CN115893026A - 一种料框视觉定位引导自动装框的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冲压自动化技术领域，本发明提出了一种料框视觉定位引导自动装框的装置及方法，其中装置包括工件输送机构、机器人移动机构、装料机器人以及控制系统，机器人移动机构的一侧设置有工件输送机构，机器人移动机构的另一侧设置有装框工位，装框工位设置有料框，装框工位的上方设置有视觉测量系统，视觉测量系统包括图像采集机构和调整机构，调整机构能够对图像采集机构的位置进行调整，图像采集机构能够获取料框和料框内部用于工件定位的各个定位特征。该料框视觉定位引导自动装框的装置适用性强、工作效率高、便于维护，能够满足原有料框继续使用的需求，降低料框定位精度，节省料框改造和新投入料框的成本。

Description

一种料框视觉定位引导自动装框的装置及方法

技术领域

本发明涉及冲压自动化技术领域，具体涉及一种料框视觉定位引导自动装框的装置及方法。

背景技术

随着社会的进步以及生产力的不断提高，市场对汽车的需求越来越大，为满足市场以及客户的需求，在保证原有的生产质量的前提下，汽车生产厂家的生产效率必须得到提高才能满足市场的需求，例如将生产线、装配线中的人工操作步骤改为更为自动化的流程，但是在改进的过程中也面临着改进成本过高的问题。

例如，随着冲压线生产节拍和成型件质量的提高，越来越多的线尾人工装框逐渐被自动装框所代替。但是，由于原来人工装框的料框精度低，不能满足自动装框的定位需求，因此汽车生产厂家需要对大批量的料框进行改造，即在料框上增加精定位孔和定位面，料框内部对工件的定位装置也要进行改造，定位间隔也要求均布。另外，在每个装框工位还要设置机械顶升和导向装置对料框进行精定位，满足自动装框的重复定位要求。

由于汽车冲压件品种多、产量大，存放工件的料框也是多品种、大批量，原有的旧料框无法直接用于线尾自动装框系统，汽车厂需要花费很高的成本对料框进行改造或重新制作。

发明内容

本发明针对目前自动装框系统现有的料框定位方式无法利用原有料框导致改造困难等问题，提出了一种料框视觉定位引导自动装框的装置及方法。

第一方面，本发明首先提出了一种料框视觉定位引导自动装框的装置，包括工件输送机构、机器人移动机构、装料机器人以及控制系统，工件输送机构与机器人移动机构平行设置，装料机器人滑动设置于机器人移动机构并能够沿机器人移动机构运动，机器人移动机构的一侧设置有工件输送机构，机器人移动机构的另一侧设置有装框工位，装框工位设置有料框，装框工位的上方设置有视觉测量系统，视觉测量系统包括图像采集机构和调整机构，调整机构能够对图像采集机构的位置进行调整，图像采集机构能够获取料框和料框内部用于工件定位的各个定位特征；控制系统能够将图像采集机构获取的料框和料框内部用于工件定位的各个定位特征的分析数据传输给装料机器人并控制装料机器人调整运行轨迹和姿态，以使装料机器人将工件自工件输送机构移入装框工位处的料框。

优选的，调整机构能够对图像采集机构的位置进行调整，以使图像采集机构能够对料框进行不同角度的图像采集，并将获取的实际料框信息与标准料框信息进行分析计算，得到实际位置与存储位置的偏差；视觉测量系统能够将实际位置与存储位置的偏差数据传输到控制系统。

优选的，工件输送机构包括多条链板带、宽度调节组件、驱动组件以及编码器，相邻的两条链板带之间设置有宽度调节组件，宽度调节组件能够调节相邻的两条链板带之间的距离；每条链板带均连接有驱动组件与编码器，驱动组件能够驱动链板带运行，编码器能够将链板带的实际运行速度传输给控制系统。

优选的，链板带由多个链板模块首尾相接组成，链板模块的表面均固定有防滑块。

优选的，装料机器人包括机器人主体、端拾器主杆以及抓取组件，抓取组件通过端拾器主杆与机器人主体连接，抓取组件包括吸盘、端拾器横杆和真空系统，端拾器横杆的一端与端拾器主杆连接，另一端设置有吸盘，真空系统设置于机器人主体并与吸盘连通。

优选的，装框工位包括托盘、移动小车以及料框，移动小车的上端面设置有托盘，托盘的上端面设置有料框。

第二方面，本发明还提出了一种料框视觉定位引导自动装框的方法，具体包括以下步骤：

S1：将料框和托盘通过移动小车导入装框工位；

S2：通过调整机构移动图像采集机构，使图像采集机构获得料框足够的定位特征；

S3：视觉测量系统将获取的实际料框信息与存储的标准料框信息进行对比计算，得到实际位置与存储位置的偏差；

S4：判断料框实际位置与存储位置的偏差是否满足装框要求，若满足装框要求，执行步骤S5；

S5：视觉测量系统将位置偏差数据传输到控制系统，再由控制系统传输给装料机器人；

S6：装料机器人按控制系统指令改变运行轨迹，调整工件的位置和角度去适应料框的实际位置，确保工件准确放入料框。

优选的，步骤S3中标准料框信息的获取具体包括以下步骤：

两个图像采集机构通过调整机构移动到料框上方并对料框进行图像采集，将第一个料框作为基准料框并人工对其进行标定，设定料框上的某一点作为原点O并记录其坐标（0，0，0），料框的四个立柱A1、A2、A3、A4并记录其坐标分别为：A1（x1，y1，z1，rx1，ry1，rz1），A2（x2，y2，z2，rx2，ry2，rz2），A3（x3，y3，z3，rx3，ry3，rz3），A4（x4，y4，z4，rx4，ry4，rz4）；对已标定好的料框进行工件装框示教，记录下第1、2、3……n个件的装框轨迹并存储。

优选的，步骤S4中，若不满足装框要求，控制系统报警并进行人工干预。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用视觉测量系统对料框进行定位，引导装料机器人调整工件位置和角度进行装框，其整体适用性强、工作效率高、便于维护，能够满足原有料框继续使用的需求，降低料框定位精度，解决了汽车厂利用原有旧料框的难题，节省了料框改造和新投入料框的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置的俯视图。

图2为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置的主视图。

图3为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置中工件输送机构的俯视图。

图4为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置中工件输送机构的主视图。

图5为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置中链板带的简要结构示意图。

图6为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置中链板模块的简要结构示意图。

图7为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置中装框机器人将工件放入料框中的示意图。

图8为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的装置中料框、托盘以及移动小车的主视图。

图9为本发明所述的料框视觉定位引导自动装框的方法的流程图。

图中：1、控制系统，2、视觉测量系统，3、料框，4、装料机器人，5、机器人移动机构，6、工件输送机构，7、工件，8、图像采集机构，9、调整机构，10、驱动组件，11、宽度调节组件，12、编码器，13、链板带，14、防滑块，15、链板模块，16、真空系统，17、端拾器主杆，18、端拾器横杆，19、吸盘，20、托盘，21、移动小车。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

实施例一

如图1至图8所示，在本实施例中，本发明提出了一种料框视觉定位引导自动装框的装置包括工件输送机构6、机器人移动机构5、装料机器人4以及控制系统1，工件输送机构6与机器人移动机构5平行设置，装料机器人4滑动设置于机器人移动机构5并能够沿机器人移动机构5运动，机器人移动机构5的一侧设置有工件输送机构6，机器人移动机构5的另一侧设置有装框工位，装框工位设置有料框3，装框工位的上方设置有视觉测量系统2，视觉测量系统2包括图像采集机构8和调整机构9，调整机构9能够对图像采集机构8的位置进行调整，图像采集机构8能够获取料框3和料框3内部用于工件7定位的各个定位特征；控制系统1能够将图像采集机构8获取的料框3和料框3内部用于工件7定位的各个定位特征的分析数据传输给装料机器人4并控制装料机器人4调整运行轨迹和姿态，以使装料机器人4将工件7自工件输送机构6移入装框工位处的料框3。为了方便图像采集机构8获得料框3内部用于工件7定位的各个定位特征，可以在料框3的四角设置四根立柱A1、A2、A3、A4，并在每根立柱上都设置用于工件7定位的卡槽，在装框时要保证工件7放到卡槽里，当图像采集机构8采集定位信息时可利用四根立柱，如此可更为方便快捷。具体的，如图2所示，图像采集机构8可以直接采用摄像机或者照相机，调整机构9的形式则较为多样，例如可以直接设置竖向立柱，并在竖向立柱上端设置横向杆，并在横向杆上设置导轨，在导轨上滑动设置滑块，滑块上则固定摄像机或照相机，驱动动力可选择丝杠副加电机的形式来实现，从而可以很轻易的达到调节图像采集机构8位置的目的。调整机构9能够对图像采集机构8的位置进行调整，是为了使图像采集机构8能够对料框3进行不同角度的图像采集，获取尽可能详细准确的信息，并将获取的实际料框信息与标准料框信息进行分析计算，得到实际位置与存储位置的偏差；视觉测量系统2能够将实际位置与存储位置的偏差数据传输到控制系统1，控制系统1再将料框3的定位特征信息分析数据传输给装框机器人4并控制装框机器人4调整运行轨迹和姿态，从而调整工件7的装框位置，确保工件7能够放入料框3内。且视觉测量系统1可以对应一个以上的装框工位，当前工位工作时，视觉测量系统1可对另一工位的料框3进行测量，不占用装框的节拍时间，提高装框效率。

如图3至图6所示，工件输送机构6包括多条链板带13、宽度调节组件11、驱动组件10以及编码器12，相邻的两条链板带13之间设置有宽度调节组件11，宽度调节组件11能够调节相邻的两条链板带13之间的距离，以适应不同大小的工件7的平稳输送；每条链板带13均连接有驱动组件10与编码器12，即每条链板带13都配有独立的驱动组件10和独立的编码器12，驱动组件10能够驱动链板带13运行，编码器12能够将链板带13的实际运行速度传输给控制系统1。控制系统1计算出工件7到达装框机器人4抓取位置的时间并控制装框机器人4从输送装置6上抓取工件7。具体的，链板带13由多个链板模块15首尾相接组成，链板带13用于工件7的输送，由多个链板模块15首尾相接组成的模式可以使链板带13的长度和宽度不受限制；如果有损坏，可以快速更换单独的链板模块15，最大限度减小停机时间和更换成本；如果是平皮带或者同步带，损坏后则需要更换整根皮带，浪费且会花费较多时间。链板模块15的表面均固定有防滑块14，防滑块14的材料可选择橡胶，防滑块14可以增加工件7与链板带13之间的抓附力，防止工件7在运行过程中打滑。

如图7所示，装料机器人4包括机器人主体、端拾器主杆17以及抓取组件，抓取组件通过端拾器主杆17与机器人主体连接，抓取组件包括吸盘19、端拾器横杆18和真空系统16，端拾器横杆18的一端与端拾器主杆17连接，另一端设置有吸盘19，真空系统16设置于机器人主体并与吸盘19连通。吸盘19置于工件7的表面后，真空系统16工作，将吸盘19与工件7之间的空间抽吸成真空，在此压力下，吸盘19得以无伤的转移工件7。

如图8所示，装框工位包括托盘20、移动小车21以及料框3，移动小车21的上端面设置有托盘20，托盘20的上端面设置有料框3。其中，托盘20为通用型托盘，可放置不同规格和形状的料框3；托盘20下面的移动小车21可将空的料框3输送到装框工位，也可将装满工件7的料框3输送进库房。

实施例二

如图9所示，基于以上的料框视觉定位引导自动装框的装置，本发明还提出了一种料框视觉定位引导自动装框的方法，具体包括以下步骤：

S1：将料框3和托盘20通过移动小车21导入装框工位；

S2：通过调整机构9移动图像采集机构8，使图像采集机构8获得料框足够的定位特征；

S3：视觉测量系统2将获取的实际料框信息与存储的标准料框信息进行对比计算，得到实际位置与存储位置的偏差；

S4：判断料框3实际位置与存储位置的偏差是否满足装框要求，若满足装框要求，执行步骤S5；若不满足装框要求，控制系统1进行报警并进行人工干预。

S5：视觉测量系统2将位置偏差数据传输到控制系统1，再由控制系统1传输给装料机器人4；

S6：装料机器人4按控制系统1指令改变运行轨迹，调整工件7的位置和角度去适应料框3的实际位置，确保工件7准确放入料框3。

步骤S3中标准料框信息的获取具体包括以下步骤：

两个图像采集机构8——例如两个相机通过调整机构9移动到料框3上方并对料框3进行图像采集，将第一个料框3作为基准料框并人工对其进行标定，设定料框3上的某一点作为原点O并记录其坐标（0，0，0），料框3的四个立柱A1、A2、A3、A4并记录其坐标分别为：A1（x1，y1，z1，rx1，ry1，rz1），A2（x2，y2，z2，rx2，ry2，rz2），A3（x3，y3，z3，rx3，ry3，rz3），A4（x4，y4，z4，rx4，ry4，rz4）；对已标定好的料框3进行工件装框示教，记录下第1、2、3……n个件的装框轨迹并存储。每一种工件的第一个料框都需要先进行基准标定和装框示教。要说明的是，料框3的基准原点O可以是料框3一个角上的点，也可以是料框3定位工件7的某个特征点，具体可根据实际标定料框时来确定。

正常生产过程中两个相机对每次导入料框的立柱A1~A4进行图像采集，并通过视觉测量系统2计算出A1~A4的位置相对于基准料框的位置偏差和角度偏差，并将数据传输给控制系统1，控制系统1根据之前示教的基准料框的装框轨迹，重新调整装料机器人4的运行轨迹和姿态，自动补偿料框立柱A1~A4的位置变化，实现自动装框。

同时，为满足自动装框的精度和防止工件7在装框过程中磕碰，在程序中还需要对料框的偏差进行限制，提前判断是否满足装框要求。不同的料框和定位方式可以设定不同的定位偏差，当定位偏差在设定值以内，可以正常装框；当定位偏差超出设定值，控制系统1报警并及时进行人工干预。

通过上述实施方式可以看出，本发明的有益效果是：

本发明采用视觉测量系统2对料框3进行定位，引导装料机器人4调整工件7的位置和角度进行装框，其整体适用性强、工作效率高、便于维护，能够满足原有料框继续使用的需求，降低料框定位精度，解决了汽车厂利用原有旧料框的难题，节省了料框改造和新投入料框的成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种料框视觉定位引导自动装框的装置，包括工件输送机构、机器人移动机构、装料机器人以及控制系统，工件输送机构与机器人移动机构平行设置，装料机器人滑动设置于机器人移动机构并能够沿机器人移动机构运动，其特征在于，机器人移动机构的一侧设置有工件输送机构，机器人移动机构的另一侧设置有装框工位，装框工位设置有料框，装框工位的上方设置有视觉测量系统，视觉测量系统包括图像采集机构和调整机构，调整机构能够对图像采集机构的位置进行调整，图像采集机构能够获取料框和料框内部用于工件定位的各个定位特征；

控制系统能够将图像采集机构获取的料框和料框内部用于工件定位的各个定位特征的分析数据传输给装料机器人并控制装料机器人调整运行轨迹和姿态，以使装料机器人将工件自工件输送机构移入装框工位处的料框。

2.根据权利要求1所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，调整机构能够对图像采集机构的位置进行调整，以使图像采集机构能够对料框进行不同角度的图像采集，并将获取的实际料框信息与标准料框信息进行分析计算，得到实际位置与存储位置的偏差；视觉测量系统能够将实际位置与存储位置的偏差数据传输到控制系统。

3.根据权利要求1所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，工件输送机构包括多条链板带、宽度调节组件、驱动组件以及编码器，相邻的两条链板带之间设置有宽度调节组件，宽度调节组件能够调节相邻的两条链板带之间的距离；每条链板带均连接有驱动组件与编码器，驱动组件能够驱动链板带运行，编码器能够将链板带的实际运行速度传输给控制系统。

4.根据权利要求3所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，链板带由多个链板模块首尾相接组成，链板模块的表面均固定有防滑块。

5.根据权利要求1所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，装料机器人包括机器人主体、端拾器主杆以及抓取组件，抓取组件通过端拾器主杆与机器人主体连接，抓取组件包括吸盘、端拾器横杆和真空系统，端拾器横杆的一端与端拾器主杆连接，另一端设置有吸盘，真空系统设置于机器人主体并与吸盘连通。

6.根据权利要求1所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，装框工位包括托盘、移动小车以及料框，移动小车的上端面设置有托盘，托盘的上端面设置有料框。

7.一种料框视觉定位引导自动装框的方法，基于权利要求1至6中任一项所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：将料框和托盘通过移动小车导入装框工位；

S2：通过调整机构移动图像采集机构，使图像采集机构获得料框足够的定位特征；

S3：视觉测量系统将获取的实际料框信息与存储的标准料框信息进行对比计算，得到实际位置与存储位置的偏差；

S4：判断料框实际位置与存储位置的偏差是否满足装框要求，若满足装框要求，执行步骤S5；

S5：视觉测量系统将位置偏差数据传输到控制系统，再由控制系统传输给装料机器人；

S6：装料机器人按控制系统指令改变运行轨迹，调整工件的位置和角度去适应料框的实际位置，确保工件准确放入料框。

8.根据权利要求7所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，步骤S3中标准料框信息的获取具体包括以下步骤：

两个图像采集机构通过调整机构移动到料框上方并对料框进行图像采集，将第一个料框作为基准料框并人工对其进行标定，设定料框上的某一点作为原点O并记录其坐标（0，0，0），料框的四个立柱A1、A2、A3、A4并记录其坐标分别为：A1（x1，y1，z1，rx1，ry1，rz1），A2（x2，y2，z2，rx2，ry2，rz2），A3（x3，y3，z3，rx3，ry3，rz3），A4（x4，y4，z4，rx4，ry4，rz4）；对已标定好的料框进行工件装框示教，记录下第1、2、3……n个件的装框轨迹并存储。

9.根据权利要求7所述的料框视觉定位引导自动装框的装置，其特征在于，步骤S4中，若不满足装框要求，控制系统报警并进行人工干预。

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