CN208761889U - 用于寻找、夹紧和释放工字轮的夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于寻找、夹紧和释放工字轮的夹具以及操作这种夹具的方法，所述工字轮具有诸如凸缘或钻孔的圆形夹持部分。所述夹具包括设置有扫描系统的可驱动夹钳，所述扫描系统包括检测圆形夹持部分存在或缺失的“存在‑缺失检测器”。所述夹具在工字轮的凸缘上缓慢移动，并且借助于检测器和一些计算来识别夹持部分的中心，随后夹持工字轮。所述夹具的优点在于，不需要为了定位圆形夹持部分而来回移动，并且防止夹具的多余运动。

Description

用于寻找、夹紧和释放工字轮的夹具

技术领域

本实用新型涉及一种用于寻找、夹紧和释放工字轮的夹具。该夹具实现了在工业环境中自动处理工字轮。

背景技术

在诸如纱、线、绳、帘线、钢帘线等细长制品的生产中，最终产品和中间产品被承载在工字轮上。为了制作例如像7×7等简单钢帘线结构的一个最终工字轮，拾取工字轮的次数很容易上升到百次以上，因为不仅必须拾取完整工字轮，而且必须移除空工字轮。因此，所提到的制品的制造在很大程度上归结到拾取、移动和放置空工字轮和完整工字轮的活动。因此，一直期望减少这种处理次数，例如通过增加这些工字轮的容量或使处理自动化，以便消除这种繁琐且劳动密集的任务。

当自动化拾取完整工字轮或空工字轮的任务时，工程师面临着复杂且动态的生产环境。的确，实际的生产环境与计算机中定义的虚拟环境差别很大。在现实生活中，并非生产车间的所有地板都是平的，并非所有机器都按照人们所期望的对齐，并非所有的拾取台都处于同一毫米精度的高度。人工操作员在这种不规则的、有时甚至是随机的环境中不会有丝毫的困难，但是自动化装置却不是这样。

为了打破复杂性，人们通常诉诸于智能层，其中全局控制器具有机器车间的整体近似图片，而本地控制器最后克服最终偏差。然后，这些本地控制器必须基于本地收集的输入并借助于本地算法来“寻找其路径”以用于寻找例如工字轮的确切位置。作为最后一步，工字轮必须被机械地夹持或释放。

通过人工互动定位并通过人力或机械动力驱动的机械工字轮夹具是已知的。这种工字轮夹具可以例如夹持工字轮的圆形凸缘。在US2009057479中描述了这种凸缘夹的示例。备选地，可以将工字轮夹具插入工字轮的钻孔中，并借助于与钻孔内部的凹槽接合的爪来夹紧工字轮。这种情况的示例可以在US 6082796中寻找。

用于寻找孔、优选圆孔的位置的算法主要基于相机视觉，例如在US 5771309中描述的。这些方法需要使用相对昂贵的CCD相机。

在US2016/0158884中描述了在板中寻找孔的中心的备选方式。激光头沿着曲折路径行进以便寻找校准孔的中心。这使得中心的定位是耗时的，因为必须遵循曲折路径。

在DE10 2007 013 623 A1中描述了另一种算法，其中进行了两次相互正交的线扫描。第一次扫描检测孔边界处的第一对边界点，并计算这些边界点中的第一中间点。与第一次扫描正交的第二次扫描经过该第一中间点，并确定这条线与孔边界的交叉点作为第二对边界点，从该第二对边界点计算第二中间点。第二中间点已经靠近孔的中心。与第二次扫描正交的第三次扫描经过该第二中间点并确定第三对边界点。基于这些点来计算最终中心点。该过程需要许多次相互正交的扫描。

为了寻找需要更少费用硬件的更快方法，发明人提出了将在下面描述的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是消除现有技术的所述缺点：设备太昂贵和/或孔中心的确定太慢。第二目的是提供允许快速且可靠地确定工字轮的钻孔的算法和方法。该方法被用于在近处将工字轮夹具引向工字轮并以快速且可靠的方式夹紧工字轮。第三目的是提供一种夹具，该夹具特别适合于在工业环境中寻找并夹持工字轮。

根据实用新型的第一方面，在独立产品权利要求中要求保护一种用于寻找、夹紧和释放工字轮的夹具。待夹持的工字轮必须设置有“圆形夹持部分”。该圆形夹持部分可以例如是工字轮的凸缘或者可以是钻孔。可选地，夹持部分可以是为夹具检测和使用以夹紧工字轮而特别设置的同心凸缘。该夹持部分没有限制，除了它必须是圆形的并且必须允许用“可驱动夹钳”夹持。

实际上，夹具包括“可驱动夹钳”以用于按需夹紧和释放夹持部分。“可驱动”意味着可以借助于机械、电气、磁力、气动、液压或任何其他动力源来驱动夹钳。夹钳可以在参考平面中的规定方向上或者与参考轴线平行地根据命令移动。“按需”意味着夹钳将基于到该夹钳的输入信号而打开或关闭。夹钳具有随该夹钳移动和转动的参考轴线。当夹钳通过夹持部分保持工字轮时，工字轮的轴线与可驱动夹钳的参考轴线重合。参考轴线界定了垂直于该参考轴线定向的参考平面。夹钳具有的夹钳尺寸根据工字轮的圆形夹持部分的直径而被配置，以便配合、夹持、抓住工字轮的圆形夹持部分。

夹具还包括扫描系统。该扫描系统被设计为识别并寻找在工字轮上待夹持的夹持部分。扫描系统包括沿一条线等距离组织的两个或更多个传感器。该线优选是直的，因为这会导致最简单的计算。优选，所有传感器都在同一条线上。

传感器仅在平行于参考轴线的方向上检测主体(诸如工字轮)存在或缺失。在夹具移动期间，传感器可以从在该传感器的范围内没有检测到主体的状态切换到检测到主体的状态。同样可以发生相反的情况，其中首先在范围内检测到主体，并且在移动之后没有检测到主体。检测状态的这两种变化都将被称为“转换(changeover)”。传感器的检测范围不需要超过一米，例如半米是可用的。优选地，传感器具有低于1厘米、例如低于3mm或2mm的横向分辨率。

传感器是“存在-缺失检测器”并且可以例如是基于光的反射的。传感器发出准直光束并且还检测由阻挡光束的主体反射的光。通常，激光或准直LED灯可以被用于此目的，它们可能被频率调制以增加检测极限。可能的是，传感器能够检测从传感器到反射主体的距离，但这使得传感器更加昂贵。使用的波长可以是在红外、可见或紫外光谱中。可见光的优点在于，随着夹具移动，光束点在工字轮上对人眼变得可见。

也可以考虑可选的方向传感器、诸如声学传感器，尽管这些传感器可能不会更便宜并且将不会导致更好的结果。

任何两个邻近的相邻传感器之间的距离(下文称为“Δ”)小于夹钳尺寸。邻近传感器之间的距离决定了扫描系统的“分辨率”。显然，邻近传感器之间的距离小于夹钳尺寸是最好的，以便在传感器阵列经过夹持部分时不会错过任何夹持部分。甚至更优选的是，两个邻近传感器之间的距离是夹钳尺寸的四分之一到四分之三。邻近传感器之间的距离在夹钳尺寸的四分之一到二分之一之间是最好的，其原因将在后面变得显而易见。

传感器的数目是两个或更多个。如果扫描系统上存在两个、三个或四个传感器，则在检测过程开始之前夹具的全局定位必须相当好，以便防止需要多次扫视。相反，五个到十个传感器将增加扫描系统的检测宽度，但是这当然将付出代价。夹具也可能变得过分地宽，从而阻碍夹具在机械臂上的移动。最优选的是存在两个传感器的情况，因为这是最便宜的。

当夹具的参考轴线位于两个邻近传感器的垂直平分线上时，可驱动夹钳的移动减少，因为该两个邻近传感器最接近参考轴线。如果传感器的数目是偶数，则这是优选的放置。备选地，如果传感器的数目是奇数，则最好使得参考轴线位于与传感器的线垂直的垂线上，其中中间传感器位于该垂线的垂足(foot print)处。

参考平面中在参考轴线与由所述两个或更多个传感器形成的线之间的垂直距离“d”优选地小于夹钳尺寸。以这种方式，一旦识别出夹持部分的中心位置，则夹具的移动被减小到最小。这具有以下优点：工字轮的中心易于定位并且夹具移动中损失的时间更少。可选地，该垂直距离应该大于夹持部分直径的一半，以便在已经识别夹持部分的中心位置之后防止夹具必须向后移动。

当工字轮的圆形夹持部分是工字轮的钻孔时，夹钳可以是具有足够的空间、适合钻孔并通过该钻孔保持工字轮的轴的形式。于是，夹钳尺寸等于轴的直径。该轴可以设置有多个等角度组织的、安装有弹簧的爪。预见到钻孔具有内部圆周凹槽，爪在插入轴时适配在该凹槽中，从而将工字轮保持到夹钳。为了释放夹钳，爪被径向缩回，从而允许轴移出钻孔。

当工字轮的圆形夹持部分是工字轮凸缘时，夹钳可以设置有安装弹簧的、带凹槽的圆形区段，当在凸缘上滑动时该区段保持凸缘。于是，夹钳尺寸等于在闭合时由带凹槽的圆形区段形成的圆的直径、即等于凸缘直径。为了移除夹钳，圆形区段被径向移动，从而放出凸缘。

附图说明

图1以最一般的形式示出了根据本实用新型的夹具的总体概况；

图2示出了夹具的实际实施例；

图3示出了夹具如何与工字轮对齐。

不同附图的相同部分的附图标记具有相同的个位数和十位数，而百位数指的是附图编号。

具体实施方式

图1示出了夹具100的一般实施例的俯视图。夹具包括可驱动夹钳102，其安装在机器人或自动引导载具或类似装置(未示出)的臂上。夹钳102具有以104表示的参考轴线，在这种情况下，该参考轴线垂直于片材的平面。待夹持的工字轮被示出为120并且具有圆形夹持部分122，在这种情况下，该圆形夹持部分122是工字轮120的钻孔。圆形夹持部分122具有用“D”表示的直径。因此，夹钳尺寸(对应于夹钳102的直径)略小于D以便允许夹钳插入钻孔中。夹具具有扫描系统106，扫描系统106包括在线110上用108、108′、108″、108″′表示的四个传感器。传感器彼此分开距离“Δ”。距离Δ刚好小于D/2、例如0.45×D。传感器在平行于参考轴线104的方向上感测工字轮主体120的存在或缺失。传感器例如是基于光反射的光电存在-缺失传感器、诸如Keyence的LR-W系列传感器。

参考轴线104位于两个邻近传感器108′和108″之间的垂直平分线112上。参考轴线104与传感器的线110之间的垂直距离用“d”表示。“d”小于直径D但大于D/2。在使用过程中，针对圆形夹持部分的存在，夹具在与垂直平分线112平行的方向上进行扫描。

图2示出了具有所有各种组件的夹具200的实际实施方式：参考轴线202用可驱动夹钳202来表示。夹钳设置有爪220，爪220与工字轮的钻孔中的内部凹槽接合。爪220可以被缩回，以便根据命令释放工字轮。两个激光存在-缺失检测器208和208′被表示为(在夹具的移动期间)在夹钳202前面。

图3示出了在夹持工字轮之前、参考轴线与工字轮的轴线对齐时的夹钳300与工字轮320对齐。

Claims (8)

1.一种用于寻找、夹紧和释放工字轮的夹具，所述工字轮具有圆形夹持部分，所述夹具包括：

(a)可驱动夹钳，用于按需夹紧和释放所述夹持部分，所述夹钳具有参考轴线，在被夹紧时所述参考轴线与所述工字轮的轴线重合，所述夹钳所具有的夹钳尺寸根据所述工字轮的所述圆形夹持部分的直径而被配置；

(b)扫描系统，用于识别所述工字轮的所述轴线，

其特征在于，

所述扫描系统包括沿一条线等距离组织的两个或更多个传感器，所述两个或更多个传感器用于在平行于所述参考轴线的方向上感测所述工字轮的存在，所述参考轴线界定了与所述参考轴线垂直的参考平面，其中任意两个邻近传感器之间的距离小于所述夹钳尺寸。

2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，任意两个邻近传感器之间的所述距离在所述夹钳尺寸的四分之一至二分之一之间。

3.根据权利要求1或2所述的夹具，其特征在于，所述参考轴线位于所述参考平面中的两个邻近传感器之间的垂直平分线上，所述两个邻近传感器最靠近所述参考轴线。

4.根据权利要求1或2所述的夹具，其特征在于，所述参考轴线位于所述线在一个传感器处的垂线上。

5.根据权利要求1或2所述的夹具，其特征在于，在所述参考平面中，所述参考轴线与所述线之间的垂直距离小于所述夹钳尺寸。

6.根据权利要求5所述的夹具，其特征在于，在所述参考平面中，所述参考轴线与所述线之间的垂直距离大于所述夹钳尺寸的二分之一。

7.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述圆形夹持部分为工字轮的钻孔，并且所述夹钳为用于在所述钻孔中插入和保持的轴，所述夹钳尺寸与所述轴的直径相对应。

8.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，所述圆形夹持部分为所述工字轮的凸缘，并且所述夹钳为用于在所述凸缘处夹紧和保持的凸缘夹钳，所述夹钳尺寸与所述凸缘的直径相对应。