本發(fā)明涉及鋁型材堆垛包裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋁型材自動堆垛系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

近幾年來，隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)健康增長，作為現(xiàn)代經(jīng)濟和高新技術(shù)發(fā)展支柱性原材料的鋁型材需求旺盛。我國鋁工業(yè)特別是鋁加工業(yè)和我國整個有色金屬工業(yè)一樣，一直保持著持續(xù)快速發(fā)展態(tài)勢。我國鋁工業(yè)和有色金屬工業(yè)整體實力不斷提高，在國際市場的影響力和競爭力日益顯現(xiàn)。但是為了降低市場風險，進一步提升企業(yè)的綜合競爭力，擴展自己的生存空間，就需要在設(shè)備和技術(shù)兩個方面進行全面的提高。

目前我國鋁型材在包裝過程中的堆垛方式完全依靠人工堆垛，還沒有實現(xiàn)自動化堆垛，這種古老、原始的堆垛方式一直持續(xù)到現(xiàn)在。其中人工堆垛的主體是工人，堆垛的大部分工作或者全部工作都是以工人本身為主體，工人的勞動強度非常大，即使在社會高速發(fā)展和科技不斷進步的今天，仍舊有許多鋁型材生產(chǎn)企業(yè)依舊采用這種堆垛方式，這種堆垛的方式的缺點在于：

(1)工人的勞動強度大而且在堆垛過程中不安全；

(2)堆垛過程中鋁型材容易損傷，例如：表面刮花、擦傷、堆垛不整齊、坍塌等；

(3)這種堆垛的生產(chǎn)節(jié)拍受工人影響，致使工作效率低，碼垛的整齊性主受工人情緒的干擾有可能坍塌，從而造成人身安全隱患。

(4)碼垛的速度很容易受工人的體力和疲勞因素的影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動化程度高的鋁型材自動堆垛系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的在于，提供一種基于上述堆垛系統(tǒng)的控制方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種鋁型材自動堆垛系統(tǒng)，該堆垛系統(tǒng)主要用于鋁型材生產(chǎn)線上，對各種截面形狀的鋁型材統(tǒng)一進行自動識別和包裝，減少人工操作步驟，提高自動化水平，從而提高鋁型材生產(chǎn)的效率。該堆垛系統(tǒng)主要包括用于運輸鋁型材的輸送帶、獲取鋁型材橫截面圖像的工業(yè)照相機、處理圖像數(shù)據(jù)的圖像處理器、水平鋪置的第一導軌、用于抓取工件的堆垛機械手、運輸工件的龍門架、以及用于驅(qū)動龍門架在第一導軌上滑行的第一驅(qū)動電機。

具體的，所述工業(yè)照相機安裝在輸送帶的一側(cè)，并垂直于鋁型材的橫截面，所述圖像處理器與工業(yè)照相機連接，用于接收并處理工業(yè)照相機反饋的橫截面圖像數(shù)據(jù)。當鋁型材從輸送帶上經(jīng)過時，工業(yè)照相機對其橫截面進行拍照掃描，并將獲得的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像處理器。所述第一導軌設(shè)置在輸送帶的末端，所述龍門架安裝在第一導軌上，所述第一驅(qū)動電機與龍門架傳動連接，驅(qū)動龍門架在第一導軌上往復(fù)運動。所述堆垛機械手安裝在龍門架上，根據(jù)圖像處理器的結(jié)果執(zhí)行堆垛操作。當鋁型材到達輸送帶末端時，堆垛機械手向下運動將鋁型材抓起并運送至包裝工位上進行堆垛和包裝。

具體的，所述堆垛機械手主要包括用于固定機械臂的吊爪、第一伺服電機、第一機械臂、第二伺服電機、第二機械臂、第三伺服電機、卡盤、第四伺服電機和內(nèi)撐。所述第二導軌設(shè)置在龍門架的橫梁上，垂直于龍門架的前進方向，所述吊爪安裝在第二導軌上，所述第二驅(qū)動電機與吊爪傳動連接，驅(qū)動吊爪在第二導軌上往復(fù)運動。所述第一機械臂的一端安裝在吊爪上并以此為第一轉(zhuǎn)動支點，所述第一伺服電機與第一機械臂傳動連接，驅(qū)動第一機械臂的另一端繞第一轉(zhuǎn)動支點擺動。所述第二機械臂的一端安裝在第一機械臂的另一端上并以此為第二轉(zhuǎn)動支點，所述第二伺服電機與第二機械臂傳動連接，驅(qū)動第二機械臂繞第二轉(zhuǎn)動支點擺動。所述卡盤安裝在第二機械臂的另一端上，所述第三伺服電機與卡盤傳動連接，驅(qū)動卡盤轉(zhuǎn)動，從而達到調(diào)整工件擺放角度的目的。所述內(nèi)撐安裝在卡盤上，所述第四伺服電機與內(nèi)撐傳動連接，驅(qū)動內(nèi)撐向內(nèi)運動卡緊工件或向外運動釋放工件。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，為了節(jié)省設(shè)備生產(chǎn)成本及簡化控制流程，本發(fā)明所提供的堆垛機械手至少設(shè)置為兩組，分別位于工件的左右兩側(cè)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，為了提高設(shè)備部件的通用性及夾持效果，所述卡盤設(shè)為三指卡盤。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，為了提高設(shè)備部件的通用性及夾持效果，所述內(nèi)撐設(shè)為三指內(nèi)撐。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第四伺服電機可以替換成氣缸或液壓缸來驅(qū)動內(nèi)撐的收緊或釋放運動，其中氣缸的數(shù)量設(shè)為一個或若干個，當內(nèi)撐設(shè)為三指，氣缸設(shè)為三個時，每個氣缸對應(yīng)控制一指內(nèi)撐，三個氣缸同時驅(qū)動三指內(nèi)撐夾持或釋放工件，工件夾持牢固，不容易掉落，從而獲得理想的夾持效果。

本發(fā)明的另一目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種鋁型材自動堆垛系統(tǒng)的控制方法，該方法原理簡單、操作便捷，主要包括如下步驟：

步驟S1:加工好的鋁型材進入輸送帶，輸送帶將工件向前輸送，位于一旁的工業(yè)照相機捕捉從輸送帶經(jīng)過的工件，從而獲得工件的截面圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理器。

步驟S2:龍門架在第一驅(qū)動電機的控制下到達輸送帶的末端，等待對應(yīng)工件。

步驟S3:位于龍門架上的堆垛機械手啟動，將輸送線上的工件抓起，其抓取過程如下：

步驟S31:第一伺服電機和第二伺服電機啟動，控制第一機械臂和第二機械臂向下擺動，使左右兩側(cè)的卡盤向下運動。

步驟S32:第三伺服電機啟動，驅(qū)動卡盤轉(zhuǎn)動，調(diào)整內(nèi)撐的位置，使內(nèi)撐與工件的夾持位置對準。

步驟S33:第四伺服電機啟動，驅(qū)動內(nèi)撐箱內(nèi)收緊，將工件夾緊。

步驟S34:第一伺服電機和第二伺服電機驅(qū)動第一機械臂和第二機械臂復(fù)位，將工件提起。

步驟S4:工件抓取后，第一驅(qū)動電機控制龍門架來到下一工位(堆垛包裝工位)的夾具上。

步驟S5:圖像處理器根據(jù)獲得工件截面的圖像數(shù)據(jù)，利用尺度不變特征變換的算法計算出鋁型材的橫截面(工業(yè)照相機獲取的實際圖像)與設(shè)定圖像(人工設(shè)定的包裝方式或鋁型材的堆垛方式)的角度差異，得出當前鋁型材需要旋轉(zhuǎn)的角度，并根據(jù)處理結(jié)果去控制第三伺服電機轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整工件的擺放角度，使工件的位置與設(shè)定的擺放方式相同。

步驟S6:工件的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整后，左側(cè)堆垛機械手和右側(cè)機械手同時啟動，通過第二驅(qū)動電機驅(qū)動吊爪在第二導軌上向左移動一端距離，此時工件也向左平移了一段距離，左側(cè)機械手位于堆垛包裝夾具之外(避免當左側(cè)機械手向下運動時，卡盤和內(nèi)撐與堆垛包裝的夾具發(fā)生碰撞)，左側(cè)機械手向下運動并釋放工件。

步驟S7:位于右側(cè)的堆垛機械手將工件向右拖出一段距離后(避免當右側(cè)機械手向下運動時，卡盤和內(nèi)撐與堆垛包裝的夾具發(fā)生碰撞)，向下運動并放下工件。

步驟S8:此時工件的右端凸出在夾具的外面，右側(cè)堆垛機械手將工件向左推，使工件復(fù)位并釋放工件，完成一個工件的堆垛。

本發(fā)明的工作過程和原理是：本發(fā)明所提供的工業(yè)照相機對位于輸送帶上的工件截面進行捕捉，獲取截面圖像數(shù)據(jù)并發(fā)送給圖像處理器；圖像處理器根據(jù)獲得的圖像數(shù)據(jù)，并利用尺度不變特征變換算法計算出當前工件需要旋轉(zhuǎn)的角度；堆垛機械手根據(jù)圖像處理器計算的結(jié)果來控制卡盤的轉(zhuǎn)動，使工件旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的擺放角度；為了避免堆垛機械手與包裝夾具發(fā)生碰撞，第二驅(qū)動電機控制吊爪想左移動一段距離，使左側(cè)機械手凸出在包裝夾具之外，左側(cè)機械手向下運動并釋放工件；右側(cè)機械手啟動并向右側(cè)將工件拖動一段距離，使右側(cè)機械手凸出在包裝夾具之外，右側(cè)機械手向下運動并放下工件；當工件完全放下后，右側(cè)機械手向左推工件，使工件復(fù)位，至此完成單個工件的堆垛操作。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)和控制原理簡單、實施方便、人工干預(yù)少、自動化程度高的優(yōu)點。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明所提供的鋁型材自動堆垛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，與傳統(tǒng)的人工方式相比，其處理時間短、效率高、工人的勞動強度小。

(2)本發(fā)明所提供的自動堆垛系統(tǒng)的控制方法原理簡單、實施便捷、控制邏輯清晰、系統(tǒng)運行可靠。

(3)本發(fā)明所提供的自動堆垛系統(tǒng)可以有效減少人工的參與，顯著提高鋁型材堆垛的自動化水平和效率，減少出錯概率，獲得更好的包裝效果。

(4)本發(fā)明所提供的自動堆垛系統(tǒng)由于省卻了人工堆垛的環(huán)節(jié)，不僅節(jié)省了人工成本，還避免了安全事故的發(fā)生，保障了工人的人身安全。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的鋁型材自動堆垛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所提供的堆垛機械手的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明所提供的三指內(nèi)撐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明所提供的堆垛方式一的示意圖。

圖5是本發(fā)明所提供的堆垛方式二的示意圖。

圖6是本發(fā)明所提供的堆垛方式三的示意圖。

圖7是本發(fā)明所提供的堆垛方式四的示意圖。

圖8是本發(fā)明所提供的堆垛方式五的示意圖。

圖9是本發(fā)明所提供的自動堆垛流程示意圖。

圖10是本發(fā)明所提供的自動堆垛系統(tǒng)控制方法的流程圖。

圖11是本發(fā)明所提供的尺度不變特征變換算法的流程圖。

上述附圖中的標號說明：

1-貼膜機，2-輸送帶，3-工業(yè)照相機，4-堆垛機械手，41-吊爪，42-第一機械臂，43-第二機械臂，44-卡盤，45-內(nèi)撐，5-堆垛夾棉，6-夾具。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明公開了一種鋁型材自動堆垛系統(tǒng)，該堆垛系統(tǒng)主要用于鋁型材生產(chǎn)線上，對各種截面形狀的鋁型材統(tǒng)一進行自動識別和包裝(如圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示)，減少人工操作步驟，提高自動化水平，從而提高鋁型材生產(chǎn)的效率。該堆垛系統(tǒng)主要包括用于運輸鋁型材的輸送帶2、獲取鋁型材橫截面圖像的工業(yè)照相機3、處理圖像數(shù)據(jù)的圖像處理器、水平鋪置的第一導軌、用于抓取工件的堆垛機械手4、運輸工件的龍門架、以及用于驅(qū)動龍門架在第一導軌上滑行的第一驅(qū)動電機。

具體的，所述工業(yè)照相機3安裝在輸送帶2的一側(cè)，并垂直于鋁型材的橫截面，所述圖像處理器與工業(yè)照相機3連接，用于接收并處理工業(yè)照相機3反饋的橫截面圖像數(shù)據(jù)。當鋁型材從輸送帶2上經(jīng)過時，工業(yè)照相機3對其橫截面進行拍照掃描，并將獲得的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到圖像處理器。所述第一導軌設(shè)置在輸送帶2的末端，所述龍門架安裝在第一導軌上，所述第一驅(qū)動電機與龍門架傳動連接，驅(qū)動龍門架在第一導軌上往復(fù)運動。所述堆垛機械手4安裝在龍門架上，根據(jù)圖像處理器的結(jié)果執(zhí)行堆垛操作。當鋁型材到達輸送帶2末端時，堆垛機械手4向下運動將鋁型材抓起并運送至包裝工位上進行堆垛和包裝。

具體的，所述堆垛機械手4主要包括用于固定機械臂的吊爪41、第一伺服電機、第一機械臂42、第二伺服電機、第二機械臂43、第三伺服電機、卡盤44、第四伺服電機和內(nèi)撐45。所述第二導軌設(shè)置在龍門架的橫梁上，垂直于龍門架的前進方向，所述吊爪41安裝在第二導軌上，所述第二驅(qū)動電機與吊爪41傳動連接，驅(qū)動吊爪41在第二導軌上往復(fù)運動。所述第一機械臂42的一端安裝在吊爪41上并以此為第一轉(zhuǎn)動支點，所述第一伺服電機與第一機械臂42傳動連接，驅(qū)動第一機械臂42的另一端繞第一轉(zhuǎn)動支點擺動。所述第二機械臂43的一端安裝在第一機械臂42的另一端上并以此為第二轉(zhuǎn)動支點，所述第二伺服電機與第二機械臂43傳動連接，驅(qū)動第二機械臂43繞第二轉(zhuǎn)動支點擺動。所述卡盤44安裝在第二機械臂43的另一端上，所述第三伺服電機與卡盤44傳動連接，驅(qū)動卡盤44轉(zhuǎn)動，從而達到調(diào)整工件擺放角度的目的。所述內(nèi)撐45安裝在卡盤44上，所述第四伺服電機與內(nèi)撐45傳動連接，驅(qū)動內(nèi)撐45向內(nèi)運動卡緊工件或向外運動釋放工件。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，為了節(jié)省設(shè)備生產(chǎn)成本及簡化控制流程，本發(fā)明所提供的堆垛機械手4至少設(shè)置為兩組，分別位于工件的左右兩側(cè)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，為了提高設(shè)備部件的通用性及夾持效果，所述卡盤44設(shè)為三指卡盤44。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，為了提高設(shè)備部件的通用性及夾持效果，所述內(nèi)撐45設(shè)為三指內(nèi)撐45。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第四伺服電機可以替換成氣缸或液壓缸來驅(qū)動內(nèi)撐45的收緊或釋放運動，其中氣缸的數(shù)量設(shè)為一個或若干個，當內(nèi)撐45設(shè)為三指，氣缸設(shè)為三個時，每個氣缸對應(yīng)控制一指內(nèi)撐45，三個氣缸同時驅(qū)動三指內(nèi)撐45夾持或釋放工件，工件夾持牢固，不容易掉落，從而獲得理想的夾持效果。

結(jié)合圖9、圖10和圖11所示，本發(fā)明還公開了一種鋁型材自動堆垛系統(tǒng)的控制方法，該方法原理簡單、實施便捷，主要包括如下步驟：

步驟S1:加工好的鋁型材進入輸送帶2，輸送帶2將工件向前輸送，位于一旁的工業(yè)照相機3捕捉從輸送帶2經(jīng)過的工件，從而獲得工件的截面圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳送給圖像處理器。

步驟S2:龍門架在第一驅(qū)動電機的控制下到達輸送帶2的末端，等待對應(yīng)工件。

步驟S3:位于龍門架上的堆垛機械手4啟動，將輸送線上的工件抓起，其抓取過程如下：

步驟S31:第一伺服電機和第二伺服電機啟動，控制第一機械臂42和第二機械臂43向下擺動，使左右兩側(cè)的卡盤44向下運動。

步驟S32:第三伺服電機啟動，驅(qū)動卡盤44轉(zhuǎn)動，調(diào)整內(nèi)撐45的位置，使內(nèi)撐45與工件的夾持位置對準。

步驟S33:第四伺服電機啟動，驅(qū)動內(nèi)撐45箱內(nèi)收緊，將工件夾緊。

步驟S34:第一伺服電機和第二伺服電機驅(qū)動第一機械臂42和第二機械臂43復(fù)位，將工件提起。

步驟S4:工件抓取后，第一驅(qū)動電機控制龍門架來到下一工位(堆垛包裝工位)的堆垛夾棉5和夾具6上。

步驟S5:圖像處理器根據(jù)獲得工件截面的圖像數(shù)據(jù)，利用尺度不變特征變換的算法計算出鋁型材的橫截面(工業(yè)照相機3獲取的實際圖像)與設(shè)定圖像(人工設(shè)定的包裝方式或鋁型材的堆垛方式)的角度差異，得出當前鋁型材需要旋轉(zhuǎn)的角度，并根據(jù)處理結(jié)果去控制第三伺服電機轉(zhuǎn)動，從而調(diào)整工件的擺放角度，使工件的位置與設(shè)定的擺放方式相同。

步驟S6:工件的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整后，左側(cè)堆垛機械手4和右側(cè)機械手同時啟動，通過第二驅(qū)動電機驅(qū)動吊爪41在第二導軌上向左移動一端距離，此時工件也向左平移了一段距離，左側(cè)機械手位于堆垛包裝夾具6之外(避免當左側(cè)機械手向下運動時，卡盤44和內(nèi)撐45與堆垛包裝的夾具6發(fā)生碰撞)，左側(cè)機械手向下運動并釋放工件。

步驟S7:位于右側(cè)的堆垛機械手4將工件向右拖出一段距離后(避免當右側(cè)機械手向下運動時，卡盤44和內(nèi)撐45與堆垛包裝的夾具6發(fā)生碰撞)，向下運動并放下工件。

步驟S8:此時工件的右端凸出在夾具6的外面，右側(cè)堆垛機械手4將工件向左推，使工件復(fù)位并釋放工件，完成一個工件的堆垛。

其中，尺度不變特征變換算法為現(xiàn)有的算法，其計算過程如下：

第一步：計算第一幅圖像的SIFT特征，同時提取特征點主方向角度值；

第二步：計算第二幅圖像的SIFT特征，同時提取特征點主方向角度值；

第三步：進行SIFT特征點匹配；

第四步：計算相互匹配的SIFT特征點的旋轉(zhuǎn)角度；

第五步：使用迭代自組織聚類算法分析特征點的旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)；

第六步：選取正確的樣本類；

第七步：以選取樣本類的均值作為物體最終的旋轉(zhuǎn)角度。

本發(fā)明的工作過程和原理是：貼膜機1對生產(chǎn)出來的鋁型材進行貼膜，本發(fā)明所提供的工業(yè)照相機3對位于輸送帶2上的工件截面進行捕捉，獲取截面圖像數(shù)據(jù)并發(fā)送給圖像處理器；圖像處理器根據(jù)獲得的圖像數(shù)據(jù)，并利用尺度不變特征變換算法計算出當前工件需要旋轉(zhuǎn)的角度；堆垛機械手4根據(jù)圖像處理器計算的結(jié)果來控制卡盤44的轉(zhuǎn)動，使工件旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的擺放角度；為了避免堆垛機械手4與包裝夾具6發(fā)生碰撞，第二驅(qū)動電機控制吊爪41想左移動一段距離，使左側(cè)機械手凸出在包裝夾具6之外，左側(cè)機械手向下運動并釋放工件；右側(cè)機械手啟動并向右側(cè)將工件拖動一段距離，使右側(cè)機械手凸出在包裝夾具6之外，右側(cè)機械手向下運動并放下工件；當工件完全放下后，右側(cè)機械手向左推工件，使工件復(fù)位，至此完成單個工件的堆垛操作。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)和控制原理簡單、實施方便、人工干預(yù)少、自動化程度高的優(yōu)點。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。