申请/专利权人：大连工业大学

申请日：2023-05-24

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN116441934B

主分类号：B23P23/02

分类号：B23P23/02;B23Q7/00;B23Q5/10;B23Q5/40;B23Q17/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2023.08.04#实质审查的生效;2023.07.18#公开

摘要：本发明属于机械加工和自动化装备领域，涉及一种基于机器视觉的圆柱件表面孔自动定位及加工设备，是一种利用机器视觉技术实现圆柱工件表面定位，然后进行钻孔、攻丝的机械加工自动化设备，包括传送机构、旋转机构、横移机构、立式机构和机械手。本发明采用机器人上下料，并采用机器视觉定位圆柱表面的孔目标位置，然后进行钻孔、攻丝的机械加工，不需要人工操作，可实现炮弹体装配等危险产品的无人化自动生产。本发明采用摩擦轮驱动圆柱工件旋转，可搜索不在工业相机视野范围内的加工目标位置，可实现分布在圆周范围内的多个目标的加工。本发明采用机器视觉方法测量加工目标位置偏差,并在加工时自动根据偏差修改加工位置，提高了加工精度。

主权项：1.一种基于机器视觉的圆柱件表面孔自动加工设备，其特征在于，所述的基于机器视觉的圆柱件表面孔自动加工设备包括传送机构1、旋转机构2、横移机构3、立式工作机构4和机械手5；所述传送机构1用于将工件在加工位置和上下料位置之间来回传送；所述横移机构3用于将立式工作机构4调整到预定位置；所述立式工作机构4用于安装视觉机构进行加工目标查找，并进行钻孔和攻丝操作；所述旋转机构2用于使工件旋转，使得视觉机构能够在工件周向搜索目标，并根据视觉机构的反馈进行位置调整；所述机械手5用于上下料；其中：所述传送机构1包括传送机构基座11、工件传送台12和料槽13；传送机构基座11上固定安装传送台12；传送台12上由无杆气缸驱动料槽13滑动，使料槽13在加工位置和上下料位置之间来回传送；所述工件传送台12包括台身121、左导轨a122、右导轨b123和气缸a124；台身121为凹槽结构，固定在传送机构基座11上，左导轨a122和右导轨b123固定在台身121的凹槽内左右两侧用于支撑料槽13；气缸a124固定在台身121的凹槽内中间位置；料槽13的底部与左导轨a122、右导轨b123以及气缸a124的滑动块连接，使得料槽13由气缸a124牵引并沿导轨滑动；所述料槽13包括槽体131、前定位块132、滑轮组133、后定位块134、前光电传感器135、中光电传感器136和后光电传感器137；前定位块132和后定位块134安装在槽体131中，用于限制工件轴向移动；后定位块134可根据工件类型不同调整位置或更换；滑轮组133安装在槽体131中并位于前定位块132和后定位块134之间，在工件下方支撑工件，并使其转动；槽体131的侧面开有长条孔用于安装前光电传感器135、中光电传感器136和后光电传感器137，且位置根据工件参数调整，用于识别料槽13中的工件类型；前光电传感器135安装到距离工件最近的位置，中光电传感器136安装在中间位置，后光电传感器137安装在后部；当三个传感器都没有感应到工件时是缺料状态，当只有前光电传感器135感应到工件时是小型工件，当只有后光电传感器137没有感应到工件时是中型工件，当三个传感器都感应到工件时是大型工件；所述前定位块132包括转盘a1321、弹簧卡圈a1322、滚珠轴承a1323、支撑板a1324、调整螺母a1325和轴a1326和锁紧螺母a1327；所述转盘a1321通过滚珠轴承a1323安装在轴a1326上，弹簧卡圈a1322用于滚珠轴承a1323的轴向定位；所述轴a1326安装在支撑板a1324上并通过调整螺母a1325固定，所述锁紧螺母a1327用于防止调整螺母a1325松动；所述滑轮组133包括滑轮支座1331、滚珠轴承b1332、轴b1333和滑轮1334；所述滑轮支座1331用于安装和固定滚珠轴承b1332和轴b1333，所述轴b1333用于安装滑轮1334并使得滑轮1334径向转动和轴向固定；所述后定位块134包括转盘b1341、弹簧卡圈b1342、滚珠轴承c1343、弹簧1344、支撑板b1345、调整螺母b1346、轴c1347和锁紧螺母b1348；所述转盘b1341通过滚珠轴承c1343安装在轴c1347上，弹簧卡圈b1342用于滚珠轴承c1343的轴向定位；所述轴c1347安装在支撑板a1324上并通过调整螺母b1346固定，所述锁紧螺母b1348用于防止调整螺母b1346松动；所述弹簧1344安装在轴c1347上且支撑板b1345与转盘b1341之间，用于方便安装工件，并将转盘b1341压在工件上；所述旋转机构2包括旋转机构基座21、支撑柱22、悬臂支架23、摩擦轮24、同步带25、伺服电机a26和气缸组件27；所述旋转机构基座21用于将旋转机构安装在传送机构基座11上；支撑柱22下端固定在旋转机构基座21上，上端与悬臂支架23铰接；气缸杆278伸出和缩回带动悬臂支架23绕旋支撑柱22转动从而压住和释放工件；摩擦轮24安装在悬臂支架23的一端的侧面，同步带25安装在悬臂支架23另一侧，且摩擦轮24与同步带25连接，伺服电机a26与同步带25连接，伺服电机a26通过同步带25带动摩擦轮24旋转；气缸杆278与悬臂支架23的另一端连接，气缸组件27驱动悬臂支架23安装有摩擦轮24的端部下压，摩擦轮24圆周上安装橡胶垫，在气缸组件27的压力下产生摩擦力使工件旋转；所述气缸组件27包括轴承座271、轴承272、弹簧卡圈c273、轴d274、气缸座275、内六角螺钉276、气缸b277和气缸杆278；轴承座271有两个，分别通过螺栓固定在旋转机构基座21上；气缸b277通过内六角螺钉276固定在气缸座275上；气缸座275两端固定有两根轴d274，轴d274安装在轴承座271中的轴承272内孔中，并通过弹簧卡圈c273轴向固定；气缸组件27前后摆动从而使悬臂支架23以支撑柱22为支点上下摆动；所述横移机构3包括横移机构基座31、伺服电机b32、滚珠丝杠副a33、左导轨b34、右导轨b35以及防尘罩36；所述横移机构基座31固定在传送机构基座11上；横移机构基座31的上部是腔体结构，腔体上部两侧安装左导轨b34和右导轨b35，中部安装滚珠丝杠副a33，立式工作机构底座41安装在左导轨b34和右导轨b35上，且立式工作机构底座41底部与滚珠丝杠副a33的螺母以及左导轨b34和右导轨b35的滑块固定连接；所述的防尘罩36设在腔体结构上方用于防尘；伺服电机b32与滚珠丝杠副a33通过连轴器联接，驱动立式工作机构4在导轨上移动，以实现加工位置的精确调整；所述立式工作机构4包括立式工作机构底座41、钻削机构42、攻丝机构43和视觉机构44；所述钻削机构42、攻丝机构43和视觉机构44固定在立式工作机构底座41上，并分别通过横移机构3依次调整到钻削位置、攻丝位置和拍照位置；所述钻削位置、攻丝位置和拍照位置分别是通过钻削机构42、攻丝机构43和视觉机构44确定；所述钻削机构42包括钻削机构支架421、伺服电机c422、滚珠丝杠副b423、左导轨c424、右导轨c425和钻孔机构426；所述钻削机构支架421固定在立式工作机构底座41上，竖直方向布置，其一侧为腔体结构，滚珠丝杠副b423位于腔体结构内，左导轨c424和右导轨c425安装在腔体结构的两侧，滚珠丝杠副b423的螺母与钻孔机构底座固定连接，左导轨c424和右导轨c425的滑块与钻孔机构底座固定连接；所述伺服电机c422与滚珠丝杠副b423通过连轴器联接，伺服电机c422驱动钻孔机构426进给与后退，以实现钻孔加工；所述钻孔机构426包括钻孔机构底座、伺服电机d4261、主轴头4262、钻杆延长杆4263和钻头4264；所述钻孔机构底座固定在钻削机构支架421侧面；所述主轴头4262和伺服电机d4261分别安装在钻孔机构底座的下部和上部，主轴头4262通过钻杆延长杆4263与钻头4264连接；伺服电机d4261带动主轴头4262旋转，通过钻杆延长杆4263带动钻头4264钻孔；所述攻丝机构43与钻削机构42的结构相同，只是将钻头4264替换为丝锥；所述视觉机构44包括支架441、工业相机442、照明光源443和工控机444；所述支架441安装在立式工作机构底座41上，位置可调整，所述工业相机442安装在支架441上，通过支架441调整工业相机442的位置；所述照明光源443安装在工业相机442侧面；所述工控机444中安装有图像分析程序以及控制程序，控制工业相机442拍照并将获取的工件图像传输至工控机444中后，对工件图像进行分析识别并定位加工目标位置；其中，控制工业相机442拍照并将获取的工件图像传输至工控机444中后，对工件图像进行分析识别并定位加工目标位置，分为离线设置和在线检测两步骤；A.离线设置：具体步骤为：a.装夹工件：由机械手5装夹一个工件，并由传送机构1传送到加工位置；b.对刀操作：调整工件周向位置以及立式工作机构4位置进行钻孔对刀，并进行试钻操作，确保定位精度达到要求后，记录当前坐标作为标准钻孔位置，根据钻削机构42、攻丝机构43和视觉机构44之间的相对距离计算出标准拍照位置和攻丝位置；c.模板设置：将立式工作机构4移动到标准拍照位置，采集图像并提取加工目标的形状特征设置为主匹配模板，并加工目标的图像位置作为标准位置；由于金属反光以及目标在圆周不同位置会使目标特征产生较大变化，为此调整加工目标的周向位置设置多个副模板，以保证加工目标进入工业相机442视野后无论在哪个位置都能够正确识别，并调整到标准位置；B.在线识别定位a.图像采集：工件由机械手5自动上料后运送到加工位置，并由设备主控制器发送的拍照信号；视觉机构44接收到拍照信号后，打开照明光源443并采集图像；b.模板匹配定位：在图像中首先进行主模板匹配，若未成功，则依次进行副模板匹配，若成功则根据与标准图像位置偏差，以及图像像素与电机脉冲之间的比例关系计算出脉冲偏差，由横移机构3和旋转机构2调整目标到标准图像位置；c.旋转搜索：若在步骤b中未找到目标，则给设备主控制器发送信号使旋转机构2带动工件慢速旋转，然后以旋转角度5度为间隔，持续拍照搜索目标，当发现目标后给设备主控制器发送信息停止旋转，返回步骤b调整目标到标准图像位置；d.根据拍照位置与标准拍照位置的偏差，校正钻孔位置及攻丝位置，进行钻孔及攻丝操作。

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百度查询： 大连工业大学 一种基于机器视觉的圆柱件表面孔自动定位及加工设备

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