CN111921788A - 高精度动态跟踪点胶方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高精度动态跟踪点胶方法及其装置，属于在线式点胶技术领域，包括一下步骤产品定位、工艺轨迹、轨迹优化、产品跟踪位姿缓存、产品坐标系合成和位姿补偿，本发明通过视觉识别和定位模块对产品进行定位，同时通过运算形成工艺轨迹生成，用于动态生成点胶轨迹，轨迹优化根据出胶量和胶水的形状，自动的改变轨迹的速度，自动控制针头和产品表面的距离，自动控制针头和产品表面法向量的夹角，位姿补偿，用于进一步提升点胶轨迹精度，跟踪点胶实现涂胶作业，整台设备的机构显得简洁可靠，省去了多余动作，只保留核心的点胶动作，不仅节省了作业事件，极大增加了产能，也契合精益生产的核心理念，生产效率大大提升。
Description
技术领域
本发明属于在线式点胶技术领域，具体涉及高精度动态跟踪点胶方法及其装置。
背景技术
传统的点胶方式，需要先定位，再点胶工作周期较长，目前也有使用现成的工业机器人，***集成控制跟随的功能，由于不是在实时控制***(最大1ms的同步周期)统一规划工艺轨迹和控制工艺。导致点胶***精度不高。应用受到限制。目前市场上也有，基于轴组的跟随控制***，但是路径规划工艺繁琐，没有使用CNC动态规划路径灵活,通用的追剪运动控制***，又需要额外增加一根追随轴，来实现跟踪功能。
发明内容
本发明的目的在于提供高精度动态跟踪点胶方法及其装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高精度动态跟踪点胶方法，其特征在于，包括以下步骤：
产品定位：通过视觉识别和定位模块，用于在线监测来料的位姿，包括空间的4～6个自由度，根据视觉和运动控制标定的转换矩阵，将视觉检测结果转换为运动控制坐标系的结果；
工艺轨迹：动态生成点胶轨迹，根据得到的空间轮廓包括2D的平面轮廓，3D的空间轮廓位置信息，并结合点胶工艺要求生成点胶轨迹和根据轮廓的法向量和点胶轨迹，生成点胶姿态信息，结合位置和姿态信息生成点胶轨迹；
轨迹优化：用于轨迹的速度规划和路径的平滑，保证达到工艺要求，对于工艺要求特别严苛的产品，可以加入点胶量闭环控制***，根据PLC***输出变化的信息来进行点胶轨迹的控制，即通过比较点胶运动轨迹与期望工艺运动轨迹之间的偏差，并消除偏差；
产品跟踪位姿缓存：记录产品位姿，并且根据产品的位置实时的更新，而且可以通过FIFO的方式缓存1～10个产品位姿数据；
产品坐标系合成：当前加工的产品，通过实时更新合成的坐标系方法，动态更新生成的轨迹数据；
位姿补偿；进一步提升点胶轨迹精度，可以包括螺距补偿，2D补偿，3D空间补偿功能；
点胶限位：限制点胶区域，防止碰撞。
优选的，产品定位具体包括：
皮带位置实时读取模块，用于皮带位置的实时记录并读取；
产品位置锁存模块，用于记录产品的位置，通过传感器触发，同时记录皮带位置和触发图像识别***，抓取图像或者3D点云图；
来料位姿检测通过传感器检测来料是否到达触发位置来触发拍摄组件获取动作。
优选的，点胶限位包括设置点胶FIFO区域模块，用于限制点胶的区域，防止碰撞。
优选的，工艺轨迹具体包括：
PLC控制机构对产品位置锁存模块抓起的图像进行读取，进行强定位算子处理和中心的以及角度的计算得出数据；
PLC控制机构读取点胶机构基础坐标系、点胶机构末端工具坐标系、拍摄组件像素坐标系和产品坐标系通过旋转缩放平移矩阵计算完成手眼标定，通过实时更新合成的坐标系方法，动态更新生成的轨迹数据。
优选的，轨迹优化具体包括：
PLC控制机构取得上述产品工艺运动轨迹，运动轨迹包括点胶轨迹的角度、点胶轨迹的曲率、点胶轨迹速率，根据出胶量和胶水形状，有PLC自动演算点胶局部区块的优化控制参数，自动的改变轨迹的速度，自动控制针头和产品表面的距离，自动控制针头和产品表面法向量的夹角。
优选的，位姿补偿具体包括：
通过产品位置锁存模块获取当前产品在测量坐标系下的法矢向量，建立当前点胶机构坐标系和实际点胶设备坐标系，并构建点胶坐标系和测量坐标系的线性关系；
获取并处理所述距离传感器阵列的当前读数，得到当前工件在点胶坐标系下的法矢偏角，根据法矢向量和所述理论法矢向量分别计算法矢向量的待加工位置和所述理论法矢向量的理论加工位置；
PLC控制机构计算待加工位置和理论加工位置的加工误差，利用线性关系处理所述加工误差，得到两个进给移动组件的补偿量。
高精度动态跟踪点胶装置，包括机体，其特征在于：所述机体内部设置有储胶罐、移动机构和点胶机构，所述移动机构包括横向移动组件和纵向移动组件，所述点胶机构与移动机构滑动连接，点胶机构通过横向移动组件和纵向移动组件进行位置调节，点胶机构通过移动机构对传送机构上端的产品进行在线式跟踪精确点胶，所述机体一侧设置有传送机构，所述传送机构一端设置有安放架，所述安放架上设置有拍摄机构，所述拍摄机构上设置有旋转件，所述拍摄机构通过旋转件与安放架旋转连接，拍摄机构通过旋转件对传送机构上端表面的产品进行跟踪拍摄，所述机体左侧设置有PLC控制机构。
优选的，所述传送机构通过底端设置的固定支架使得传送机构水平设置，传送机构上设置有传感器和皮带，通过传感器检测传送机构上产品是否到达触发位置并与拍摄机构配合跟踪来进行跟踪拍摄抓图或者3D点云图。
优选的，所述储胶罐上设置有压力表和压力泵，储胶罐通过压力泵便于点胶机构出胶，所述储胶罐输出端通过管路与点胶机构输入端连通。
优选的，PLC控制机构与拍摄机构、移动机构、传送机构、点胶机构和传感器电性连接，所述传感器和拍摄机构用于实时获取传送机构上产品的运动轨迹和坐标，PLC控制机构控制移动机构和点胶机构对产品进行点胶工作。
与现有技术相比，本发明提供了高精度动态跟踪点胶方法及其装置，具备以下有益效果：
本发明可实现对在线产品动态点胶；提升了工作效率，减少了不必要的二次装夹，通过视觉识别和定位模块对产品进行定位，同时通过运算形成工艺轨迹生成，用于动态生成点胶轨迹，轨迹优化根据出胶量和胶水的形状，自动的改变轨迹的速度，自动控制针头和产品表面的距离，自动控制针头和产品表面法向量的夹角，位姿补偿，用于进一步提升点胶轨迹精度，对于高精度的刚体产品，可以事先编写好CNC轨迹，跟踪点胶实现涂胶作业，整台设备的机构显得简洁可靠，省去了多余动作，只保留核心的点胶动作，不仅节省了作业事件，极大增加了产能，也契合精益生产的核心理念，生产效率大大提升。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明高精度点胶控制装置流程图；
图2为本发明提出高精度动态跟踪点胶装置的结构示意图；
图中：1、传送机构；2、安放架；3、拍摄机构；4、PLC控制机构；5、机体；6、移动机构；7、储胶罐；8、点胶机构。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的一个实施例，本发明提供高精度动态跟踪点胶方法：包括
产品定位；
工艺轨迹；
轨迹优化；
产品跟踪位姿缓存；
产品坐标系合成；
位姿补偿；
点胶区域设置模块，用于限制点胶的区域，防止碰撞。
通过视觉识别和定位模块对产品进行定位，同时通过运算形成工艺轨迹生成，用于动态生成点胶轨迹，轨迹优化根据出胶量和胶水的形状，自动的改变轨迹的速度，自动控制针头和产品表面的距离，自动控制针头和产品表面法向量的夹角，位姿补偿，用于进一步提升点胶轨迹精度。
下面结合本发明的较佳实施例对该高精度动态跟踪点胶方法进行说明：
该方法包括：
S1)产品定位：视觉识别，定位模块，用于在线监测来料的位姿(可以包括空间的4～6个自由度)，同时根据视觉和运动控制标定的转换矩阵，将视觉检测结果转换为运动控制坐标系的结果；
S2)工艺轨迹：用于动态生成点胶轨迹，对于高精度的刚体产品，可以事先编写好CNC轨迹，对于其他产品，需要根据得到的空间轮廓(包括2D的平面轮廓，3D的空间轮廓)位置信息并结合点胶工艺要求生成点胶轨迹和根据轮廓的法向量和点胶轨迹，生成点胶姿态信息，结合位置和姿态信息生成点胶轨迹；
S3)轨迹优化：用于轨迹的速度规划和路径的平滑，保证达到客户的工艺要求，同时对于要求特别严苛的点胶***，可以加入点胶量闭环控制***，PLC控制机构取得上述产品工艺运动轨迹，运动轨迹包括点胶轨迹的角度、点胶轨迹的曲率、点胶轨迹速率，根据出胶量和胶水形状，有PLC自动演算点胶局部区块的优化控制参数，自动的改变轨迹的速度，自动控制针头和产品表面的距离，自动控制针头和产品表面法向量的夹角；
S4)产品跟踪位姿缓存：用于记录产品位姿，并且根据皮带和产品的位置实时的更新，而且可以通过FIFO的方式缓存1～10个产品位姿数据；
S5)产品坐标系和合成：用于对当前加工的产品，通过实时更新合成的坐标系方法，动态更新生成的新的轨迹数据；
S6)位姿补偿：用于进一步提升点胶轨迹精度，可以包括螺距补偿，2D补偿，3D空间补偿功能，通过产品位置锁存模块获取当前产品在测量坐标系下的法矢向量，建立当前点胶机构坐标系和实际点胶设备坐标系，并构建点胶坐标系和测量坐标系的线性关系，获取并处理所述距离传感器阵列的当前读数，得到当前工件在点胶坐标系下的法矢偏角，根据法矢向量和所述理论法矢向量分别计算法矢向量的待加工位置和所述理论法矢向量的理论加工位置，PLC控制机构计算待加工位置和理论加工位置的加工误差，利用线性关系处理所述加工误差，得到两个进给移动组件的补偿量；
S7)点胶限位：设置点胶FIF区域模块，用于限制点胶区域，防止点胶机构发生碰撞。
具体的：请参阅图1，产品在产品输送机构上由皮带带动速运动，产品通过传感器检测来料是否到达触发位置来触发拍摄组件获取动作，产品到达预定位置触发传感器，此时皮带位置实时读取模块，用于皮带位置的实时记录并读取，产品位置锁存模块，用于记录产品的位置及坐标系，通过传感器触发，同时记录皮带位置和触发图像识别***，抓取图像或者3D点云图，并计算图片中产品位置坐标系，通过PLC控制机构合成产品位姿，产品先到拍照位置拍照后，产品会继续运行进入FIFO区域，并根据皮带上产品的位置同步更新位姿数据，直至产品到点胶机构点胶预定位置，同时，根据产品型号、位姿轮廓和点胶工艺要求生成产品加工位姿轨迹数据，进入点胶机构工作位置取出最前面一组数据加工产品，此时传送机构皮带同步根据产品实时位姿和轨迹，实时生成设备平台运动轨迹，在实际控制中，拍摄组件知道的是像素坐标，点胶机构是空间坐标系，所以手眼标定就是得到像素坐标系和空间点胶机构坐标系的坐标转化关系，拍摄组件检测到目标在图像中的像素位置后，通过标定好的坐标转换矩阵将拍摄组件的像素坐标变换到点胶机构的空间坐标系中，通过产品位置锁存模块获取当前产品在测量坐标系下的法矢向量，建立当前点胶机构坐标系和实际点胶设备坐标系，并构建点胶坐标系和测量坐标系的线性关系，获取并处理所述距离传感器阵列的当前读数，得到当前工件在点胶坐标系下的法矢偏角，根据法矢向量和所述理论法矢向量分别计算法矢向量的待加工位置和所述理论法矢向量的理论加工位置，PLC控制机构计算待加工位置和理论加工位置的加工误差，利用线性关系处理所述加工误差，得到两个进给移动组件的补偿量，然后PLC控制机构根据点胶机构坐标系计算出横向移动组件和纵向移动组件该如何运动，从而控制点胶机构到达指定位置，控制点胶设备完成产品加工，检测产品加工结构并筛选，完成点胶后，产品继续运动到下一个工位。
在本实施例中，高精度动态跟踪点胶装置，包括机体5，所述机体5内部设置有储胶罐7、移动机构6和点胶机构8，所述移动机构6包括横向移动组件和纵向移动组件，所述点胶机构8与移动机构6滑动连接，点胶机构8通过横向移动组件和纵向移动组件进行位置调节，点胶机构8通过移动机构6对传送机构1上端的产品进行在线式跟踪精确点胶，所述机体5一侧设置有传送机构1，所述传送机构1一端设置有安放架2，所述安放架2上设置有拍摄机构3，所述拍摄机构3上设置有旋转件，所述拍摄机构3通过旋转件与安放架2旋转连接，拍摄机构3通过旋转件对传送机构1上端表面的产品进行跟踪拍摄，所述机体5左侧设置有PLC控制机构4。
在本实施例中，PLC控制机构4与拍摄机构3、移动机构6、传送机构1、点胶机构8和传感器电性连接，传送机构1通过底端设置的固定支架使得传送机构1水平设置，传送机构1上设置有传感器和皮带，通过传感器检测传送机构1上产品是否到达触发位置并与拍摄机构3配合跟踪来进行跟踪拍摄抓图或者3D点云图，PLC控制机构4对产品位置锁存模块抓起的图像进行读取，进行强定位算子处理和中心的以及角度的计算得出数据，PLC控制机构4读取点胶机构8基础坐标系、点胶机构8末端工具坐标系、拍摄组件像素坐标系和产品坐标系通过旋转缩放平移矩阵计算完成手眼标定，通过实时更新合成的坐标系方法，动态更新生成的轨迹数据。
储胶罐7上设置有压力表和压力泵，储胶罐7通过压力泵便于点胶机构8出胶，所述储胶罐7输出端通过管路与点胶机构8输入端连通，所述传感器和拍摄机构3用于实时获取传送机构1上产品的运动轨迹和坐标，PLC控制机构4控制移动机构6和点胶机构8对产品进行点胶工作，PLC控制机构4取得上述产品工艺运动轨迹，运动轨迹包括点胶轨迹的角度、点胶轨迹的曲率、点胶轨迹速率，根据出胶量和胶水形状，有PLC控制机构4自动演算点胶局部区块的优化控制参数，自动的产品运动轨迹的速度，自动控制点胶机构1胶头和产品表面的距离，自动控制胶头和产品表面法向量的夹角。
本发明通过视觉识别和定位模块对产品进行定位，同时通过运算形成工艺轨迹生成，用于动态生成点胶轨迹，轨迹优化根据PLC控制***输出变化的信息来进行点胶轨迹的控制，即通过比较点胶运动轨迹与期望工艺运动轨迹之间的偏差，并消除偏差，根据出胶量和胶水的形状，自动的改变轨迹的速度，自动控制针头和产品表面的距离，自动控制针头和产品表面法向量的夹角，位姿补偿，利用线性关系处理所述加工误差，得到两个进给移动组件的补偿量，进一步提升点胶轨迹精度，可实现对在线产品动态点胶；提升了工作效率，减少了不必要的二次装夹,不仅节省了作业事件，极大增加了产能，也契合精益生产的核心理念，生产效率大大提升。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.高精度动态跟踪点胶方法，其特征在于，包括以下步骤：
产品定位：通过视觉识别和定位模块，用于在线监测来料的位姿，包括空间的4～6个自由度，根据视觉和运动控制标定的转换矩阵，将视觉检测结果转换为运动控制坐标系的结果；
工艺轨迹：动态生成点胶轨迹，根据得到的空间轮廓包括2D的平面轮廓，3D的空间轮廓位置信息，并结合点胶工艺要求生成点胶轨迹和根据轮廓的法向量和点胶轨迹，生成点胶姿态信息，结合位置和姿态信息生成点胶轨迹；
轨迹优化：用于轨迹的速度规划和路径的平滑，保证达到工艺要求，对于工艺要求特别严苛的产品，可以加入点胶量闭环控制***，根据PLC***输出变化的信息来进行点胶轨迹的控制，即通过比较点胶运动轨迹与期望工艺运动轨迹之间的偏差，并消除偏差；
产品跟踪位姿缓存：记录产品位姿，并且根据产品的位置实时的更新，而且可以通过FIFO的方式缓存1～10个产品位姿数据；
产品坐标系合成：当前加工的产品，通过实时更新合成的坐标系方法，动态更新生成的轨迹数据；
位姿补偿：进一步提升点胶轨迹精度，可以包括螺距补偿，2D补偿，3D空间补偿功能；
点胶限位：限制点胶的区域，防止碰撞。
2.根据权利要求1所述的高精度动态跟踪点胶方法，其特征在于：产品定位具体包括：
皮带位置实时读取模块，用于皮带位置的实时记录并读取；
产品位置锁存模块，用于记录产品的位置，通过传感器触发，同时记录皮带位置和触发图像识别***，抓取图像或者3D点云图；
来料位姿检测通过传感器检测来料是否到达触发位置来触发拍摄组件获取动作。
3.根据权利要求1所述的高精度动态跟踪点胶方法，其特征在于：点胶限位包括设置点胶FIFO区域模块，用于限制点胶的区域，防止碰撞。
4.根据权利要求1所述的高精度动态跟踪点胶方法，其特征在于，工艺轨迹具体包括：
PLC控制机构对产品位置锁存模块抓起的图像进行读取，进行强定位算子处理和中心的以及角度的计算得出数据；
PLC控制机构读取点胶机构基础坐标系、点胶机构末端工具坐标系、拍摄组件像素坐标系和产品坐标系通过旋转缩放平移矩阵计算完成手眼标定，通过实时更新合成的坐标系方法，动态更新生成的轨迹数据。
5.根据权利要求1所述的高精度动态跟踪点胶方法，其特征在于，轨迹优化具体包括：
PLC控制机构取得上述产品工艺运动轨迹，运动轨迹包括点胶轨迹的角度、点胶轨迹的曲率、点胶轨迹速率，根据出胶量和胶水形状，有PLC自动演算点胶局部区块的优化控制参数，自动的改变轨迹的速度，自动控制针头和产品表面的距离，自动控制针头和产品表面法向量的夹角。
6.根据权利要求1所述的高精度动态跟踪点胶方法，其特征在于，位姿补偿具体包括：
通过产品位置锁存模块获取当前产品在测量坐标系下的法矢向量，建立当前点胶机构坐标系和实际点胶设备坐标系，并构建点胶坐标系和测量坐标系的线性关系；
获取并处理所述距离传感器阵列的当前读数，得到当前工件在点胶坐标系下的法矢偏角，根据法矢向量和所述理论法矢向量分别计算法矢向量的待加工位置和所述理论法矢向量的理论加工位置；
PLC控制机构计算待加工位置和理论加工位置的加工误差，利用线性关系处理所述加工误差，得到两个进给移动组件的补偿量。
7.高精度动态跟踪点胶装置，包括机体(5)，其特征在于：所述机体(5)内部设置有储胶罐(7)、移动机构(6)和点胶机构(8)，所述移动机构(6)包括横向移动组件和纵向移动组件，所述点胶机构(8)与移动机构(6)滑动连接，点胶机构(8)通过横向移动组件和纵向移动组件进行位置调节，点胶机构(8)通过移动机构(6)对传送机构(1)上端的产品进行在线式跟踪精确点胶，所述机体(5)一侧设置有传送机构(1)，所述传送机构(1)一端设置有安放架(2)，所述安放架(2)上设置有拍摄机构(3)，所述拍摄机构(3)上设置有旋转件，所述拍摄机构(3)通过旋转件与安放架(2)旋转连接，拍摄机构(3)通过旋转件对传送机构(1)上端表面的产品进行跟踪拍摄，所述机体(5)左侧设置有PLC控制机构(4)。
8.根据权利要求7所述的高精度动态跟踪点胶装置，其特征在于：所述传送机构(1)通过底端设置的固定支架使得传送机构(1)水平设置，传送机构(1)上设置有传感器和皮带，通过传感器检测传送机构上产品是否到达触发位置并与拍摄机构配合跟踪来进行跟踪拍摄抓图或者3D点云图。
9.根据权利要求7所述的高精度动态跟踪点胶装置，其特征在于：所述储胶罐(7)上设置有压力表和压力泵，储胶罐(7)通过压力泵便于点胶机构(8)出胶，所述储胶罐(7)输出端通过管路与点胶机构(8)输入端连通。
10.根据权利要求7所述的高精度动态跟踪点胶装置，其特征在于：所述PLC控制机构(4)与拍摄机构(3)、移动机构(6)、传送机构(1)、点胶机构(8)和传感器电性连接，所述传感器和拍摄机构(3)用于实时获取传送机构(1)上产品的运动轨迹和坐标，PLC控制机构(4)控制移动机构(6)和点胶机构(8)对产品进行点胶工作。
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Publications (1)
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| CN202010786493.1A Pending CN111921788A (zh) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | 高精度动态跟踪点胶方法及其装置 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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