CN108858026A - 一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，包括传输线、图像采集装置、旋转装置、设置在传输线侧端的机械手、升降台、控制***；旋转装置位于传输线下端，旋转装置下端设有升降台，传输线将轮毂传输至旋转装置上端；图像采集装置用以采集轮毂的位置数据，包括轮毂的直径、高度以及气门孔的高度和倾斜角度；控制***用以对图像采集装置采集的数据进行处理后，并控制升降台的升降、旋转装置的旋转角度、机械手和传输线的运动；传输线将轮毂传输至旋转装置上端后，升降台上升将轮毂抬升，旋转装置旋转将气门孔正对机械手，并控制机械手抓取气门芯密封塞对气门孔进行插塞；解决了现有插塞装置无法对有倾斜角度的气门孔进行插塞的问题。

Description

一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置

技术领域

本发明属于汽车生产设备技术领域，特别是一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置。

背景技术

轮毂作为汽车一个重要组成部分，起着支撑车身重量的作用，对汽车的节能、环保、安全性、操作性都有着重要的影响。目前，汽车轮毂多采用铝合金来制造。生产商出于对汽车行驶中安全性能的考虑，对轮毂气密性的检测有很严格的要求，每个轮毂出厂前都会对轮毂进行气密性检测。在汽车轮毂进行气密性检测时，需要将密封塞***气门孔后进行气密性检测，检测完了再将密封塞拔出。插密封塞一般分为人工操作和机械操作，前者速度比较慢，效率比较低；后者则存在局限性。

如中国专利号CN201520146232.8中公开了一种汽车轮毂插拔装置，该装置未能考虑到轮毂的气门孔的倾斜角度，当夹持器***密封塞时可能会导致失败，并且机械手移动方式有限，未考虑生产线上轮毂大小的变化，只适合一种轮毂的生产，不适合现在工厂的混合生产。

再如中国专利号CN201520114672.5中公开了一种全自动轮毂插拔塞装置，该装置中采用翻转机构的方式将密封塞输送到机械手中，采用翻转机构增加了机构的复杂性，降低了机械手夹取密封塞的精准性，当机械手高度变化时翻转机构则不能成功输送到机械手中。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，以解决现有的插塞装置未考虑轮毂的气门孔的倾斜角度以及无法满足混线生产的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，包括传输线、图像采集装置、旋转装置、设置在传输线侧端的机械手、升降台、控制***；

所述旋转装置位于传输线下端，所述旋转装置下端设有升降台，传输线将轮毂传输至旋转装置上端；所述图像采集装置用以采集轮毂的位置数据，包括轮毂的直径、宽度以及气门孔的高度和倾斜角度；所述控制***用以对图像采集装置采集的数据进行处理后，并控制升降台的升降、旋转装置的旋转角度、机械手和传输线的运动；传输线将轮毂传输至旋转装置上端后，升降台上升将轮毂抬升，旋转装置旋转将气门孔正对机械手，并控制机械手抓取密封塞正对气门孔轴向进行插塞。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明通过定位装置可对不同直径的轮毂进行定位，可对直径为13-24英寸，轮宽4-12英寸铝合金轮毂进行密封塞的插塞动作；适合车间混合生产，各种大小的轮毂可以随机进入工作台，完成工作。

(2)检测了轮毂的直径、宽度以及气门孔的高度和倾斜角度，使插塞更精确稳定；解决了现有插塞装置无法对设有倾斜角度的气门孔进行插塞的问题；同时侧面进行插塞，确保对轮毂无损伤。

(3)具备自动供塞功能；采用气动控制插密封塞，可控制***压力确保轮毂气密性检测的准确性和稳定性。

(4)本发明通过定位装置对轮毂进行中心定位，同时以卡盘为中心，便于机械手根据轮毂的外径、气门孔的高度，可直接沿垂直于传输线传输方向及高度方向控制行进距离，避免了沿传输线传输方向距离的调整，便于控制***位置解算。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例的总体结构示意图。

图2为传输线一种实施例的俯视示意图。

图3为旋转装置的总体结构示意图。

图4为机械手一种实施例的总体结构示意图

图5为三轴传动机构的总体结构示意图。

图6为设有输料机的机械手一种实施例的总体结构示意图。

图7为图6中回转装置和夹持装置的局部放大图。

图8为本发明的控制***的控制原理图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，包括传输线1、图像采集装置2、升降台3、旋转装置4、设置在传输线1侧端的机械手5、输料机6、控制***；

所述旋转装置4位于传输线1下端，所述旋转装置4下端设有升降台6，传输线1将轮毂7传输至插塞工位，即旋转装置4上端；所述图像采集装置2用以采集轮毂7的位置数据，包括轮毂7的直径、宽度以及气门孔7-1的高度和倾斜角度；所述控制***用以对图像采集装置2采集的数据进行处理后，并控制升降台6的升降、旋转装置4的旋转角度、机械手5和传输线1的运动；传输线1将轮毂7传输至旋转装置4上端后，升降台6上升将轮毂7抬升，旋转装置4旋转将气门孔7-1正对机械手5并用定位滑块4-32锁住轮毂7，再控制机械手5抓取密封塞8正对气门孔轴向7-1进行插塞；完成插塞后，升降台6将轮毂7下降，传输线1将轮毂7继续向下一工位传输。

在一些实施方式中，所述传输线1上设有传感器，传感器检测到轮毂7位于旋转装置4上端时，控制***控制传输线1停止运动。

在另外一些实施方式中，当图像采集装置检测到轮毂7位于旋转装置4上端时，控制***控制传输线1停止运动。

作为一种实施方式，结合图1，所述图像采集装置包括第一摄像机2-1、扫描仪2-2、第二摄像机2-3；所述第一摄像机2-1、扫描仪2-2均设置在插塞工位的轮毂7上端，第一摄像机2-1用以采集轮毂7的直径、气门孔位置数据；所述扫描2-2用以采集气门孔7-1的倾斜角度；所述第二摄像机2-2设置在轮毂7的侧端，用于检测旋转后的轮毂7气门孔7-1的高度，以控制机械手5的行进距离，完成精准插塞。采集轮毂7的气门孔7-1位置数据以控制旋转装置4的转动，把轮毂7转动到气门孔7-1正对机械手5；采集气门孔7-1的宽度数据和轮毂直径数据以控制机械手5的运动位置；采集气门孔7-1的倾斜角度和高度，以控制机械手5的姿态，控制插塞的角度和高度。

进一步的，所述扫描仪2-2为激光轮廓扫描仪或双目摄像头拍照式三维扫描仪。

作为一种实施方式，所述第一摄像2-1、扫描仪2-2均通过安装架固定在传输线1上端。

在一些实施方式中，所述传输线1为滚筒传输线或传送带；对应插塞工位，传输线1中间设有安装孔1-21，所述旋转装置4位于安装孔1-21内。

结合图2，对于滚筒传输线，中断的滚筒1-2一端与线体支撑架1-1相连，另一端通过轴承座进行支撑。

作为一种实施方式，结合图3，所述旋转装置4包括固定在升降台3上端的伺服电机4-1、与伺服电机4-1输出轴上端相连的卡盘4-2、定位装置4-3；所述定位装置4-3包括安装架4-31、四个定位滑块4-32、滑轨或滑槽4-33、驱动机构4-34；所述四个定位滑块4-32位于以卡盘4-2为中心的四个对角，所述安装架4-31上端对称设有四个滑轨4-33，所述四个定位滑块4-32在驱动机构4-34带动下分别沿四个滑轨4-33滑动；四个定位滑块4-32的滑动方向均垂直于传输线1的传输方向；当轮毂7位于旋转装置4上端时，四个定位滑块4-32从轮毂7外圆将轮毂推动至卡盘4-2中心，进一步便于轮毂位置的解算，卡盘4-2夹紧轮毂7中心孔，伺服电机4-1带动卡盘4-2旋转，将轮毂7旋转至气门孔7-1正对机械手5。定位装置4-3对轮毂7进行夹紧，也可避免一些质量较轻的轮毂7在插塞过程中的滑动，完成插塞后，定位装置4-4松开，升降台6下降。

在一些实施方式中，所述伺服电机4-1上端也可设置转盘取代卡盘4-2对轮毂7进行转动。

进一步的，所述驱动机构4-34为电动缸、液压缸、气缸或电机驱动的滚珠丝杠机构。

进一步的，所述定位滑块4-32上端设有滚轮4-35，滚轮4-35可相对轮毂7外圆转动，在定位滑块4-32推动轮毂7进行中心定位时，可避免对轮毂7外圆的划伤。

在一些实施方式中，所述定位滑块4-32通过安装架4-31直接固定在传输线1的线体上或地基上，定位滑块4-32高于传输线1，且低于轮毂宽度。

在另外一些实施方式中，所述定位滑块4-32通过安装架4-31固定在升降台3上，非工作状态定位滑块4-42位于传输线1下端，升降台3上升时，定位滑块4-32高出传输线1，对轮毂7进行定位。

作为一种实施例，所述机械手5为六轴机械手。

作为一种实施例，结合图4，所述机械手5包括安装座5-1、三轴传动机构、回转装置5-5、夹持装置5-6；所述三轴传动机构与安装座5-1相连，三轴传动机构可相对安装座5-1沿X(水平方向且平行于传输线1传输方向)、Y(水平方向且垂直与传输线1传输方向)、Z(垂直方向且垂直于传输线1传输方向方向)三个方向运动，所述回转装置5-5一端与三轴传动机构相连，另一端与夹持装置5-6相连，所述三轴传动机构、回转装置根据图像采集装置采集的轮毂7尺寸及气门孔7-1位置，在控制***的控制下带动夹持装置5-6调整姿态，完成密封塞8的夹取及插塞动作。

进一步的，结合图5、图6，所述三轴传动机构包括X轴传动机构5-2、Y轴传动机构5-3、Z轴传动机构5-4；所述X轴传动机构5-2、Y轴传动机构5-3、Z轴传动机构5-4均包括通过电机驱动的滚珠丝杠、与滚珠丝杠相连的移动板；X轴传动机构5-2、Y轴传动机构5-3、Z轴传动机构5-4相互连接，带动夹持装置5-6分别相对安装座5-1沿X、Y、Z三个方向运行。

作为一种实施方式，所述X轴传动机构5-2先与安装座5-1相连，滚珠丝杠通过轴承座固定在安装座5-1上端，所述Y轴传动机构5-3安装在X轴传动机构5-2的移动板上，所述Z轴传动机构5-4安装在Y轴传动机构的移动板上。

在另外一些实施方式中，所述X轴传动机构5-2先与安装座5-1相连，所述Z轴传动机构5-4安装在X轴传动机构；所述Y轴传动机构5-3安装在Z轴传动机构5-4的移动板上。

同理，三个传动机构连接顺序可两两组合，完成三轴传动机构沿X、Y、Z三个方向的运行。

进一步的，结合图7，所述回转装置5-5包括旋转伺服电机5-51、与旋转伺服电机5-51相连的转盘5-52；所述旋转伺服电机5-51与三轴传动机构固连，所述夹持装置5-6与转盘5-52相连。使用时，回转装置5-5由旋转伺服电机5-51，可以通过控制转动角度来控制夹持装置5-6的角度，可以使夹持装置5-6开口向下完成密封塞8的抓取，也可以调整角度使密封塞8对准气门孔7-1。

进一步的，所述夹持装置5-6包括导杆气缸5-61、连接板5-62、夹持器5-63；所述导杆气缸5-61固定在转盘5-52上，所述夹持器5-63通过连接板5-62与导杆气缸5-61相连，所述导杆气缸5-61伸缩以带动连接板5-62上的夹持器5-63进行开合，以完成对密封塞8的抓取。

优选的，所述夹持器5-63可选用气立可(CHELIC)公司的Y型机械夹ARSY32气动夹持器。

进一步的，本发明全自动插塞装置还包括与控制***相连的输料机6，用以将密封塞8自动传输至插塞工位，便于机械手5的抓取。

作为一种实施方式，所述输料机6包括振动料斗6-1、与振动料斗6-1相连的排序料道6-2，所述排序料道6-2的出口处靠近机械手5的抓取位置。

通过设置输料机6，排序料道6-2的出口位于夹持器5-6下端，可省去X轴传动机构5-2，回转装置5-5转动夹持器5-6开口垂直向下，Z轴传动机构5-4直接移动下去抓取密封塞8，移动上来后，Y轴传动机构5-3带动回转装置5-5向轮毂7移动，回转装置5-5调整角度***密封塞8。

结合图8，本发明的本发明的全自动插塞装置，控制***设有相应控制单元，本发明基于机器视觉，首先传输线1将轮毂7输送到旋转装置4正上方，通过定位滑块4-32将轮毂7推动至夹紧卡盘4-2中心。再通过图像采集装置2采集轮毂7的直径、宽度以及气门孔7-1的倾斜角度。以卡盘4-2中心基准，控制***可以更加方便解算以及控制机械手5进行精确插塞。然后升降台6上升将轮毂7抬升，旋转装置4旋转将气门孔7-1正对机械手5，并控制机械手5抓取密封塞8对气门孔7-1进行插塞；完成插塞后，升降台6将轮毂7下降，传输线1将轮毂7继续向下一工位传输或进行下线。通过采集到轮毂7的直径、宽度可精确控制机械手5的行进距离和高度，通过采集到气门孔7-1的倾斜角度及高度，便于精确控制机械手5的姿态，调整夹持器5-6正对气门孔轴向7-1进行插塞。可对直径为13-24英寸，轮宽4-12英寸铝合金轮毂进行密封塞的插塞动作；适合车间混合生产，各种大小的轮毂可以随机进入工作台，完成工作。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，包括传输线(1)、图像采集装置(2)、旋转装置(4)、设置在传输线(1)侧端的机械手(5)、升降台(3)、控制***；

所述旋转装置(4)位于传输线(1)下端，所述旋转装置(4)下端设有升降台(3)，传输线(1)将轮毂传输至旋转装置(4)上端；所述图像采集装置(2)用以采集轮毂的位置数据，包括轮毂的直径、宽度以及气门孔的高度和倾斜角度；所述控制***用以对图像采集装置(2)采集的数据进行处理后，并控制升降台(3)的升降、旋转装置(4)的旋转角度、机械手(5)和传输线(1)的运动；传输线(1)将轮毂传输至旋转装置(4)上端后，升降台(6)上升将轮毂抬升，旋转装置(4)旋转将气门孔正对机械手(5)，并控制机械手(5)抓取密封塞(8)正对气门孔轴向进行插塞。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述图像采集装置包括第一摄像机(2-1)、扫描仪(2-2)、第二摄像机(2-3)；所述第一摄像机(2-1)、扫描仪(2-2)均设置在插塞工位的轮毂上端，第一摄像机(2-1)用以采集轮毂的直径、气门孔位置数据；所述扫描仪(2-2)用以采集气门孔的倾斜角度；所述第二摄像机(2-3)设置在轮毂的侧端，用于检测旋转后的轮毂气门孔的高度，以控制机械手(5)的行径距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，所述扫描仪(2-2)为激光轮廓扫描仪或双目摄像头拍照式三维扫描仪。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述旋转装置(4)包括固定在升降台(3)上端的伺服电机(4-1)、与伺服电机(4-1)输出轴上端相连的卡盘(4-2)；所述卡盘(4-2)夹紧轮毂中心孔，伺服电机(4-1)带动卡盘(4-2)旋转，将轮毂旋转至气门孔正对机械手(5)。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述旋转装置(4)还包括定位装置(4-3)；所述定位装置(4-3)包括安装架(4-31)、四个定位滑块(4-32)、滑轨或滑槽(4-33)、驱动机构(4-34)；所述四个定位滑块(4-32)位于以卡盘(4-3)为中心的四个对角，所述安装架(4-31)上端对称设有四个滑轨(4-33)，所述四个定位滑块(4-32)在驱动机构(4-34)带动下分别沿四个滑轨(4-33)滑动；四个定位滑块(4-32)的滑动方向均垂直于传输线(1)的传输方向；四个定位滑块(4-32)从轮毂外圆将轮毂推动至卡盘(4-2)中心。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述定位滑块(4-32)上端设有滚轮(4-35)，滚轮(4-35)可相对轮毂外圆转动。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述机械手(5)为六轴机械手。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述机械手(5)包括安装座(5-1)、三轴传动机构、回转装置(5-5)、夹持装置(5-6)；所述三轴传动机构与安装座(5-1)相连，三轴传动机构可相对安装座(5-1)沿X、Y、Z三个方向运动，所述回转装置(5-5)一端与三轴传动机构相连，另一端与夹持装置(5-6)相连，所述三轴传动机构、回转装置根据图像采集装置采集的轮毂尺寸及气门孔位置，在控制***的控制下带动夹持装置(5-6)调整姿态，完成密封塞(8)的夹取及插塞动作。

9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述回转装置(5-5)包括旋转伺服电机(5-51)、与旋转伺服电机(5-51)相连的转盘(5-52)；所述旋转伺服电机(5-51)与三轴传动机构固连，所述夹持装置(5-6)与转盘(5-52)相连。

10.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的轮毂气门孔全自动插塞装置，其特征在于，所述夹持装置(5-6)包括导杆气缸(5-61)、连接板(5-62)、夹持器(5-63)；所述导杆气缸(5-61)固定在转盘(5-52)上，所述夹持器(5-63)通过连接板(5-62)与导杆气缸(5-61)相连，所述导杆气缸(5-61)伸缩以带动连接板5-62上的夹持器(5-63)进行开合，以完成对密封塞(8)的抓取。