基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊的制作方法
【專利摘要】一種基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其包括震動(dòng)盤、直線振動(dòng)器、直線入料槽、供料結(jié)構(gòu)、裝配機(jī)械手、壓裝結(jié)構(gòu)，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)、推料板、推料氣缸，所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)與直線入料槽的末端相接，所述推料板在推料氣缸作用下可引著推料槽運(yùn)動(dòng)，所述裝配機(jī)械手包括X軸進(jìn)給滑臺(tái)氣缸、Z軸升降氣缸、平行氣爪，所述平行氣爪上固定安裝有與靜片外形匹配的夾持塊，所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述靜片裝配模塊還包括機(jī)器視覺(jué)定位裝置，所述機(jī)器視覺(jué)定位裝置包括工業(yè)級(jí)相機(jī)、LED照明燈、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱、頂升氣缸，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱連接在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)連接板固定在頂升氣缸上。本實(shí)用新型提出了一種基于工業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，結(jié)構(gòu)巧妙、運(yùn)行穩(wěn)定的靜片裝配模塊。
【專利說(shuō)明】基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)化裝配機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種閥芯柔性自動(dòng)化裝配設(shè)備，尤其是一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的靜片裝配模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)各類機(jī)械產(chǎn)品的裝配作業(yè)一般都是由手工完成。但是制造業(yè)的實(shí)踐表明，手工裝配生產(chǎn)在一般情況下存在一些明顯缺陷:1)產(chǎn)品質(zhì)量的重復(fù)性、一致性差。大批量生產(chǎn)條件下，人工裝配中由于工人的情緒、環(huán)境影響、個(gè)人技能及體能的差異等因素，故不同工人、不同批次的產(chǎn)品質(zhì)量特性可能會(huì)出現(xiàn)較大的差別，產(chǎn)品的質(zhì)量特性分散范圍將變大，難以達(dá)到較高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。2)產(chǎn)品的精度較低。人工裝配產(chǎn)品的精度由于受到工人自身?xiàng)l件的限制，難以達(dá)到較高的精度水平，而且部分精度要求高的裝配工作難以依靠人工完成。3)勞動(dòng)生產(chǎn)率低。人工裝配大多屬于勞動(dòng)力密集型，勞動(dòng)生產(chǎn)率很大程度上取決于裝配工人的技能水平和熟練程度，產(chǎn)品的裝配時(shí)間在產(chǎn)品生產(chǎn)總工時(shí)中占有相當(dāng)高的比例。據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，一些典型產(chǎn)品的裝配時(shí)間占生產(chǎn)總工時(shí)的53 %左右，若全部的裝配都是人工控制完成，則生產(chǎn)率將可能降低到40%左右。若隨著裝配自動(dòng)化水平的提高，生產(chǎn)率可上升到85%-97%，但目前產(chǎn)品裝配的平均自動(dòng)化水平僅為10% — 15%。4)裝配成本較高。隨著人工成本的增加，以手工為主的裝配作業(yè)占產(chǎn)品生產(chǎn)總成本的比例不斷增力口，部分產(chǎn)品已到達(dá)35%-50%甚至以上。裝配費(fèi)用成為許多制造企業(yè)成本的最大組成部分之一。同時(shí)隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，特別是柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造加工自動(dòng)化水平得到了大幅度的提高，很大程度上已領(lǐng)先于裝配工藝與技術(shù)，兩者形成了明顯的反差，使得傳統(tǒng)的手工裝配工藝面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
[0003]據(jù)筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，溫臺(tái)地區(qū)工業(yè)管道、水暖閥門類企業(yè)有300多家，產(chǎn)值超過(guò)200億元，其中臺(tái)州地區(qū)以水暖類陶瓷閥芯生產(chǎn)企業(yè)為主。以年產(chǎn)值達(dá)到I億以上的一家企業(yè)為例，其閥芯零件的生產(chǎn)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化與半自動(dòng)化制造，而80%甚至以上的企業(yè)生產(chǎn)工人來(lái)完成水暖閥芯的裝配工作，裝配勞工成本投入已占到產(chǎn)品總成本的30%以上；且人工裝配效率與產(chǎn)品裝配質(zhì)量不能保證，裝配難以跟上制造的快節(jié)拍；再加上近年來(lái)不斷涌現(xiàn)的“招工荒”與我國(guó)進(jìn)入中等收入國(guó)家后勞工成本的快速增長(zhǎng)，缺乏相應(yīng)高效的自動(dòng)化柔性裝配設(shè)備已成為制約企業(yè)提高產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)的重要瓶頸。
[0004]本實(shí)用新型所形成的閥芯自動(dòng)裝配機(jī)，裝配工作的對(duì)象主要為陶瓷閥芯。陶瓷閥芯是通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥桿來(lái)控制水流通斷與流量的一種衛(wèi)浴產(chǎn)品，其使用壽命長(zhǎng)，密封性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于水龍頭出水口處。其包括安裝在水龍頭內(nèi)的閥體，閥體內(nèi)插接有閥桿，閥桿下端通過(guò)消聲片卡接在陶瓷動(dòng)片上，陶瓷動(dòng)片與陶瓷靜片互相貼合，陶瓷靜片固定安裝在閥體內(nèi)，下方還安裝有壓片和密封墊。陶瓷靜片上開(kāi)有兩個(gè)相對(duì)的進(jìn)水通孔，陶瓷動(dòng)片與閥體上亦開(kāi)有與進(jìn)水通孔相對(duì)應(yīng)的出水通孔。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥桿的時(shí)候，其下端的消聲片帶動(dòng)陶瓷動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)，使得動(dòng)片上的出水通孔與靜片上的進(jìn)水通孔與閥體上的出水口相互貫通，從而實(shí)現(xiàn)水從轉(zhuǎn)芯流出。
[0005]陶瓷閥芯中的陶瓷靜片為高度4mm的類圓柱片，柱體中有對(duì)稱類扇形通孔，周向布有對(duì)稱小耳，為較不規(guī)則形狀。其排序不僅有正反面篩選要求，而且需對(duì)周向進(jìn)行準(zhǔn)確定位，以適應(yīng)裝配時(shí)與閥體內(nèi)壁的配合要求。故，對(duì)于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷靜片，定位及定位的精度是其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配的前提條件，也是該工位的主要難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服靜片外形復(fù)雜不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)確定位的難題，本實(shí)用新型提出了一種基于工業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，結(jié)構(gòu)巧妙、運(yùn)行穩(wěn)定的靜片裝配模塊。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其包括震動(dòng)盤、直線振動(dòng)器、直線入料槽、供料結(jié)構(gòu)、裝配機(jī)械手、壓裝結(jié)構(gòu)，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)、推料板、推料氣缸，所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)與直線入料槽的末端相接，所述推料板在推料氣缸作用下可引著推料槽運(yùn)動(dòng)，所述裝配機(jī)械手包括X軸進(jìn)給滑臺(tái)氣缸、Z軸升降氣缸、平行氣爪，所述平行氣爪上固定安裝有與靜片外形匹配的夾持塊，所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述靜片裝配模塊還包括機(jī)器視覺(jué)定位裝置，所述機(jī)器視覺(jué)定位裝置包括工業(yè)級(jí)相機(jī)、LED照明燈、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱、頂升氣缸，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱連接在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)連接板固定在頂升氣缸上。
[0009]進(jìn)一步，所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)設(shè)置在推料槽上，所述推料槽的寬度大于靜片的外徑，所述推料槽末端為半圓弧形的初步定位槽。
[0010]再進(jìn)一步，所述工業(yè)級(jí)相機(jī)、LED照明燈通過(guò)連接板固定在機(jī)架上，所述工業(yè)攝像機(jī)固定在初步定位槽的正上方。
[0011]作為優(yōu)選的一種方案:所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱為階梯狀軸類零件，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱安裝位置的旋轉(zhuǎn)軸心與上述推料槽末端的半圓弧形初步定位槽的圓心重合；所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱可轉(zhuǎn)動(dòng)、可上下滑動(dòng)套裝在無(wú)油襯套上，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱的下端通過(guò)聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接。
[0012]作為優(yōu)選的另一種方案:所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)設(shè)置在推料槽上方，所述供料槽結(jié)構(gòu)包括上蓋板、過(guò)渡入料板，所述上蓋板通過(guò)螺釘固定在過(guò)渡入料板，所述過(guò)渡入料板上設(shè)置有過(guò)渡料槽，所述過(guò)渡料槽的開(kāi)口方向與上述推料槽的方向垂直，所述直線入料槽與過(guò)渡料槽連接。
[0013]作為優(yōu)選的再一種方案:所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述壓裝氣缸通過(guò)連接板固定在機(jī)架上，所述壓頭固定在壓裝氣缸上，所述壓頭直徑小于閥體內(nèi)徑的大小。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:通過(guò)機(jī)械振動(dòng)結(jié)合工業(yè)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)結(jié)合的方式，能有效地解決陶瓷靜片復(fù)雜外形零件的供料排序問(wèn)題，為陶瓷靜片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配提供了重要的基礎(chǔ)。上述模塊通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效率遠(yuǎn)超過(guò)人工裝配陶瓷靜片的工作效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊整體結(jié)構(gòu)示意圖
[0016]圖2是本實(shí)用新型供料結(jié)構(gòu)與機(jī)器視覺(jué)定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0017]圖3是本實(shí)用新型裝配機(jī)械手及壓裝結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖4是本實(shí)用新型裝配機(jī)械宋裝配高度的示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]參考圖1?圖4，下面介紹本實(shí)用新型提出的一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的靜片裝配模塊。一種基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其包括震動(dòng)盤1-1、直線振動(dòng)器1-2、直線入料槽1-3、供料結(jié)構(gòu)2、裝配機(jī)械手、壓裝結(jié)構(gòu)，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)、推料板2-2、推料氣缸2-1，所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)與直線入料槽的末端相接，所述推料板在推料氣缸作用下可引著推料槽運(yùn)動(dòng)，所述裝配機(jī)械手包括X軸進(jìn)給滑臺(tái)氣缸4-1、Ζ軸升降氣缸4-2、平行氣爪4-3，所述平行氣爪上固定安裝有與靜片外形匹配的夾持塊4-4，所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸5-1與壓頭5-2，所述靜片裝配模塊還包括機(jī)器視覺(jué)定位裝置3，所述機(jī)器視覺(jué)定位裝置包括工業(yè)級(jí)相機(jī)3-5、LED照明燈3-6、步進(jìn)電機(jī)3_1、旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱3_2、頂升氣缸3_4，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱連接在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)連接板固定在頂升氣缸上。
[0021]所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)設(shè)置在推料槽上，所述推料槽的寬度大于靜片的外徑，所述推料槽末端為半圓弧形的初步定位槽。所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)設(shè)置在推料槽上方，所述供料槽結(jié)構(gòu)包括上蓋板2-3、過(guò)渡入料板2-4，所述上蓋板通過(guò)螺釘固定在過(guò)渡入料板，所述過(guò)渡入料板上設(shè)置有過(guò)渡料槽，所述過(guò)渡料槽的開(kāi)口方向與上述推料槽的方向垂直，所述直線入料槽與過(guò)渡料槽連接。
[0022]所述工業(yè)級(jí)相機(jī)、LED照明燈通過(guò)連接板固定在機(jī)架上，所述工業(yè)攝像機(jī)固定在初步定位槽的正上方。
[0023]所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱為階梯狀軸類零件，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱安裝位置的旋轉(zhuǎn)軸心與上述推料槽末端的半圓弧形初步定位槽的圓心重合；所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱可轉(zhuǎn)動(dòng)、可上下滑動(dòng)套裝在無(wú)油襯套3-3上，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱的下端通過(guò)聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接。
[0024]所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述壓裝氣缸通過(guò)連接板固定在機(jī)架上，所述壓頭固定在壓裝氣缸上，所述壓頭直徑小于閥體內(nèi)徑的大小。
[0025]針對(duì)陶瓷靜片外形結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)【背景技術(shù)】介紹，本工位采用圓錐形振動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)陶瓷靜片的正反面篩選后，利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和相應(yīng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其周向定位。
[0026]靜片在經(jīng)過(guò)振動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)正反面篩選后，通過(guò)直線振動(dòng)器送至供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)處，推料氣缸2-1驅(qū)動(dòng)推料板將靜片推至半圓弧形初步定位槽處,并實(shí)現(xiàn)初步定心定位。為防止靜片在待料區(qū)發(fā)生疊片現(xiàn)象和推料板速度過(guò)快導(dǎo)致靜片送料不穩(wěn)，故在其移送過(guò)程中加有上蓋板2-3。在靜片到達(dá)圓弧形初步定位槽處的預(yù)定位置后，機(jī)器視覺(jué)模塊開(kāi)始工作并實(shí)現(xiàn)其周向定位。其過(guò)程簡(jiǎn)要概述如下:靜片到達(dá)預(yù)定位置，旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱3-2在頂升氣缸作用下上升到設(shè)定高度，PLC發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)工業(yè)級(jí)相機(jī)3-5獲取實(shí)時(shí)圖像，相關(guān)軟件與程序分析計(jì)算出所需旋轉(zhuǎn)的角度，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)并通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)靜片旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)角度；完成初次旋轉(zhuǎn)后，機(jī)器視覺(jué)模塊將二次拍照處理分析以確定靜片是否處于所需角度，從而實(shí)現(xiàn)其準(zhǔn)確的周向定位。
[0027]陶瓷靜片周向定位進(jìn)行的同時(shí)，裝配機(jī)械手將移至預(yù)定位置即旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱上方靜片的支撐高度位置。待靜片周向定位完成后，平行氣爪驅(qū)動(dòng)夾持塊閉合實(shí)現(xiàn)夾持，夾持塊內(nèi)壁與靜片外壁相適應(yīng)，以保證在移動(dòng)過(guò)程中不對(duì)靜片的周向定位產(chǎn)生影響。在二自由度裝配機(jī)械手移送下，陶瓷靜片被置于閥體上方0.5mm處，平行氣爪松開(kāi)，靜片在重力作用下落至閥體腔內(nèi)，其周向?qū)ΨQ小耳亦與閥體內(nèi)壁嵌槽嵌合。為保證靜片落至要求位置并與陶瓷動(dòng)片上表面貼合，在其下落后，其上方的壓頭在壓頭氣缸驅(qū)動(dòng)下下壓，以保證陶瓷靜片的裝配位置和裝配質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其包括震動(dòng)盤、直線振動(dòng)器、直線入料槽、供料結(jié)構(gòu)、裝配機(jī)械手、壓裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)、推料板、推料氣缸，所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)與直線入料槽的末端相接，所述推料板在推料氣缸作用下可引著推料槽運(yùn)動(dòng)，所述裝配機(jī)械手包括X軸進(jìn)給滑臺(tái)氣缸、Z軸升降氣缸、平行氣爪，所述平行氣爪上固定安裝有與靜片外形匹配的夾持塊，所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述靜片裝配模塊還包括機(jī)器視覺(jué)定位裝置，所述機(jī)器視覺(jué)定位裝置包括工業(yè)級(jí)相機(jī)、LED照明燈、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱、頂升氣缸，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱連接在步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上，所述步進(jìn)電機(jī)通過(guò)連接板固定在頂升氣缸上。
2.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其特征在于:所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)設(shè)置在推料槽上，所述推料槽的寬度大于靜片的外徑，所述推料槽末端為半圓弧形的初步定位槽。
3.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其特征在于:所述工業(yè)級(jí)相機(jī)、LED照明燈通過(guò)連接板固定在機(jī)架上，所述工業(yè)攝像機(jī)固定在初步定位槽的正上方。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱為階梯狀軸類零件，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱安裝位置的旋轉(zhuǎn)軸心與上述推料槽末端的半圓弧形初步定位槽的圓心重合；所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱可轉(zhuǎn)動(dòng)、可上下滑動(dòng)套裝在無(wú)油襯套上，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱的下端通過(guò)聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其特征在于:所述供料過(guò)渡板結(jié)構(gòu)設(shè)置在推料槽上方，所述供料槽結(jié)構(gòu)包括上蓋板、過(guò)渡入料板，所述上蓋板通過(guò)螺釘固定在過(guò)渡入料板，所述過(guò)渡入料板上設(shè)置有過(guò)渡料槽，所述過(guò)渡料槽的開(kāi)口方向與上述推料槽的方向垂直，所述直線入料槽與過(guò)渡料槽連接。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于機(jī)器視覺(jué)的靜片裝配模塊，其特征在于:所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述壓裝氣缸通過(guò)連接板固定在機(jī)架上，所述壓頭固定在壓裝氣缸上，所述壓頭直徑小于閥體內(nèi)徑的大小。
【文檔編號(hào)】B23P19/027GK203853757SQ201420123027
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】鄭祥模 申請(qǐng)人:鄭祥模