过竖直连接轴连接有安装架，所述安装架的中部设置所述工业相机和所述测距传感器，所述安装架的周向安装所述吸盘组件。
6.根据权利要求1所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：所述自动上料系统还包括放料位，所述放料位设置为缓存皮带线，所述工业相机的拍摄范围覆盖整个缓存皮带线，所述工业相机通过PLC与机器人控制器相连以确定放料位置，所述机器人控制器与吸盘组件的控制泵和控制阀相连以进行放料操作。
7.根据权利要求1所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：所述测距传感器通过PLC与报警单元Ⅰ相连以提示更换满载料框；所述吸盘组件上安装有真空压力传感器，所述真空压力传感器通过PLC与报警单元Ⅱ相连以提示未成功吸附隔板或工件。
8.根据权利要求1所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：所述工业机器人设置为六轴机器人，所述工业相机设置为二维相机。
9.一种工件自动化拆垛上料方法，运用如权利要求1～8任意一项所述的工件自动化拆垛上料系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：系统启动，工业机器人带动测距传感器到达高度检测位后，检测料框内上层隔板的高度小于设定值；
步骤2：工业机器人将料框内的上层隔板取走；
步骤3：工业机器人带动工业相机到达拍照位置对工件拍照定位后进行取件和放件，工业相机继续回到当前拍照位置对工件依次进行定位、取件和放件的循环操作，直到在当前拍照位置没有检测到工件；
步骤4：工业机器人带动工业相机到达下一个拍照位置，按照步骤3的方法依次进行定位、取件和放件，直到最后一个拍照位置拍照后没有检测到工件；
步骤5：按照步骤1～步骤4的方法进行上料，直到测距传感器到达高度检测位后检测料框内上层隔板的高度大于或等于设定值，提示完成工件取料信号后更换满载料框。
10.根据权利要求9所述的工件自动化拆垛上料方法，其特征在于：在所述3和步骤4中，放件控制的方法是：当工业相机检测到放料位处于满料状态时，工业机器人不放件；直到放料位中的部分工件传输到下一工位并处于未满状态时，工业机器人将工件放置在放料位的空位处。
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