微米精度三層平面工件對位機器人系統的製作方法
2023-11-05 19:10:52
專利名稱：微米精度三層平面工件對位機器人系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械加工技術領域，具體地，涉及一種微米精度三層平面工件對位機器人系統。
背景技術：
隨著工業領域自動化生產的進行，機器視覺以機器代替人眼的作用，被廣泛用於工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。機器視覺系統為非接觸測量，對被觀測者都不會產生任何損傷。從而提高系統的可靠性。機器視覺系統具有較寬的光譜響應範圍，例如使用紅外測量，擴展了視覺範圍。機器視覺系統能夠長時間穩定工作，人眼長時間觀察對象會產生疲勞，而機器視覺則能夠長時間穩定地作測量、分析和識別任務。目前的高精度對位裝置主要有以下缺點對工件尺寸要求高，只能適應有限的工件，而且只能實現兩平面的定位；要實現三平面或者更多的工件需要多臺機器聯合操作； 只能實現單一對位功能，對位後無法將工件固定，需要其他輔助設備對工件進行處理；CCD 攝像機構數目少，只能進行單邊對位；當工件發生脹縮時無法保證對位精度。如中國專利文獻液晶面板膠帶的對位貼附機(其公開號為CN101776817A，
公開日為2010. 07. 14)。本發明針對這些不足進行了以下改進獨創的分區氣盤可適應不同大小的工件，配合可移動CXD 攝像機構大大降低了工件尺寸的限制；上下氣盤由計算機控制可進行吹吸動作，可對定位後的工件進行壓合固定；單機可進行多平面定位處理；四CCD攝像處理可大大提高對位精度。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種微米精度三層平面工件對位機器人系統，該系統具有四個CCD攝像機構同時定位，大大提高了定位的精確度，在工件膨脹的情況下，精度仍能夠達到20微米，同時四個CCD攝像機構能夠在滑軌上自由移動，適應不同的工件。根據本發明的一個方面，提供一種微米精度三層平面工件對位機器人，包括計算機控制系統、機器人本體以及氣動系統，所述計算機控制系統與所述機器人本體以及所述氣動系統連接，其中，
所述計算機控制系統包括工控機、圖像處理模塊、步進電機驅動模塊、可編程控制器、 可調電源以及執行電路，所述工控機與所述可編程控制器、步進電機驅動模塊、以及圖像處理模塊連接，所述可編程控制器與所述執行電路、以及可調電源連接；
所述機器人本體包括主軀幹體懸臂鋼質支架、大理石基座、X軸位移臺、Y軸位移臺、水平旋轉臺、下氣盤、Z軸位移臺、上氣盤、滑動導軌、攝像機支架、左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、右後攝像機、下氣盤工件預定位孔、X軸電機、Y軸電機、Z軸電機、水平旋轉電機， 其中，所述主軀幹體懸臂鋼質支架與所述Z軸位移臺連接，所述上氣盤設置於所述Z軸位移臺的下方且與所述Z軸位移臺固定連接，所述上氣盤的四個角分別與所述左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、右後攝像機連接，所述下氣盤、水平旋轉臺、Y軸位移臺、X軸位移臺以及大理石基座依次由上至下固定連接，所述X軸電機位於所述X軸位移臺上，所述Y軸電機位於所述Y軸位移臺上，所述Z軸電機位於所述Z軸位移臺上，所述水平旋轉電機位於所述水平旋轉臺上；
所述氣動系統包括上氣盤氣動裝置、下氣盤氣動裝置、以及高壓氣泵，其中，所述上氣盤氣動裝置包括與所述可編程邏輯控制器連接的上氣盤真空泵、上氣盤內區吹氣閥、上氣盤內區抽吸閥、上氣盤外區吹氣閥、以及上氣盤外區抽吸閥，所述上氣盤真空氣泵的兩端分別與所述上氣盤內區抽吸閥的一端和所述上氣盤外區抽吸閥的一端連接，所述高壓氣泵的兩端分別與所述上氣盤內區吹氣閥的一端以及所述上氣盤外區吹氣閥的一端連接，所述上氣盤內區抽吸閥的另一端以及所述上氣盤內區吹氣閥的另一端均與所述上氣盤內氣區氣孔連接，所述上氣盤外區抽吸閥的另一端以及所述上氣盤外區吹氣閥的另一端均與所述上氣盤外氣區氣孔連接；所述下氣盤氣動裝置包括與所述可編程控制器連接的下氣盤真空泵、下氣盤內區吹氣閥、下氣盤內區抽吸閥、下氣盤外區吹氣閥、以及下氣盤外區抽吸閥，所述下氣盤真空氣泵的兩端分別與所述下氣盤內區抽吸閥的一端和所述下氣盤外區抽吸閥的一端連接，所述高壓氣泵的兩端分別與所述下氣盤內區吹氣閥的一端和所述下氣盤外區吹氣閥的一端連接，所述下氣盤內區抽吸閥的另一端和所述下氣盤內區吹氣閥的另一端均與所述下氣盤內氣區氣孔連接，所述下氣盤外區抽吸閥的另一端和所述下氣盤外區吹氣閥的另一端均與所述下氣盤外氣區氣孔連接。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括懸臂固定座、X軸移動機構、Y軸移動機構、Z軸移動機構、水平旋轉機構、四個CXD攝像機構、上氣盤組件、下氣盤組件、計算機控制系統和氣動系統，其中懸臂固定座與Z軸移動機構連接，上氣盤組件設置於Z軸移動機構的下方且與ζ軸移動機構固定連接，上氣盤組件的四個角分別與四個CXD攝像機構連接，下氣盤組件、水平旋轉機構、Y軸移動機構、X軸移動機構和懸臂固定座依次由上至下固定連接，計算機控制系統分別與X軸移動機構、Y軸移動機構、Z軸移動機構、水平旋轉機構和CCD攝像機構連接，氣動系統分別與上氣盤組件和下氣盤組件連接。所述的懸臂固定座包括懸臂支架和基座，其中基座分別與懸臂支架和X軸移動機構固定連接，懸臂支架與Z軸移動機構固定連接。所述的Z軸移動機構包括Z軸位移臺和Z軸電機，其中Z軸位移臺分別與Z軸電機、懸臂固定座和上氣盤組件連接。所述的上氣盤組件包括上氣盤固定板、吸附板，其中上氣盤固定板分別與四個 CCD攝像機構、吸附板和Z軸移動機構固定連接。所述的上氣盤固定板的邊框上設有外氣區氣孔、內氣區氣孔。該上氣盤固定板內部設有互相間隔的外氣區和內氣區，外氣區氣孔和內氣區氣孔分別與外氣區和內氣區連
ο所述的下氣盤組件包括吸附板、下氣盤固定板、四個燈光窗口、LED燈板和兩個工件預定位栓，其中下氣盤固定板分別與LED燈板、吸附板和水平旋轉機構固定連接，四個燈光窗口分別設置於下氣盤固定板的四個角上，兩個工件預定位栓分別嵌入於下氣盤固定板。所述的下氣盤固定板的邊框上設有外氣區氣孔和內氣區氣孔，該下氣盤固定板內部設有互相間隔的外氣區和內氣區，外氣區氣孔和內氣區氣孔分別與外氣區和內氣區連通，該下氣盤固定板的邊緣設有兩個預定位孔，兩個預定位孔分別嵌入兩個工件預定位栓。所述的吸附板的中央設有孔稀疏區，該吸附板的四周對稱分布四個孔密集區。所述的孔密集區氣孔的間距分別小於孔稀疏區氣孔的間距。所述的孔稀疏區與孔密集區所有的氣孔都必須與相應的氣道對準。所述的工件預定位栓包括內套、外套、限制線繩和彈簧，其中彈簧分別與內套和外套連接，外套的外壁嵌入於對應的吸附板內，內套的外壁與外套的內壁面接觸且內套能夠沿外套的內壁活動，限制線繩用來限制彈簧的彈出高度。所述的CCD攝像機構包括滑動導軌、攝像支架和攝像機，其中滑動導軌固定於上氣盤組件上且滑動導軌延伸至上氣盤組件的外側，攝像支架與滑動導軌活動連接，攝像機固定於攝像支架上。所述的滑動導軌的兩根軌道相互平行且鏡像對稱分布，該對稱中心線與上氣盤的對角線重合，該滑動導軌的兩端設有鎖緊機構。所述的X軸移動機構包括X軸位移臺和X軸電機，其中χ軸位移臺分別與懸臂固定座、Y軸移動機構和X軸電機連接。所述的Y軸移動機構包括Y軸位移臺和Y軸電機，其中Υ軸位移臺分別與X軸移動機構、水平旋轉機構和Y軸電機連接。所述的水平旋轉機構包括水平旋轉臺和水平旋轉電機，其中水平旋轉臺分別與Y軸移動機構、下氣盤組件和水平旋轉電機連接。所述的氣動系統包括上氣盤氣動裝置、下氣盤氣動裝置和高壓氣泵，其中 所述的上氣盤氣動裝置包括上氣盤真空泵、上氣盤內區吹氣閥、上氣盤內區抽吸閥、
上氣盤外區吹氣閥和上氣盤外區抽吸閥，它們均與計算機控制系統中的可編程邏輯控制器連接，上氣盤真空氣泵的兩端分別與上氣盤內區抽吸閥的一端和上氣盤外區抽吸閥的一端連接，高壓氣泵的兩端分別與上氣盤內區吹氣閥的一端和上氣盤外區吹氣閥的一端連接， 上氣盤內區抽吸閥的另一端和上氣盤內區吹氣閥的另一端均與上氣盤內氣區氣孔連接，上氣盤外區抽吸閥的另一端和上氣盤外區吹氣閥的另一端均與上氣盤外氣區氣孔連接。所述的下氣盤氣動裝置包括下氣盤真空泵、下氣盤內區吹氣閥、下氣盤內區抽吸閥、下氣盤外區吹氣閥和下氣盤外區抽吸閥，它們均與計算機控制系統中的可編程邏輯控制器連接，下氣盤真空氣泵的兩端分別與下氣盤內區抽吸閥的一端和下氣盤外區抽吸閥的一端連接，高壓氣泵的兩端分別與下氣盤內區吹氣閥的一端和下氣盤外區吹氣閥的一端連接，下氣盤內區抽吸閥的另一端和下氣盤內區吹氣閥的另一端均與下氣盤內氣區氣孔連接，下氣盤外區抽吸閥的另一端和下氣盤外區吹氣閥的另一端均與下氣盤外氣區氣孔連接。所述的計算機控制系統包括工控機、圖像處理模塊、步進電機驅動模塊、可編程控制器、可調電源和執行電路。工控機與可編程控制器、步進電機驅動模塊和圖像處理模塊連接，可編程控制器與執行電路和可調電源連接，執行電路與上下氣盤閥門、上下氣盤真空泵和高壓氣泵連接，可調電源與LED燈板連接，步進電機驅動模塊與X、Y、Z和水平旋轉電機連接，圖像處理模塊與四個CXD攝像機連接。所述的LED燈板的發光面朝上，亮光透過吸附板給CXD攝像機構提供由下而上的平面光源。所述的工件預定位栓實現工件預定位，在沒有機械壓力時，內套依靠彈簧的張力凸出於吸附板的平面，暴露在外；在遇到機械壓力時，則相應縮回外套內。從而起到，給所要加工的工件預定位的作用。為使得內套不至於跳出外套還應該有一根限制線繩加以限制。 工件預定位栓在嵌入吸附板時，要做到底部與其表面完全平整，不可以凸出。利用本發明加工的工件，事先開好圓孔，該圓孔與預定位孔的位置相互對應，工件放入兩個工件預定位栓就可以實現工件預定位。利用本發明加工的工件，事先開好圓孔，該圓孔與預定位孔相對應，工件放入兩個工件預定位栓就可以實現工件預定位。該圓孔的直徑要略大於預定位孔的直徑，使加工工件放入後仍能做小範圍的移動。所述的氣動裝置能夠完成上氣盤組件和下氣盤組件的吸附與吹氣工件的功能，包括能夠單獨在內氣區吸氣只吸附小工件、在內氣區和外氣區同時吸氣而吸附大工件、能夠上氣盤組件吸氣的同時下氣盤組件的內範圍氣區吸氣而外範圍氣區吹氣，從而達到使得工件在1-2層粘和區粘和的目的。本發明能夠在下氣盤組件吸氣的同時上氣盤組件的內氣區吸氣而外氣區吹氣，從而達到使得工件在2-3層粘和區粘和的目的。上氣盤組件和下氣盤組件在接近時能夠同時吸附工件以便進行精確定位，上氣盤組件和下氣盤組件在遠離時也能夠分別處於吸氣或者吹氣或者無氣的狀態，從而方便於工件脫離。本發明上氣盤組件和下氣盤組件能夠平整地吸牢工件，由四角的CXD攝像機構對工件上設定的圖標進行辨識，然後由計算機計算出精確位置進行對位。當發現上工件膨脹時，本發明會自動將膨脹誤差均勻分配到四個角，使整體誤差最小。對位後上氣盤組件下壓，進行壓合處理，然後上氣盤組件繼續吸附第三個平面工件，重複進行上述定位操作。通過壓合處理能夠處理多個平面，同時使對位後的工件能夠脫離本發明自由進行各種處理。本發明具有四個自由度即XYZ θ的位移動作是由四個步進電機旋轉來實現的即 X軸電機、Y軸電機、Z軸電機和水平旋轉電機帶動上氣盤組件和下氣盤組件不斷地變化位置，執行著對位、定位和粘合的操作。本發明的所有動作都受控於計算機控制系統，計算機控制系統進行圖像分析與計算、位移量分析與計算、反饋再修正、比較與判定。
圖1為機器人本體與計算機控制系統、氣動系統總裝示意圖； 圖2為機器人本體結構示意圖3為上氣盤結構示意圖； 圖4為下氣盤結構示意圖； 圖5為嵌入於下氣盤的工件預定位栓結構示意圖； 圖6為加工工件板上預定位開孔示意圖； 圖7為氣動裝置控制示意圖； 圖8為本發明自動控制流程圖； 圖9為上氣盤氣孔示意圖； 圖10為上氣盤內外氣區分布圖；圖11為下氣盤氣孔稀疏區與氣孔密集區分布圖。圖中1為主軀幹體懸臂鋼質支架2為大理石基座3為X軸位移臺4為Y軸位移臺5為水平旋轉臺6為下氣盤7為Z軸位移臺8為上氣盤9為滑動導軌10為攝像機支架11左前攝像機12為左後攝像機13為右前攝像機14為右後攝像機15為上吸盤邊緣四個角伸展區16為滑動導軌17為上氣盤固定板18為兩組導軌的平行中心線在上吸盤的前後兩端呈110度角19為上氣盤外氣區氣孔20為上氣盤內氣區氣孔21為上氣盤吸附板(透明的有機玻璃上打氣孔)22為外區隔離牆23為內區隔離牆M為上下氣盤內氣區25為上下氣盤外氣區沈為邊框螺絲孔27為下氣盤外氣區氣孔觀為下氣盤內氣區氣孔四為燈光窗口 30為LED燈板31為下氣盤吸附板(透明的有機玻璃上打氣孔)32為下氣盤固定板33為氣盤氣孔稀疏區34為氣盤氣孔密集區35為下氣盤工件預定位孔36為定位栓內套37為定位栓外套38為定位栓彈簧39為限制線繩40為待加工板材對位圓孔 41為上氣盤真空泵42上氣盤外區抽吸閥43為上氣盤內區抽吸閥44為上氣盤外區吹氣閥45為上氣盤內區吹氣閥46為下氣盤真空泵47為下氣盤外區抽吸閥48為下氣盤內區抽吸閥49為下氣盤外區吹氣閥50為下氣盤內區吹氣閥51為高壓氣泵52為步進電機驅動器53為X軸電機M為Y軸電機55為Z軸電機56為水平旋轉電機57為圖像處理模塊58為工控機59為可編程器控制60為執行電路61為可調電源。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括計算機控制系統、機器人本體和氣動系統。其中所述計算機控制系統與所述機器人本體和所述氣動系統連接。所述計算機控制系統包括工控機 58、圖像處理模塊57、步進電機驅動模塊52、可編程控制器59、可調電源61和執行電路60。 所述工控機58與所述可編程控制器59、步進電機驅動模塊52和圖像處理模塊57連接，所述可編程控制器59與所述執行電路60和所述可調電源61連接，所述執行電路60與所述上下氣盤閥門和所述真空泵、高壓氣泵連接，所述可調電源61與所述LED燈板連接，所述步進電機驅動模塊52與X、Y、Z和水平旋轉電機連接，所述圖像處理模塊57與左前攝像機11、 左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14連接。如圖2所示，所述機器人本體包括主軀幹體懸臂鋼質支架1、大理石基座2、X軸位移臺3、Y軸位移臺4、水平旋轉臺5、下氣盤6、Z軸位移臺7、上氣盤8、滑動導軌9、攝像機支架10、左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14、下氣盤工件預定位孔35、待加工板材對位圓孔40、X軸電機53、Y軸電機Μ、Ζ軸電機55、水平旋轉電機56， 其中所述主軀幹體懸臂鋼質支架1與所述Z軸位移臺7連接，所述上氣盤8設置於所述Z 軸位移臺7的下方且與所述Z軸位移臺7固定連接，所述上氣盤8的四個角分別與所述左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14連接，所述下氣盤6、水平旋轉臺5、Υ軸位移臺4、Χ軸位移臺3和大理石基座2依次由上至下固定連接，所述X軸電機53 位於所述X軸位移臺3上，所述Y軸電機M位於所述Y軸位移臺4上，所述Z軸電機55位於所述Z軸位移臺7上，所述水平旋轉電機56位於所述水平旋轉臺5上。
如圖3、9、10所示，所述上氣盤8包括上氣盤固定板17、滑動導軌16、上氣盤吸附板21、上吸盤邊緣四個角伸展區15、上氣盤外氣區氣孔19和上氣盤內氣區氣孔20，其中， 所述上氣盤固定板17分別與所述左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14、吸附板16以及Z軸位移臺7固定連接，所述上氣盤固定板17的邊框上設有所述上氣盤外氣區氣孔19和上氣盤內氣區氣孔20，所述上氣盤固定板17通過外區隔離牆22和內區隔離牆23在內部分隔成互相間隔的上下氣盤外氣區25和上下氣盤內氣區對，所述上氣盤外氣區氣孔19和所述上氣盤內氣區氣孔20分別與所述上下氣盤外氣區25和所述上下氣盤內氣區M連通。所述上氣盤固定板17沿對角線延伸出所述上吸盤邊緣四個角伸展區 15，所述滑動導軌16的兩根軌道相互平行且鏡像對稱分布，該對稱中心線與上氣盤的對角線重合，所述滑動導軌16的兩端設有鎖緊機構。所述邊框螺絲孔沈用於將所述上氣盤吸附板21固定到所述上氣盤固定板17上。如圖4所示，所述下氣盤6包括下氣盤吸附板31、下氣盤固定板32、四個燈光窗口 29、LED燈板30和兩個下氣盤工件預定位孔35，其中，所述下氣盤固定板32分別與所述LED燈板30、下氣盤吸附板31以及水平旋轉臺5固定連接，四個所述燈光窗口四分別設置於所述下平面固定板32的四個角上。所述下氣盤固定板32的邊框上設有下氣盤外氣區氣孔27和下氣盤內氣區氣孔觀，所述下氣盤固定板32通過外區隔離牆23和內區隔離牆23在內部分隔成互相間隔的所述上下氣盤外氣區25和所述上下氣盤內氣區對，所述下氣盤外氣區氣孔27和所述下氣盤內氣區氣孔28分別與所述上下氣盤外氣區25和所述上下氣盤內氣區M連通，所述下氣盤固定板32的邊緣設有兩個所述下氣盤工件預定位孔35。兩個所述下氣盤工件預定位孔35 分別嵌入兩個所述工件預定位栓17。所述邊框螺絲孔沈用於將所述下氣盤吸附板31固定到所述下氣盤固定板32上。所述下氣盤吸附板31的中央設有氣盤氣孔稀疏區33，所述下氣盤吸附板31的四周對稱分布四個所述氣盤氣孔密集區34。所述氣盤氣孔稀疏區33相鄰氣孔的間距大於所述氣盤氣孔密集區34相鄰氣孔的間距。如圖5所示，兩個所述下氣盤工件預定位孔35中嵌入預定位栓，所述預定位栓包括定位栓內套36、定位栓外套37、定位栓彈簧38以及限制線繩39。其中，所述定位栓彈簧 38分別與所述定位栓內套36和所述定位栓外套37連接，所述定位栓外套37的外壁嵌入於所述預定位孔35內，所述定位栓內套的外壁與所述定位栓外套的內壁面接觸且所述定位栓內套能夠沿所述定位栓外套的內壁活動，所述限制線繩39連接在所述定位栓彈簧38的兩端之間，所述限制線繩39用來限制所述定位栓彈簧38的彈出高度。如圖6所示，利用本發明加工的工件，事先開好待加工板材對位圓孔40，所述待加工板材對位圓孔40與所述下氣盤工件預定位孔35相對應，工件放入兩個工件預定位栓就可以實現工件預定位。所述待加工板材對位圓孔40其直徑要略大於所述下氣盤工件預定位孔35的直徑，使加工工件放入後仍能做小範圍的移動。如圖7所示，所述氣動系統包括上氣盤氣動裝置、下氣盤氣動裝置和高壓氣泵 51。其中，所述上氣盤氣動裝置包括上氣盤真空泵41、上氣盤內區吹氣閥45、上氣盤內區抽吸閥43、上氣盤外區吹氣閥44以及上氣盤外區抽吸閥42，它們均與所述計算機控制系統中的所述可編程邏輯控制器連接，所述上氣盤真空氣泵41的兩端分別與所述上氣盤內區抽吸閥43的一端和所述上氣盤外區抽吸閥42的一端連接，所述高壓氣泵51的兩端分別與所述上氣盤內區吹氣閥45的一端和所述上氣盤外區吹氣閥44的一端連接，所述上氣盤內區抽吸閥43的另一端和所述上氣盤內區吹氣閥45的另一端均與所述上氣盤內氣區氣孔20 連接，所述上氣盤外區抽吸閥42的另一端和所述上氣盤外區吹氣閥44的另一端均與所述上氣盤外氣區氣孔19連接。所述下氣盤氣動裝置包括下氣盤真空泵46、下氣盤內區吹氣閥50、下氣盤內區抽吸閥48、下氣盤外區吹氣閥49以及下氣盤外區抽吸閥47，它們均與所述計算機控制系統中的所述可編程邏輯控制器連接，所述下氣盤真空氣泵46的兩端分別與所述下氣盤內區抽吸閥48的一端和所述下氣盤外區抽吸閥47的一端連接，所述高壓氣泵51的兩端分別與所述下氣盤內區吹氣閥50的一端和所述下氣盤外區吹氣閥49的一端連接，所述下氣盤內區抽吸閥48的另一端和所述下氣盤內區吹氣閥50的另一端均與所述下氣盤內氣區氣孔觀連接，所述下氣盤外區抽吸閥47的另一端和所述下氣盤外區吹氣閥49的另一端均與所述下氣盤外氣區氣孔27連接。所述氣動系統所包含的所有組件均與所述可編程控制器59連接，都是按需求依照程序來運行以及通斷的，所述上、下氣盤的內氣區和外氣區都可按需求獨立進行吹氣和抽吸。如圖11所示，所述氣盤氣孔稀疏區33所有的氣孔必須與所述上下氣盤內氣區對準，所述氣盤氣孔密集區34所有的氣孔必須與所述上下氣盤外氣區對準。如圖2所示，本實施例中所述上氣盤8和下氣盤6分別吸附上下工件，所述左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14用於進行攝影，由計算機計算出精確位置，控制所述X軸位移臺3、Y軸位移臺4以及水平旋轉臺5進行對位。對位後所述上氣盤8下壓，同時所述上氣盤氣動裝置改吸為吹，使上下工件能平整的粘合在一起。處理完的工件能夠繼續進行多平面定位或者脫離本裝置進行其他處理。本實施例中所述上氣盤8和下氣盤6通過氣道設計，分成內外兩區，兩區能夠獨立進行吹吸動作，以適應不同大小的工件。所述左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14分別位於兩兩平行的軌道上，在保證坐標穩定的同時能夠適應不同大小的工件。所述左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14通過辨識工件上預設的圖標，而非辨識工件邊緣，這樣有利於進一步提高精度。所述左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14也能夠保證出現脹縮時將誤差均勻分布到整個工件，從而使整體誤差最小。所述計算機控制系統的對位採取反饋修正的方法，不斷進行攝像一對位一再攝像一再定位，能夠確保對位誤差在設定範圍之內。如圖9所示，在一個實施例中，自動控制流程包括如下步驟
步驟S201 所述上氣盤8和下氣盤件6開，將兩層工件利用定位栓放入預定位置； 步驟S202根據工件大小，所述下氣盤6吸氣，所述上氣盤8降下，吸起上工件； 步驟S203所述左前攝像機11、左後攝像機12、右前攝像機13、右後攝像機14對工件上設定的特殊標識進行拍攝；
步驟S204 計算機根據拍攝圖像計算出XY θ軸的移動量；
步驟S205 判斷移動量是否在允許範圍內，若否，則通過步驟S206，所述下氣盤6進行相應移動，並重複對工件上設定的特殊標識進行拍攝和計算機根據拍攝圖像計算出XY θ 軸的移動量；若是，則通過步驟S207，所述上氣盤8壓下，改吸氣為吹氣，使兩工件粘合；通過所述步驟S208，所述上氣盤組件8升起，繼續放入第三層工件，重複進行所述步驟S202， 直至完成三平面對位。
權利要求
1.一種微米精度三層平面工件對位機器人，其特徵在於，包括計算機控制系統、機器人本體以及氣動系統，所述計算機控制系統與所述機器人本體以及所述氣動系統連接，其中，所述計算機控制系統包括工控機、圖像處理模塊、步進電機驅動模塊、可編程控制器、 可調電源以及執行電路，所述工控機與所述可編程控制器、步進電機驅動模塊、以及圖像處理模塊連接，所述可編程控制器與所述執行電路、以及可調電源連接；所述機器人本體包括主軀幹體懸臂鋼質支架、大理石基座、X軸位移臺、Y軸位移臺、水平旋轉臺、下氣盤、Z軸位移臺、上氣盤、滑動導軌、攝像機支架、左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、右後攝像機、下氣盤工件預定位孔、X軸電機、Y軸電機、Z軸電機、水平旋轉電機， 其中，所述主軀幹體懸臂鋼質支架與所述Z軸位移臺連接，所述上氣盤設置於所述Z軸位移臺的下方且與所述Z軸位移臺固定連接，所述上氣盤的四個角分別與所述左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、右後攝像機連接，所述下氣盤、水平旋轉臺、Y軸位移臺、X軸位移臺以及大理石基座依次由上至下固定連接，所述X軸電機位於所述X軸位移臺上，所述Y軸電機位於所述Y軸位移臺上，所述Z軸電機位於所述Z軸位移臺上，所述水平旋轉電機位於所述水平旋轉臺上；所述氣動系統包括上氣盤氣動裝置、下氣盤氣動裝置、以及高壓氣泵，其中，所述上氣盤氣動裝置包括與所述可編程邏輯控制器連接的上氣盤真空泵、上氣盤內區吹氣閥、上氣盤內區抽吸閥、上氣盤外區吹氣閥、以及上氣盤外區抽吸閥，所述上氣盤真空氣泵的兩端分別與所述上氣盤內區抽吸閥的一端和所述上氣盤外區抽吸閥的一端連接，所述高壓氣泵的兩端分別與所述上氣盤內區吹氣閥的一端以及所述上氣盤外區吹氣閥的一端連接，所述上氣盤內區抽吸閥的另一端以及所述上氣盤內區吹氣閥的另一端均與所述上氣盤內氣區氣孔連接，所述上氣盤外區抽吸閥的另一端以及所述上氣盤外區吹氣閥的另一端均與所述上氣盤外氣區氣孔連接；所述下氣盤氣動裝置包括與所述可編程控制器連接的下氣盤真空泵、下氣盤內區吹氣閥、下氣盤內區抽吸閥、下氣盤外區吹氣閥、以及下氣盤外區抽吸閥，所述下氣盤真空氣泵的兩端分別與所述下氣盤內區抽吸閥的一端和所述下氣盤外區抽吸閥的一端連接，所述高壓氣泵的兩端分別與所述下氣盤內區吹氣閥的一端和所述下氣盤外區吹氣閥的一端連接，所述下氣盤內區抽吸閥的另一端和所述下氣盤內區吹氣閥的另一端均與所述下氣盤內氣區氣孔連接，所述下氣盤外區抽吸閥的另一端和所述下氣盤外區吹氣閥的另一端均與所述下氣盤外氣區氣孔連接。
2.根據權利要求1所述的微米精度三層平面工件對位機器人，其特徵在於，所述上氣盤包括上氣盤固定板、滑動導軌、吸附板、上氣盤外氣區氣孔、以及上氣盤內氣區氣孔，其中，所述上氣盤固定板分別與所述左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、右後攝像機、吸附板、以及Z軸位移臺固定連接，所述上氣盤固定板的邊框上設有所述上氣盤外氣區氣孔和上氣盤內氣區氣孔，所述上氣盤固定板內部設有互相間隔的所述上下氣盤外氣區和所述上下氣盤內氣區，所述上氣盤外氣區氣孔和所述上氣盤內氣區氣孔分別與所述上下氣盤外氣區和所述上下氣盤內氣區連通，所述滑動導軌的兩根軌道相互平行且鏡像對稱分布，該對稱中心線與上氣盤的對角線重合，所述滑動導軌的兩端設有鎖緊機構，所述上氣盤吸附板固定到所述上氣盤固定板上。
3.根據權利要求1或2所述的微米精度三層平面工件對位機器人，其特徵在於，所述下氣盤包括下氣盤吸附板、下氣盤固定板、四個燈光窗口、LED燈板和兩個下氣盤工件預定位孔，其中，所述下氣盤固定板分別與所述LED燈板、下氣盤吸附板以及水平旋轉臺固定連接，四個所述燈光窗口分別設置於所述下氣盤固定板的四個角上，所述下氣盤固定板的邊框上設有所述下氣盤外氣區氣孔和所述下氣盤內氣區氣孔，所述下氣盤固定板內部設有互相間隔的所述上下氣盤外氣區和所述上下氣盤內氣區，所述下氣盤外氣區氣孔和所述下氣盤內氣區氣孔分別與所述上下氣盤外氣區和所述上下氣盤內氣區連通，所述下氣盤固定板的邊緣設有兩個所述下氣盤工件預定位孔，兩個所述下氣盤工件預定位孔分別嵌入兩個工件預定位栓，所述下氣盤吸附板的中央設有下氣盤氣孔稀疏區，所述下氣盤吸附板的四周對稱分布四個所述下氣盤氣孔密集區，所述下氣盤氣孔稀疏區相鄰氣孔的間距大於所述下氣盤氣孔密集區相鄰氣孔的間距，所述下氣盤吸附板固定到所述下氣盤固定板上。
4.根據權利要求3所述的微米精度三層平面工件對位機器人，其特徵在於，所述預定位栓包括定位栓內套、定位栓外套、定位栓彈簧、以及限制線，其中，所述定位栓彈簧分別與所述定位栓內套以及所述定位栓外套連接，所述定位栓外套的外壁嵌入於所述預定位孔內，所述定位栓內套的外壁與所述定位栓外套的內壁面接觸且所述定位栓內套能夠沿所述定位栓外套的內壁活動，所述限制線繩連接在所述定位栓彈簧的兩端之間以用來限制所述定位栓彈簧的彈出高度。
5.根據權利要求4所述的微米精度三層平面工件對位機器人，其特徵在於，還包括滑動導軌以及攝像支架，所述滑動導軌固定於所述上氣盤上且所述滑動導軌延伸至所述上氣盤的外側，所述攝像支架與滑動導軌活動連接，所述左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、 右後攝像機固定於所述攝像支架上，所述滑動導軌的兩根軌道相互平行且鏡像對稱分布， 所述滑動導軌的對稱中心線與所述上氣盤的對角線重合，所述滑動導軌的兩端設有鎖緊機構。
6.根據權利要求5所述的微米精度三層平面工件對位機器人，其特徵在於，所述LED燈板的發光面朝上，所述LED燈板的亮光透過所述上氣盤吸附板和下氣盤吸附板給所述左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、右後攝像機提供由下而上的平面光源。
7.根據權利要求4至6中任一項所述的微米精度三層平面工件對位機器人，其特徵在於，所述計算機控制系統用於執行如下控制流程第一控制流程控制所述上氣盤和下氣盤開，將兩層工件利用所述定位栓放入預定位置；根據工件大小，控制所述下氣盤吸氣，控制所述上氣盤降下，吸起上工件；第二控制流程控制所述左前攝像機、左後攝像機、右前攝像機、右後攝像機對工件上設定的特殊標識進行拍攝；根據拍攝圖像計算出XY θ軸的移動量；第三控制流程判斷移動量是否在允許範圍內，若否，則控制所述下氣盤進行相應移動，並重複對工件上設定的特殊標識進行拍攝和計算機根據拍攝圖像計算出XY θ軸的移動量；若是，則進入第四控制流程；第四控制流程控制所述上氣盤壓下，改吸氣為吹氣，使兩工件粘合；第五控制流程控制所述上氣盤升起，繼續放入第三層工件，重複進行所述第二控制流程，直至完成三平面對位。
全文摘要
本發明提供一種微米精度三層平面工件對位機器人，包括計算機控制系統、機器人本體以及氣動系統。本發明採用四個位置可移動的黑白影像傳感器，對平面工件四角特定的標記進行圖像採集，將數據輸入工業微機進行圖像識別、比對、判定、計算、優化後針對具有四個自由度的執行電機分別給出位移數據。真空吸附平面工件的上吸盤可做垂直方向移動，真空吸附平面工件的下吸盤能夠進行前後、左右與水平旋轉三個方向的移動。本發明獨創的分區氣盤可適應不同大小的工件，配合可移動CCD攝像機構大大降低了工件尺寸的限制；上下氣盤由計算機控制進行吹吸動作，可對定位後的工件進行壓合固定；單機可進行多平面定位處理；四CCD攝像處理可大大提高對位精度。
文檔編號B25J9/16GK102267274SQ201110219718
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月2日 優先權日2011年8月2日
發明者周維富, 宮亮, 徐新華, 鍾麗媛 申請人:上海交通大學