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CN108284360A - 一种打磨工件打磨加工系统 - Google Patents

一种打磨工件打磨加工系统 Download PDF

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CN108284360A
CN108284360A CN201711493287.6A CN201711493287A CN108284360A CN 108284360 A CN108284360 A CN 108284360A CN 201711493287 A CN201711493287 A CN 201711493287A CN 108284360 A CN108284360 A CN 108284360A
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CN
China
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polishing
former material
workpiece
feeding robot
control unit
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CN201711493287.6A
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余伟
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Wuhu Hit Robot Technology Research Institute Co Ltd
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Wuhu Hit Robot Technology Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种应用于机器人技术领域的打磨工件打磨加工系统，所述的打磨工件打磨加工系统靠近上料机器人(1)位置设置能够扫描出靠近上料机器人(1)放置的打磨工件原材(4)的放置位姿数据的视觉扫描台(5)，视觉扫描台(5)与控制部件(6)连接，打磨机床(3)设置在靠近下料机器人(2)位置，靠近下料机器人(2)位置还设置输送机(8)，上料机器人(1)和下料机器人(2)分别与控制部件(6)连接，本发明所述的打磨工件打磨加工系统，能够实现打磨工件的自动识别、整理、排列，实现打磨工件自动上下料及运输，完全自动化，减少人工，提高铸造工件打磨效率、精度，降低人员劳动强度。

Description

一种打磨工件打磨加工系统
技术领域
本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种打磨工件打磨加工 系统。
背景技术
铸造工件在铸造完成之后为打磨工件原材，普遍需要进行打磨和抛光，打磨 工件原材经过打磨加工后形成铸造工件成品(工件成品)，使用专业设备进行打 磨前需要对零部件进行整理、排列、定位，打磨过程中也需要进行上下料。虽 然打磨过程已经通过打磨机床实现自动化打磨，但铸造工件上下料和整理过程 大部分使用人工完成。然而，铸造工件往往结构较为复杂，重量较重，使用人 工整理和上下料劳动强度大，效率低。使用专业机械结构进行整理和上下料又 需要提前将工件码放整齐，并配备专业工装夹具，难以实现，且成本较高。综 上，现有技术中的铸造工件打磨存在的缺陷：(1)铸造工件结构复杂，难以排列定位，现有技术在打磨工件上下料过程主要依赖人工；(2)即使存在使用自 动化设备自动上下料，但需要配备专业工装夹具，成本增加；(3)即使配备专 业工装夹具，但机械零部件结构需要不断更新，旧的工装无法适应新的零部件 结构特征，每生产一种新零部件就需要对应制造新的工装夹具，难以满足企业 多型号生产；(4)在更换工装夹具期间，生产设备需要停工，造成生产损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单， 能够集视觉识别、工件传送及机器人上下料为一体的打磨工件打磨加工系统， 所述的打磨工件打磨加工系统能够实现打磨工件的自动识别、整理、排列，实 现打磨工件自动上下料及运输，完全自动化，减少人工，从而提高铸造工件打 磨效率、精度，降低工作人员劳动强度，有效解决现有技术中存在的缺陷。
要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：
本发明为一种打磨工件打磨加工系统，所述的打磨工件打磨加工系统包括 上料机器人、下料机器人、打磨机床，靠近上料机器人位置设置能够扫描出靠 近上料机器人放置的打磨工件原材的放置位姿数据的视觉扫描台，视觉扫描台 与控制部件连接，打磨机床设置在靠近下料机器人位置，打磨机床设置为能够 将打磨工件原材打磨加工成工件成品的结构，靠近下料机器人位置还设置输送 机，上料机器人和下料机器人分别与控制部件连接。
所述的打磨工件打磨加工系统还包括工件原材转动台，工原材转动台包括 底座，底座上安装电机，电机与转动盘连接，转动盘水平放置，转动盘上设置 多个原材定位块，每个原材定位块上设置多个原材定位孔，电机与控制部件连 接。
所述的靠近上料机器人位置还设置能够放置打磨工件原材的工件料框，上 料机器人设置为能够将工件料框内的打磨工件原材抓取放置到转动盘的一个原 材定位块的一个原材定位孔内的结构。
所述的下料机器人设置为能够将放置到转动盘上的原材定位孔内的打磨工 件原材抓取放置到打磨机床内的结构，下料机器人还设置为能够将打磨机床打 磨加工形成的工件成品从打磨机床中抓取放置到输送机上的结构，所述的输送 机与控制部件连接。
所述的视觉扫描台的扫描台台面上安装相机支架，相机支架上安装工业相 机，工业相机设置为能够拍摄放置在扫描台台面上的打磨工件原材的放置位姿 数据的结构，工业相机的控制模块设置为能够将工业相机拍摄到的放置在扫描 台台面上的打磨工件原材的放置位姿数据发送给控制部件的结构。
所述的控制部件设置为能根据接收的打磨工件原材放置位姿数据调整上料 机器人的移动臂末端夹具Ⅰ的位置，从而控制移动臂末端夹具Ⅰ抓取扫描台台 面上的打磨工件原材放置到工件原材转动台的结构。
所述的上料机器人的移动臂末端夹具Ⅰ上设置上料大电磁吸盘、原材夹爪， 控制部件控制上料机器人的移动臂末端夹具Ⅰ从工件料框抓取打磨工件原材到 视觉扫描台时，控制部件设置为能够控制上料大电磁吸盘吸附在待抓取的打磨 工件原材上的结构，控制部件设置为能够控制原材夹爪夹紧在待抓取的打磨工 件原材上的结构。
所述的上料机器人的移动臂末端夹具Ⅰ上还设置上料小电磁吸盘，控制部 件控制上料机器人的移动臂末端夹具Ⅰ从工原材转动台上抓取打磨工件原材到 打磨机床内时，控制部件设置为能够控制上料小电磁吸盘吸附在待抓取打磨工 件原材上的结构。
所述的下料机器人包括移动臂末端夹具Ⅱ，移动臂末端夹具Ⅱ包括两个活 动夹紧组件Ⅱ，控制部件设置为能控制两个活动夹紧组件Ⅱ张合的结构。
所述下料机器人包括移动臂末端夹具Ⅱ，移动臂末端夹具Ⅱ上设置下料电 磁吸盘，下料电磁吸盘包括多个，控制部件能够控制下料电磁吸盘通断。
采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：
本发明所述的打磨工件打磨加工系统，在打磨工件(铸造工件)打磨作业 中，可以实现打磨工件在上料过程中的工件原材位姿自动识别，从而实现上料 机器人根据控制部件设定的频率进行精确上料，同时实现卸料机器人按照控制 部件设定的频率进行精确下料。本发明的系统中，采用高分辨率的工业相机对 视觉扫描台上放置的打磨工件原材进行拍摄，通过图像的处理分析，得到打磨 工件的空间方位信息，实现打磨工件原材位姿数据的获取，而根据获取的位姿 数据，上料机器人准确调整位置，实现对每个打磨工件原材的抓取，然后放置 到工件原材转动台上，工件原材转动台根据控制部件设定的频率转动，每转动 一次，下料机器人对准工件原材转动台上的一个原材定位块，下料机器人根据 设定的频率和位置，抓取打磨工件原材，并将其放置到打磨机床内，在打磨机 床对打磨工件原材打磨后形成工件成品后，下料机器人再从打磨机床内抓取工 件成品，并将工件成品放置到输送机的输送带上，此时控制部件控制输送机启 动，从而进行工件成品输送，输送机端头为工件诚信存储区域，进行工件成品 存储或装车输送。而对打磨工件原材的位姿进行扫描确认时，通过视觉算法实 现，可以同时对多个打磨工件原材(5个)进行识别与定位，识别定位时间小于 1.5s，以提高识别定位效率满足系统生产节拍的要求。根据打磨工件原材的结构 特征，在视觉算法中对其方位进行判断，从而不仅确定打磨工件原材的空间位 置，而且能够得到正确的抓取面(以打磨工件端面圆形面为夹持面)信息，便 于上料机器人进行打磨工件原材抓取，判断准确率为100％。本发明为一种打磨 工件打磨加工系统，结构简单，能够集视觉识别、工件传送及机器人上下料为 一体，所述的打磨工件打磨加工系统能够实现打磨工件的自动识别、整理、排 列，实现打磨工件自动上下料及运输，完全自动化，减少人工，提高铸造工件 打磨效率、精度，降低工作人员劳动强度，有效解决现有技术中存在的缺陷。
附图说明
下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：
图1为本发明所述打磨工件打磨加工系统的整体结构示意图；
图2为本发明所述打磨工件打磨加工系统的视觉扫描台的结构示意图；
图3为本发明所述打磨工件打磨加工系统的工件原材转动台的结构示意图；
图4为本发明所述打磨工件打磨加工系统的上料机器人的结构示意图；
图5为本发明所述打磨工件打磨加工系统的下料机器人的结构示意图；
附图中标记分别为：1、上料机器人；2、下料机器人；3、打磨机床；4、 打磨工件原材；5、视觉扫描台；6、控制部件；7、工件成品；8、输送带；9、 工件原材转动台；10、底座；11、电机；12、转动盘；13、原材定位块；14、 原材定位孔；15、工件料框；16、移动臂末端夹具Ⅱ；17、扫描台台面；18、 相机支架；19、工业相机；20、移动臂末端夹具Ⅰ；21、上料大电磁吸盘；22、 原材夹爪；23、上料小电磁吸盘；24、下料电磁吸盘。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及 的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及 工作原理等作进一步的详细说明：
如附图1-附图4所示，本发明为一种打磨工件打磨加工系统，所述的打磨 工件打磨加工系统包括上料机器人1、下料机器人2、打磨机床3，靠近上料机 器人1位置设置能够扫描出靠近上料机器人1放置的打磨工件原材4的放置位 姿数据的视觉扫描台5，视觉扫描台5与控制部件6连接，打磨机床3设置在靠 近下料机器人2位置，打磨机床3设置为能够将打磨工件原材4打磨加工成工 件成品7的结构，靠近下料机器人2位置还设置输送机8，上料机器人1和下料 机器人2分别与控制部件6连接。在打磨工件(铸造工件)打磨作业中，可以实现打磨工件在上料过程中的工件原材位姿自动识别，从而实现上料机器人根 据控制部件设定的频率进行精确上料，同时实现卸料机器人按照控制部件设定 的频率进行精确下料。本发明的系统中，采用高分辨率的工业相机对视觉扫描 台上放置的打磨工件原材进行拍摄，通过图像的处理分析，得到打磨工件的空 间方位信息，实现打磨工件原材位姿数据的获取，而根据获取的位姿数据，上 料机器人准确调整位置，实现对每个打磨工件原材的抓取，然后放置到工件原 材转动台上，工件原材转动台根据控制部件设定的频率转动，每转动一次，下 料机器人对准工件原材转动台上的一个原材定位块，下料机器人根据设定的频 率和位置，抓取打磨工件原材，并将其放置到打磨机床内，在打磨机床对打磨 工件原材打磨后形成工件成品后，下料机器人再从打磨机床内抓取工件成品， 并将工件成品放置到输送机的输送带上，此时控制部件控制输送机启动，从而 进行工件成品输送，输送机端头为工件诚信存储区域，进行工件成品存储或装 车输送。而对打磨工件原材的位姿进行扫描确认时，通过视觉算法实现，从而 可以同时对多个打磨工件原材(5个)进行识别与定位，识别定位时间小于1.5s， 以提高识别定位效率满足系统生产节拍的要求。根据打磨工件原材的结构特征， 在视觉算法中对其方位进行判断，从而不仅确定打磨工件原材的空间位置，而 且能够得到正确的抓取面(以打磨工件端面圆形面为夹持面)信息，便于上料 机器人进行打磨工件原材抓取，判断准确率为100％。本发明为一种打磨工件打 磨加工系统，结构简单，能够集视觉识别、工件传送及机器人上下料为一体， 所述的打磨工件打磨加工系统能够实现打磨工件的自动识别、整理、排列，实 现打磨工件自动上下料及运输，完全自动化，减少人工，从而提高铸造工件打 磨效率、精度，降低工作人员劳动强度，有效解决现有技术中存在的缺陷。
所述的打磨工件打磨加工系统还包括工件原材转动台9，工原材转动台9包 括底座10，底座10上安装电机11，电机11与转动盘12连接，转动盘12水平 放置，转动盘12上设置多个原材定位块13，每个原材定位块13上设置多个原 材定位孔14，电机11与控制部件6连接。上述结构，工件原材转动台9的转动 片的转动节奏与上料机器人和下料机器人配合，上料机器人抓取打磨工件原材 放满转动盘上的一个原材定位块13后，控制部件通过电机控制转动盘转动90 度，此时，上料机器人可以向另一个相邻的原材定位块13上放置打磨工件原材， 而下料机器人可以从转动盘上的一个原材定位块13抓取打磨工件原材放置到打 磨机床内，下料机器人取完转动盘上的一个原材定位块13上的全部打磨工件原 材后，此时上料机器人刚好放满转动盘上的另一个原材定位块13后，此时控制 部件控制转动盘转动，使一个空的原材定位块对准上料机器人的上料位，而一 个满的原材定位块对准下料机器人的下料位，实现工件打磨及上下料节奏配合。
所述的靠近上料机器人1位置还设置能够放置打磨工件原材4的工件料框15，上料机器人1设置为能够将工件料框15内的打磨工件原材4抓取放置到转 动盘12的一个原材定位块13的一个原材定位孔14内的结构。工件料框内可以 放置运输来的打磨工件原材，此时工件料框内的打磨工件原材无规则放置，而 后通过上料机器人依次抓取工件料框内的打磨工件原材放置到视觉扫描台上， 视觉扫描台扫描后，将打磨工件原材的位姿数据进行拍照扫描，而后传给控制 部件，控制部件根据位姿信号确定该打磨工件原材空间位置，然后控制部件控 制上料机器人调整位置，能够准确抓取视觉扫描台上的打磨工件原材的合适抓 取面，然后将该打磨工件原材抓取放置到一个原材定位块13的一个原材定位孔 14，多次重复工作，放置满一个原材定位块13后，转动盘转动，开始放置另一 个原材定位块13，实现上料的重复无间断作业，批量完成打磨工件打磨加工。
所述的下料机器人2设置为能够将放置到转动盘12上的原材定位孔14内 的打磨工件原材4抓取放置到打磨机床3内的结构，下料机器人2还设置为能 够将打磨机床3打磨加工形成的工件成品7从打磨机床3中抓取放置到输送机8 上的结构，所述的输送机8与控制部件6连接。下料机器人根据控制部件设定 的节奏依次抓取每个原材定位块13上的打磨工件原材放置到打磨机床内，在该 打磨工件原材打磨形成工件成品后，控制部件再根据控制部件设定的节奏抓取 工件成品放置到输送机的输送带上，输送机按照控制部件设定的节奏输送工件 成品到工件存储位，完成一个打磨工件打磨加工工序，重复工作即可批量生产。
所述的视觉扫描台5的扫描台台面17上安装相机支架18，相机支架18上 安装工业相机19，工业相机19设置为能够拍摄放置在扫描台台面17上的打磨 工件原材4的放置位姿数据的结构，工业相机19的控制模块设置为能够将工业 相机19拍摄到的放置在扫描台台面17上的打磨工件原材4的放置位姿数据发 送给控制部件6的结构。上述结构，相机支架实现工业相机在扫描台台面上的 安装，而工业相机安装后，能够覆盖整个扫描台台面，对扫描台台面上放置的 打磨工件原材进行批量扫描，获取原材位姿数据，并传递给控制部件，控制部 件再根据原材位姿数据，调整上料机器人位置，实现对打磨工件原材的准确抓 取。本发明所述的视觉系统进行工件扫描的算法、原理、过程如下所示：通过 三维线结构光传感器，(1)需要对结构光传感器与机器人之间的坐标关系进行 标定，以获取结构光传感器相对于机器人基坐标系之间的变换矩阵。(2)结构 光传感器通过激光扫描的方式获取料框内工件的点云数据。(3)对点云数据进 行处理，包括滤波、去噪。(4)对采集的工件点云数据进行特征估计，识别典 型特征(5)模型配准，将点云数据分析得到的工件特征与工件数学模型特征进 行匹配，计算工件位姿(6)计算当前最优解。通过位姿完整度分析当前最适合抓取的工件，(7)坐标变换。将最适合抓取的工件相对于结构光传感器中的位 姿通过变换矩阵转换到机器人坐标系中(8)通讯，将计算得到的工件的位姿通 过以太网传递给机器人控制器(控制部件)，这样控制部件获得准确的位姿数据。
所述的控制部件6设置为能根据接收的打磨工件原材4放置位姿数据调整 上料机器人1的移动臂末端夹具Ⅰ20的位置，从而控制移动臂末端夹具Ⅰ20抓 取扫描台台面17上的打磨工件原材4放置到工件原材转动台9的结构。上料机 器人1的移动臂末端夹具Ⅰ20用于抓取打磨工件原材。现有技术中用于夹取物 件的夹具，均可用于本发明的系统中，而夹具通过控制部件控制自动张合。
所述的上料机器人1的移动臂末端夹具Ⅰ20上设置上料大电磁吸盘21、原 材夹爪22，控制部件6控制上料机器人1的移动臂末端夹具Ⅰ20从工件料框15 抓取打磨工件原材4到视觉扫描台5时，控制部件6设置为能够控制上料大电 磁吸盘21吸附在待抓取的打磨工件原材4上的结构，控制部件6设置为能够控 制原材夹爪22夹紧在待抓取的打磨工件原材4上的结构。上述结构，在上料机 器人从工件料框抓取打磨工件原材时，上料大电磁吸盘21吸附在原材抓取面， 而原材夹爪22同时夹紧原材，避免原材在抓取移动过程中掉落，提高可靠性。 而现有技术中用于夹取物件的夹爪，均可用于本发明的系统中，夹爪通过控制 部件控制自动张合。
所述的上料机器人1的移动臂末端夹具Ⅰ20上还设置上料小电磁吸盘23， 控制部件6控制上料机器人1的移动臂末端夹具Ⅰ20从工原材转动台9上抓取 打磨工件原材4到打磨机床3内时，控制部件6设置为能够控制上料小电磁吸 盘23吸附在待抓取打磨工件原材4上的结构。上述结构，上料小电磁吸盘可以 单独吸取抓住小型原材，也可以与上料大电磁吸盘配合，一道进行原材抓取， 提高原材抓取可靠性，避免掉落。
所述下料机器人2包括移动臂末端夹具Ⅱ16，移动臂末端夹具Ⅱ16上设置 下料电磁吸盘24，下料电磁吸盘包括多个，控制部件能够控制下料电磁吸盘24 通断，从而可以吸附抓取工件，并且可以放下工件，实现工件的下料及输送。
本发明所述的系统，工作频率由下料机器人和上料机器人决定，下料机器 人需要连续实现打磨工件原材抓取放置到打磨机床，及从打磨机床中抓取打磨 加工后的工件成品放置到输送机上，而上料机器人用于从工件料框抓取工件原 材放置到视觉扫描台上，并且将工件原材从视觉扫描台上准确抓取到工件原材 转动台上，工件原材转动台与上料机器人和下料机器人的节奏配合。考虑到机 器人相对于人工而言，速度快、可以长时间连续运转等因素，最终整个系统的 上下料节拍可以完全超过当前的人工上料下料节拍，并与打磨机床节拍相匹配。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不 受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进， 或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的 保护范围内。

Claims (9)

1.一种打磨工件打磨加工系统，其特征在于：所述的打磨工件打磨加工系统包括上料机器人(1)、下料机器人(2)、打磨机床(3)，靠近上料机器人(1)位置设置能够扫描出靠近上料机器人(1)放置的打磨工件原材(4)的放置位姿数据的视觉扫描台(5)，视觉扫描台(5)与控制部件(6)连接，打磨机床(3)设置在靠近下料机器人(2)位置，打磨机床(3)设置为能够将打磨工件原材(4)打磨加工成工件成品(7)的结构，靠近下料机器人(2)位置还设置输送机(8)，上料机器人(1)和下料机器人(2)分别与控制部件(6)连接。
2.根据权利要求1所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：所述的打磨工件打磨加工系统还包括工件原材转动台(9)，工原材转动台(9)包括底座(10)，底座(10)上安装电机(11)，电机(11)与转动盘(12)连接，转动盘(12)水平放置，转动盘(12)上设置多个原材定位块(13)，每个原材定位块(13)上设置多个原材定位孔(14)，电机(11)与控制部件(6)连接。
3.根据权利要求1或2所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：所述的靠近上料机器人(1)位置还设置能够放置打磨工件原材(4)的工件料框(15)，上料机器人(1)设置为能够将工件料框(15)内的打磨工件原材(4)抓取放置到转动盘(12)的一个原材定位块(13)的一个原材定位孔(14)内的结构。
4.根据权利要求2所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：所述的下料机器人(2)设置为能够将放置到转动盘(12)上的原材定位孔(14)内的打磨工件原材(4)抓取放置到打磨机床(3)内的结构，下料机器人(2)还设置为能够将打磨机床(3)打磨加工形成的工件成品(7)从打磨机床(3)中抓取放置到输送机(8)上的结构，所述的输送机(8)与控制部件(6)连接。
5.根据权利要求1或2所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：所述的视觉扫描台(5)的扫描台台面(17)上安装相机支架(18)，相机支架(18)上安装工业相机(19)，工业相机(19)设置为能够拍摄放置在扫描台台面(17)上的打磨工件原材(4)的放置位姿数据的结构，工业相机(19)的控制模块设置为能够将工业相机(19)拍摄到的放置在扫描台台面(17)上的打磨工件原材(4)的放置位姿数据发送给控制部件(6)的结构。
6.根据权利要求5所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：控制部件(6)设置为能根据接收的打磨工件原材(4)放置位姿数据调整上料机器人(1)的移动臂末端夹具Ⅰ(20)的位置，从而控制移动臂末端夹具Ⅰ(20)抓取扫描台台面(17)上的打磨工件原材(4)放置到工件原材转动台(9)的结构。
7.根据权利要求1或5所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：上料机器人(1)的移动臂末端夹具Ⅰ(20)上设置上料大电磁吸盘(21)、原材夹爪(22)，控制部件(6)控制上料机器人(1)的移动臂末端夹具Ⅰ(20)从工件料框(15)抓取打磨工件原材(4)到视觉扫描台(5)时，控制部件(6)设置为能够控制上料大电磁吸盘(21)吸附在待抓取的打磨工件原材(4)上的结构，控制部件(6)设置为能够控制原材夹爪(22)夹紧在待抓取的打磨工件原材(4)上的结构。
8.根据权利要求1或5所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：所述的上料机器人(1)的移动臂末端夹具Ⅰ(20)上还设置上料小电磁吸盘(23)，控制部件(6)控制上料机器人(1)的移动臂末端夹具Ⅰ(20)从工原材转动台(9)上抓取打磨工件原材(4)到打磨机床(3)内时，控制部件(6)设置为能够控制上料小电磁吸盘(23)吸附在待抓取打磨工件原材(4)上的结构。
9.根据权利要求1或2所述的打磨工件打磨加工系统，其特征在于：下料机器人(2)包括移动臂末端夹具Ⅱ(16)，移动臂末端夹具Ⅱ(16)上设置下料电磁吸盘(24)，下料电磁吸盘(24)包括多个，控制部件(6)设置为能够控制下料电磁吸盘(24)通断的结构。
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