基于機器視覺的靜片裝配模塊的制作方法
【專利摘要】一種基于機器視覺的靜片裝配模塊，其包括震動盤、直線振動器、直線入料槽、供料結(jié)構(gòu)、裝配機械手、壓裝結(jié)構(gòu)，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過渡板結(jié)構(gòu)、推料板、推料氣缸，所述供料過渡板結(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動，所述裝配機械手包括X軸進給滑臺氣缸、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器視覺定位裝置，所述機器視覺定位裝置包括工業(yè)級相機、LED照明燈、步進電機、旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱、頂升氣缸，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱連接在步進電機的輸出軸上，所述步進電機通過連接板固定在頂升氣缸上。本實用新型提出了一種基于工業(yè)機器視覺技術(shù)，結(jié)構(gòu)巧妙、運行穩(wěn)定的靜片裝配模塊。
【專利說明】基于機器視覺的靜片裝配模塊

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

【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)各類機械產(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，難以達到較高的質(zhì)量標準。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條件的限制，難以達到較高的精度水平，而且部分精度要求高的裝配工作難以依靠人工完成。3)勞動生產(chǎn)率低。人工裝配大多屬于勞動力密集型，勞動生產(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)品的裝配時間在產(chǎn)品生產(chǎn)總工時中占有相當高的比例。據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，一些典型產(chǎn)品的裝配時間占生產(chǎn)總工時的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35%-50%甚至以上。裝配費用成為許多制造企業(yè)成本的最大組成部分之一。同時隨著先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，特別是柔性制造系統(tǒng)和計算機技術(shù)的發(fā)展，機械制造加工自動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峻的挑戰(zhàn)。
[0003]據(jù)筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，溫臺地區(qū)工業(yè)管道、水暖閥門類企業(yè)有300多家，產(chǎn)值超過200億元，其中臺州地區(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)基本實現(xiàn)了自動化與半自動化制造，而80%甚至以上的企業(yè)生產(chǎn)工人來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；再加上近年來不斷涌現(xiàn)的“招工荒”與我國進入中等收入國家后勞工成本的快速增長，缺乏相應(yīng)高效的自動化柔性裝配設(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]本實用新型所形成的閥芯自動裝配機，裝配工作的對象主要為陶瓷閥芯。陶瓷閥芯是通過旋轉(zhuǎn)閥桿來控制水流通斷與流量的一種衛(wèi)浴產(chǎn)品，其使用壽命長，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，閥桿下端通過消聲片卡接在陶瓷動片上，陶瓷動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。陶瓷靜片上開有兩個相對的進水通孔，陶瓷動片與閥體上亦開有與進水通孔相對應(yīng)的出水通孔。當旋轉(zhuǎn)閥桿的時候，其下端的消聲片帶動陶瓷動片轉(zhuǎn)動，使得動片上的出水通孔與靜片上的進水通孔與閥體上的出水口相互貫通，從而實現(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，柱體中有對稱類扇形通孔，周向布有對稱小耳，為較不規(guī)則形狀。其排序不僅有正反面篩選要求，而且需對周向進行準確定位，以適應(yīng)裝配時與閥體內(nèi)壁的配合要求。故，對于形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷靜片，定位及定位的精度是其實現(xiàn)自動化裝配的前提條件，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)雜不利于實現(xiàn)自動準確定位的難題，本實用新型提出了一種基于工業(yè)機器視覺技術(shù)，結(jié)構(gòu)巧妙、運行穩(wěn)定的靜片裝配模塊。
[0007]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于機器視覺的靜片裝配模塊，其包括震動盤、直線振動器、直線入料槽、供料結(jié)構(gòu)、裝配機械手、壓裝結(jié)構(gòu)，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過渡板結(jié)構(gòu)、推料板、推料氣缸，所述供料過渡板結(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動，所述裝配機械手包括X軸進給滑臺氣缸、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器視覺定位裝置，所述機器視覺定位裝置包括工業(yè)級相機、LED照明燈、步進電機、旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱、頂升氣缸，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱連接在步進電機的輸出軸上，所述步進電機通過連接板固定在頂升氣缸上。
[0009]進一步，所述供料過渡板結(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]再進一步，所述工業(yè)級相機、LED照明燈通過連接板固定在機架上，所述工業(yè)攝像機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、可上下滑動套裝在無油襯套上，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱的下端通過聯(lián)軸器與步進電機連接。
[0012]作為優(yōu)選的另一種方案:所述供料過渡板結(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、過渡入料板，所述上蓋板通過螺釘固定在過渡入料板，所述過渡入料板上設(shè)置有過渡料槽，所述過渡料槽的開口方向與上述推料槽的方向垂直，所述直線入料槽與過渡料槽連接。
[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，所述壓裝氣缸通過連接板固定在機架上，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]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:通過機械振動結(jié)合工業(yè)機器視覺技術(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題，為陶瓷靜片實現(xiàn)自動化裝配提供了重要的基礎(chǔ)。上述模塊通過實踐檢驗，結(jié)構(gòu)運行穩(wěn)定可靠，效率遠超過人工裝配陶瓷靜片的工作效率。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0020]參考圖1?圖4，下面介紹本實用新型提出的一種基于機器視覺技術(shù)的靜片裝配模塊。一種基于機器視覺的靜片裝配模塊，其包括震動盤1-1、直線振動器1-2、直線入料槽1-3、供料結(jié)構(gòu)2、裝配機械手、壓裝結(jié)構(gòu)，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過渡板結(jié)構(gòu)、推料板2-2、推料氣缸2-1，所述供料過渡板結(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動，所述裝配機械手包括X軸進給滑臺氣缸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器視覺定位裝置3，所述機器視覺定位裝置包括工業(yè)級相機3-5、LED照明燈3-6、步進電機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)柱連接在步進電機的輸出軸上，所述步進電機通過連接板固定在頂升氣缸上。
[0021]所述供料過渡板結(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、過渡入料板2-4，所述上蓋板通過螺釘固定在過渡入料板，所述過渡入料板上設(shè)置有過渡料槽，所述過渡料槽的開口方向與上述推料槽的方向垂直，所述直線入料槽與過渡料槽連接。
[0022]所述工業(yè)級相機、LED照明燈通過連接板固定在機架上，所述工業(yè)攝像機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、可上下滑動套裝在無油襯套3-3上，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱的下端通過聯(lián)軸器與步進電機連接。
[0024]所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述壓裝氣缸通過連接板固定在機架上，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]針對陶瓷靜片外形結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，具體結(jié)構(gòu)見【背景技術(shù)】介紹，本工位采用圓錐形振動盤實現(xiàn)陶瓷靜片的正反面篩選后，利用機器視覺技術(shù)和相應(yīng)的機械機構(gòu)實現(xiàn)其周向定位。
[0026]靜片在經(jīng)過振動盤實現(xiàn)正反面篩選后，通過直線振動器送至供料過渡板結(jié)構(gòu)處，推料氣缸2-1驅(qū)動推料板將靜片推至半圓弧形初步定位槽處,并實現(xiàn)初步定心定位。為防止靜片在待料區(qū)發(fā)生疊片現(xiàn)象和推料板速度過快導(dǎo)致靜片送料不穩(wěn)，故在其移送過程中加有上蓋板2-3。在靜片到達圓弧形初步定位槽處的預(yù)定位置后，機器視覺模塊開始工作并實現(xiàn)其周向定位。其過程簡要概述如下:靜片到達預(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)動工業(yè)級相機3-5獲取實時圖像，相關(guān)軟件與程序分析計算出所需旋轉(zhuǎn)的角度，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至上位機并通過單片機控制步進電機旋轉(zhuǎn)從而帶動靜片旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)角度；完成初次旋轉(zhuǎn)后，機器視覺模塊將二次拍照處理分析以確定靜片是否處于所需角度，從而實現(xiàn)其準確的周向定位。
[0027]陶瓷靜片周向定位進行的同時，裝配機械手將移至預(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)動夾持塊閉合實現(xiàn)夾持，夾持塊內(nèi)壁與靜片外壁相適應(yīng)，以保證在移動過程中不對靜片的周向定位產(chǎn)生影響。在二自由度裝配機械手移送下，陶瓷靜片被置于閥體上方0.5mm處，平行氣爪松開，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】
1.一種基于機器視覺的靜片裝配模塊，其包括震動盤、直線振動器、直線入料槽、供料結(jié)構(gòu)、裝配機械手、壓裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述供料結(jié)構(gòu)包括供料過渡板結(jié)構(gòu)、推料板、推料氣缸，所述供料過渡板結(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動，所述裝配機械手包括X軸進給滑臺氣缸、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器視覺定位裝置，所述機器視覺定位裝置包括工業(yè)級相機、LED照明燈、步進電機、旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱、頂升氣缸，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱連接在步進電機的輸出軸上，所述步進電機通過連接板固定在頂升氣缸上。
2.如權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的靜片裝配模塊，其特征在于:所述供料過渡板結(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所述的基于機器視覺的靜片裝配模塊，其特征在于:所述工業(yè)級相機、LED照明燈通過連接板固定在機架上，所述工業(yè)攝像機固定在初步定位槽的正上方。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于機器視覺的靜片裝配模塊，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、可上下滑動套裝在無油襯套上，所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整導(dǎo)柱的下端通過聯(lián)軸器與步進電機連接。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于機器視覺的靜片裝配模塊，其特征在于:所述供料過渡板結(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、過渡入料板，所述上蓋板通過螺釘固定在過渡入料板，所述過渡入料板上設(shè)置有過渡料槽，所述過渡料槽的開口方向與上述推料槽的方向垂直，所述直線入料槽與過渡料槽連接。
6.如權(quán)利要求1或2或3所述的基于機器視覺的靜片裝配模塊，其特征在于:所述壓裝結(jié)構(gòu)包括壓裝氣缸與壓頭，所述壓裝氣缸通過連接板固定在機架上，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】B23P19/027GK203853757SQ201420123027
【公開日】2014年10月1日 申請日期: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 申請人:鄭祥模