CN220659859U - 一种基于3d模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车保险杠自动打螺钉技术领域，具体的为一种基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，包括图像采集系统和工控机系统；图像采集系统包括结构光相机，结构光相机设置在打螺钉机械臂上，用以采集保险杠的3D点云图像；图像采集系统通过信号连接到工控机系统，工控机系统内设置有图像处理模块，可以通过与在线或者离线数据库内的模板文件进行对比匹配以得到精确的螺钉孔洞位置数据，引导打螺钉机械臂精确地进行打螺钉工作；相较于传统的人工打螺钉，本实用新型可以快速精确地自动定位螺孔位置，全自动化地进行保险杠打螺钉的工作，大大地节省了人力物力，有效提高了生产效率，有效提高了生产线的整体经济效益。

Description

一种基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统

技术领域

本实用新型涉及汽车保险杠自动打螺钉技术领域，具体的为一种基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统。

背景技术

在零件与零件之间的固接中，使用螺钉进行螺接是一种常见的方式；在汽车保险杠的生产中，传统采用人工手动打螺钉的方法，不仅效率低下费时费力，而且由于人工操作的不稳定性，导致质量也容易出现参差不齐，良品率低下的情况；继续使用传统的人工打螺钉方法，还需要大量的人力物力与时间，经济效益不佳相比之下，采用自动化的生产方式不仅能够提高产能，还能够大幅节约人工成本；同时使用工业机器人打螺钉，能够将误差率低于1%以内，远胜于工人手工拧螺钉装配零件的质量。

现有一申请号为CN201410667894.X的专利申请，公开了一种打螺钉流水线、打螺钉方法及自动打螺钉装置；该专利采用记忆体附带产品信息，使用读头读取产品信息后，通过控制器根据读出的数据分析出产品的螺钉孔位和打螺钉状态信息后，控制自动打螺钉装置进行打螺钉作业；该专利需要预先在自动打螺钉工位上设置装有产品信息的记忆体才可以正确读取产品信息，更换产品时还必须更换适配的记忆体，整体流程更加繁琐；而由于汽车保险杠的结构较为复杂，并非是简单的平面打孔打螺钉，如果不能够对汽车保险杠的实际结构进行准确的把控，便容易出现较大的误差，导致生产良品率大大降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够不需要额外道具识别，同时能根据待加工保险杠的具体结构轮廓进行精确控制的基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统。

基于上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，包括图像采集系统，其特征在于：图像采集系统包括相机，图像采集系统通过信号连接有工控机系统；工控机系统包括相机控制模块，相机控制模块通过信号连接到相机；工控机系统通过信号连接到打螺钉工位；打螺钉工位包括与工控机信号连接的打螺钉机械臂，与打螺钉机械臂配合地设置有保险杠固定台；打螺钉机械臂的自由端设置固定有打螺钉枪，打螺钉机械臂的末端固定连接有相机；工控机系统内设置有图像处理模块，图像处理模块通过信号连接有上位机。

优选地，图像处理模块包括在线检测模块，在线检测模块通过信号连接到在线数据库，在线数据库内设置有保险杠点云图像识别特征库。

优选地，图像处理模块包括离线构建模板库；离线构建模板库内设置有保险杠点云图像识别特征库。

优选地，工控机系统包括数据储存模块，数据储存模块通过信号连接到图像处理模块。

优选地，打螺钉机械臂固定设置在固定台上，打螺钉机械臂为7自由度机械臂结构。

优选地，相机通过连接架与打螺钉机械臂的自由端固定连接，相机为结构光相机。

优选地，结构光相机设置有多组波长不同的滤光片，与滤光片配合地设置有多组镜头。

本实用新型的有益效果有：

本实用新型为汽车保险杠打螺钉工序实现了全面的自动化，利用打螺钉机器人的机械臂进行打螺钉作业；通过在机械臂上设置可以采集保险杠3D点云图像的结构光相机，结合基于3D模板匹配的图像处理分析系统，可以自动识别保险杠的型号和尺寸等信息，并且自动判断螺钉孔位置，引导机器人自动打螺钉，极大地提高了汽车保险杠自动打螺钉作业的效率，提高了轮胎装配流水线的整体工作效率，节省了大量的人力物力财力，降低了生产成本以有效提高了综合经济效益。

本实用新型设置了用以控制图像采集系统进行图像采集工作的工控机系统，而图像采集系统则使用结构光相机对保险杠进行拍照以收集保险杠的3D点云图像信息；通过工控机系统内设置的图像处理模块，可以将拍摄到的点云图像与现有数据库内储存的模板进行对比匹配，以自行识别保险杠的型号，无需人工操作输入，即可精准地自动判断识别待加工保险杠的型号与各项识别信息。

本实用新型可以通过在线识别模块或者离线构建模板库中预先设定好的点云识别信息对图像采集系统拍摄到的保险杠3D点云图像进行识别分析，能够大大提高保险杠螺钉孔洞的识别精确率，以满足机器人自动打螺钉的精度要求；相较于人工打螺钉的方式，本实用新型在精度上更加优秀，而且能够实现整个工作流程的自动化，提高了效率的同时降低了生产成本。

本实用新型还设置了数据储存模块，可以储存每次加工时拍摄到的图像结构，方便日后进行回溯追查时快速找到生产漏洞所在，便于继续优化改进系统，大大提高了工厂智能化水平。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为图1中标记区域的局部放大图；

图3为本实用新型的整体结构框图；

图4为本实用新型的图像处理模块结构框图。

图中：固定台1；机械臂2；连接架21；打螺钉枪3；结构光相机4；保险杠固定台5；保险杠6。

具体实施方式

实施例1

以下为结合具体实施例对本实用新型做出的进一步解释说明，如图1所示，本实施例为一种进行自动汽车保险杠自动打螺钉作业的装置，主要包括打螺钉机器人。

打螺钉机器人主要包括机械臂2，机械臂2为7自由度的机械臂结构，可以适配外形不规则的各种汽车保险杠，全方位地对汽车保险杠6上不同位置的螺孔进行打螺钉作业；机械臂2固定安装在固定台1上，与固定台1配合地设置有保险杠固定台5；保险杠固定台5上可以固定设置保险杠6。

如图2所示，在机械臂2的自由端固定设置有打螺钉枪3，打螺钉枪3可以进行打螺钉工作，通过设置在机械臂2的自由端，可以灵活地配合不同结构的保险杠6上位置不同的螺孔进行打螺钉作业；在打螺钉枪3的侧面，通过连接架21与机械臂2的自由端固定连接的有结构光相机4；结构光相机4可以拍摄采集保险杠6的3D点云图像，并且上传到工控机系统中进行图像分析识别，与现有模板库中的点云图像模板进行匹配分析之后，确定汽车保险杠的型号以及各种尺寸数据，确定螺孔位置。通过结构光相机4拍摄点云图像进行分析后，工控机系统便可以控制机械臂2将打螺钉枪3依次移动到各个螺孔位置处，进行打螺钉作业。

实施例2

本实施例所使用的主要技术手段与实施例1大体相同，其主要不同点在于，本实施例为一种基于3D模板匹配进行点云图像识别分析，以实现自动化汽车保险杠打螺钉作业的系统，包括固定台1；固定台1用于固定安装机械臂2，机械臂2的自由端设置有打螺钉枪3，用于进行打螺钉作业；机械臂2为7自由度机械臂，可以自由地对形状不规则的保险杠6上各处螺孔位置进行打螺钉作业。

与固定台1相配合地设置有保险杠固定台5，保险杠固定台5上可以固定设置待加工的保险杠6，将保险杠6设置在保险杠固定台5上之后即可启动机械臂2进行打螺钉工序；如图2所示，在机械臂2的自由端通过连接架21连接有结构光相机4，结构光相机包括工业相机，相机上设置有光栅发生器，并且配套地设置有多组波长不同的滤光片和镜头，可以通过结构光相机4对保险杠6进行全方位的扫描拍摄，以得到保险杠6精确的3D点云图像；结构光相机4可以将拍摄得到的图像通过信号传输到工控机系统进行处理。

通过图像识别系统对拍摄得到的3D点云图像进行识别，得到保险杠6上的每个螺孔位置的精确坐标信息后，工控机系统内的机器人引导模块便会控制机械臂2以及打螺钉枪3进行打螺钉工作。

如图3所示，本实施例中所使用的系统包括以结构光相机4为主的点云图像采集系统，以及配合设置的工控机系统；点云图像采集系统中主要包括结构光相机；工控机系统内设置有与结构光相机信号连接的相机控制模块，可以通过相机控制模块控制结构光相机4的工作。

结构光相机4拍摄得到3D点云图像之后，将拍摄得到的图像通过相机控制模块转发传输到点云处理模块；点云处理模块用于处理识别结构光相机4所拍摄到的点云图，通过识别点云图以识别保险杠6的具体型号，并且处理结果传输到上位机进行保存，以便后续生产流程参考使用，方便以后进行优化调整。

如图4所示，在图像处理模块内设置有用于对点云图像进行实时处理分析的系统，主要包括离线模块和在线模块两部分；对于有条件使用在线模块的场合，可以通过在线模块进行图像的处理与检测；在线模块可以通过网络连接服务器端设置的数据库，并且将图像采集系统所上传的3D点云图像与数据库内的点云图像模板库进行对比匹配，根据相似程度得到匹配得分，根据匹配得分结果判断汽车保险杠6的型号尺寸等数据后，得到需要进行打螺钉加工的汽车保险杠6上需要进行打螺钉的位置结果；如果是无法使用在线模块的场合，则可以利用离线模块内预设的离线构建模板库，代替服务器端数据库进行采集得到的点云图像与模板图像的匹配与分析检测，使得在车间缺乏联网设备的条件下也能够进行实时3D点云图像分析。

通过图像处理模块完成采集到的3D点云图像分析之后，便可以将结果传输至工控机系统内的机器人引导系统，引导机械臂2以及打螺钉枪3移动到需要进行打螺钉的位置，开始打螺钉作业；而在完成图像处理之后，点云处理模块还可以将检测分类的结果分别发送至上位机和数据储存模块；工作人员可以通过上位机获取实施分类结果以及模板匹配得分，以综合判断系统的工作情况，在需要时进行人工介入，以在系统出现误差时及时止损；而数据储存模块则同时储存拍摄得到的点云图像以及结果数据，便于日后查阅记录和进行追溯操作等，以方便不断优化系统设置；数据储存模块可以设置在工控机系统内的储存单元，也可以在条件允许的情况下使用服务器云端储存。

以上所述，仅为结合具体实施例对本实用新型做出的进一步解释说明，所做的一切描述并不代表对本实用新型的保护范围做出了限制，任何本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内所能够轻易想到的变化或是替换方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围内，因此，本实用新型的保护范围应该以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，包括图像采集系统，其特征在于：所述图像采集系统包括相机，所述图像采集系统通过信号连接有工控机系统；所述工控机系统包括相机控制模块，所述相机控制模块通过信号连接到所述相机；所述工控机系统通过信号连接到打螺钉工位；所述打螺钉工位包括与所述工控机系统信号连接的打螺钉机械臂，与所述打螺钉机械臂配合地设置有保险杠固定台；所述打螺钉机械臂的自由端设置固定有打螺钉枪，所述打螺钉机械臂的末端固定连接有相机；所述工控机系统内设置有图像处理模块，所述图像处理模块通过信号连接有上位机；所述图像处理模块包括在线检测模块，所述在线检测模块通过信号连接到在线数据库，所述在线数据库内设置有保险杠点云图像识别特征库。

2.根据权利要求1所述的基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，其特征在于：所述图像处理模块包括离线构建模板库；所述离线构建模板库内设置有保险杠点云图像识别特征库。

3.根据权利要求1所述的基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，其特征在于：所述工控机系统包括数据储存模块，所述数据储存模块通过信号连接到所述图像处理模块。

4.根据权利要求1所述的基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，其特征在于：所述打螺钉机械臂固定设置在固定台上，所述打螺钉机械臂为7自由度机械臂结构。

5.根据权利要求4所述的基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，其特征在于：所述相机通过连接架与所述打螺钉机械臂的自由端固定连接，所述相机为结构光相机。

6.根据权利要求5所述的基于3D模板匹配的汽车保险杠自动打螺钉系统，其特征在于：所述结构光相机设置有多组波长不同的滤光片，与所述滤光片配合地设置有多组镜头。