基於圖像識別的彎管智能拋光系統及智能拋光設備的製作方法

2023-11-07 19:04:17 2

本發明涉及機械拋光技術領域，特別涉及一種基於圖像識別的彎管智能拋光系統及智能拋光設備。

背景技術：

拋光技術廣泛應用於對產品表面質量及外觀要求較高的產品，特別是在衛浴五金等行業中，以龍頭類彎管形狀為代表的產品需求量較高。通過拋光加工以得到均勻一致的高光澤度表面，其拋光的質量直接決定了產品的優劣等級。在傳統的拋光生產中，大多採用人工拋光的方式。這種拋光方式加工效率較低，無法滿足人們對此類產品的需求；另外。還因工人操作水平和作業習慣等差異導致最終產品質量不穩定，且由於拋光過程本身帶來的高噪聲、高粉塵的惡劣環境對工人的健康造成相當大的危害。

技術實現要素：

本發明旨在至少在一定程度上解決上述相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明一個的目的在於提出一種基於圖像識別的彎管智能拋光系統，該系統能夠智能自適應彎管之間的形狀尺寸差異，提高了產品的拋光質量，同時具有高效、省時省力的優點。

本發明的另一個目的在於提供一種智能拋光設備。

為了實現上述目的，本發明第一方面的實施例提出了一種基於圖像識別的彎管智能拋光系統，包括：上料單元、定位檢測單元、形狀識別單元、機械手拋光單元及運動控制單元，其中，所述上料單元包括彎管上料限位裝置、第一和第二彎管壓緊裝置及落料裝置，所述彎管上料限位裝置固定於機架，所述彎管上料限位裝置的限位塊分布在彎管直線部分兩側和彎管彎曲部分，所述第一和第二彎管壓緊裝置分別分布在彎管直線部分和彎管彎曲部分，所述第一和第二彎管壓緊裝置的壓緊位置在從下往上第二根彎管處，所述落料裝置由落料氣缸驅動，所述落料氣缸固定在機架上，所述落料氣缸的活塞杆端部與落料託板相連接；所述定位檢測單元包括送料氣缸、連接座、送料氣爪、到位氣缸、第一工業相機、第一相機支架、第一平板照明燈及計算機，所述送料氣缸的端蓋固定在機架上，所述送料氣缸的活塞杆與所述連接座的一端相連接，所述連接座的另一端分別與所述送料氣爪和所述到位氣缸的活塞杆相連接，所述落料託板由所述落料氣缸驅動下降至送料氣爪位置，所述送料氣爪動作，抓取彎管在所述到位氣缸的驅動下脫離所述落料託板，所述送料氣爪繼續夾持彎管在所述送料氣缸的作用下將彎管送到定位檢測指定位置，所述第一工業相機固定於第一相機支架上，用於將拍攝到的圖像數據傳至所述計算機，所述計算機用於對所述圖像數據進行圖像處理以計算出所述送料氣爪距離彎管末端的距離；所述形狀識別單元包括第二工業相機、第二相機支架、落料透明支撐板和第二平板照明燈，所述落料透明支撐板固定於機架上，所述第二工業相機安裝於所述第二相機支架上並固定於所述落料透明支撐板的正上方，並通過數據連接線與所述計算機相連，所述第二平板照明燈固定於所述落料透明支撐板的正下方以提供光源；所述機械手拋光單元包括拋光頭裝置、主機械手、副機械手及驅動裝置，所述拋光頭裝置安裝於機架上，所述主機械手包括X向線性模組、第一Y向線性模組、Z向線性模組、第一Z向旋轉方向電機、第一減速器及主手氣爪，所述X向線性模組、第一Y向線性模組、Z向線性模組安裝在機架上分別驅動主機械手在三個方向的運動，Z向轉動由固定在機架上的電機驅動，所述電機依次與減速器及聯軸器相連，聯軸器的另一端與主手氣爪相連接，以實現夾持彎管送入拋光頭，所述副機械手包括第二Y向線性模組、第二Z向旋轉方向電機、第二減速器、副手氣爪及錐形引導頭，所述第二Y向線性模組安裝在機架上分別驅動副手氣爪三個方向的運動，Z向轉動由固定在機架上的伺服電機驅動，所述伺服電機依次與第二減速器及聯軸器相連，聯軸器的另一端通過外加氣爪座使副手氣爪橫向安裝，另一側安裝錐形引導頭，所述主機械手和副機械手共同實現夾持並引導彎管進入拋光頭，進而將彎管從拋光頭取出；所述運動控制單元包括電機驅動器和PMAC運動控制卡，所述電機驅動器與伺服電機相連接，並與PMAC運動控制卡相連，所述PMAC運動控制卡通過網線與計算機通訊，並根據所生成的彎管機構的運動軌跡利用PMAC運動控制卡中的PVT控制模式，採用非均勻分段插值的PVT運動模式來擬合曲線，並通過所述計算機控制主機械手和副機械手的線性模組驅動，以進行所述主機械手和副機械手夾持彎管的運動。

另外，根據本發明上述實施例的基於圖像識別的彎管智能拋光系統還可以具有如下附加的技術特徵：

在一些示例中，所述第二工業相機對初始彎管進行拍照，將得到的圖像數據傳輸至所述計算機中，所述計算機對所述圖像數據進行中值濾波，消除圖像中的噪聲，並對圖像進行二值化處理得到二值化圖像，並通過形態學濾波對所述二值化圖像進行平滑處理，將處理過的二值圖像通過Canny算子求取邊緣點，根據彎管內外邊緣確定彎管中心線位置坐標，並通過曲線擬合生成中心線，並根據所述中心線計算夾持彎管機構的運動軌跡。

在一些示例中，所述拋光頭裝置由安裝在機架上的轉盤、兩組砂帶輪組、傳動機構和驅動電機組成，所述轉盤繞其中心軸公轉，所述中心軸是一個固定於機架的空心定軸，彎管被拋光時從其中通過，兩組砂帶輪組在轉盤上繞中心軸對稱分布並設置有砂帶間距調節裝置，每組砂帶輪組各安裝一個砂帶，每組砂帶輪組包括安裝在轉盤正面的砂帶傳動主動輪、被動輪及張緊輪，所述傳動機構是由固定於機架的大齒圈和固定連接在主動輪背面的同軸小齒輪，所述大齒圈與小齒輪外嚙合，通過傳送帶連接轉盤與安裝於機架的伺服電機同軸帶輪，電機驅動轉盤帶動砂帶輪組一起旋轉，小齒輪在與大齒圈外作圓周運動同時自轉並帶動主動輪旋轉。

在一些示例中，所述彎管在上料時被限定在固定位置，同時落料氣缸動作使落料板託起最底部一根彎管隨其下落，同時第一和第二彎管壓緊裝置啟動，氣缸動作使其餘彎管保持不動，落料託板在送料氣缸的驅動下到達送料氣爪位置，送料氣爪動作，抓取彎管在到位氣缸驅動下脫離落料託板，送料氣爪繼續夾持彎管在送料氣缸的作用下將彎管送到定位檢測指定位置，所述第一工業相機和第二工業相機進行拍攝，並將得到的圖像數據傳至計算機，計算機對所述圖像數據進行處理，以完成定位檢測和形狀識別，並計算出主機械手夾持彎管的拋光軌跡，所述主機械手抓取彎管，並根據計算出的夾持彎管的拋光軌跡將彎管送入拋光頭裝置進行拋光，副機械手同時將錐形引導頭送入拋光頭裝置引導彎管進入，當彎管拋光到指定位置時，副機械手在旋轉電機作用下轉動，副手氣爪到位並抓取彎管，將彎管取出，從而完成一個拋光循環。

在一些示例中，通過PMAC程序控制氣缸、氣爪的動作及拋光頭的啟動和旋轉速度控制。

在一些示例中，所述第一和第二彎管壓緊裝置分別由第一和第二壓緊驅動氣缸驅動，第所述第一和第二壓緊驅動氣缸的活塞杆端部分別與所述第一和第二彎管壓緊裝置的壓緊塊對應相連接，所述壓緊塊與彎管接觸表面為圓弧面以保證壓實彎管。

在一些示例中，所述形態學濾波包括腐蝕形態學濾波和膨脹形態學濾波。

在一些示例中，所述主機械手為四自由度的主機械手，所述四自由度包括X向、Y向、Z向及Z旋轉方向。

在一些示例中，所述副機械手為二自由度機械手，所述二自由度包括Y向及Z旋轉方向。

根據本發明實施例的基於圖像識別的彎管智能拋光系統，通過自動化的方式代替人工拋光方式，高效、省時省力且避免了對工人的健康威脅；同時能夠對彎管之間的形狀尺寸差異進行預判，並智能地自適應調整拋光運動軌跡，從而擴大了拋光系統的適用範圍，提高了產品的拋光質量，同時該系統具有高效、省時省力的優點。

本發明第二方面的實施例還提供了一種智能拋光設備，包括多個如上述實施例所述的基於圖像識別的彎管智能拋光系統。

根據本發明實施例的智能拋光設備，通過自動化的方式代替人工拋光方式，高效、省時省力且避免了對工人的健康威脅；同時能夠對彎管之間的形狀尺寸差異進行預判，並智能地自適應調整拋光運動軌跡，從而擴大了拋光設備的適用範圍，提高了產品的拋光質量，同時該設備具有高效、省時省力的優點。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明一個實施例的基於圖像識別的彎管智能拋光系統的總體結構圖；

圖2是本發明一個實施例的上料單元的結構圖；

圖3是本發明一個實施例的定位檢測單元的結構圖；

圖4是本發明一個實施例的形狀識別單元的結構圖；

圖5是本發明一個實施例的磨頭裝置的結構圖；

圖6是本發明一個實施例的雙機械手組合結構圖；

圖7是本發明一個實施例的拋光頭結構正視圖；

圖8是本發明一個實施例的拋光頭結構左視圖；

圖9是本發明一個實施例的拋光頭轉盤的背面結構圖；

圖10是本發明一個實施例的主機械手的結構圖；

圖11是本發明一個實施例的副機械手的結構圖；以及

圖12是本發明一個實施例的由兩個基於圖像識別的彎管智能拋光系統組成的智能拋光設備的結構圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

以下結合附圖描述根據本發明實施例的基於圖像識別的彎管智能拋光系統及智能拋光設備。

圖1是根據本發明一個實施例的基於圖像識別的彎管智能拋光系統的總體結構圖。如圖1所示，該基於圖像識別的彎管智能拋光系統包括：上料單元1、定位檢測單元2、形狀識別單元3、機械手拋光單元4及運動控制單元5。

其中，如圖2所示，上料單元1包括彎管上料限位裝置11、第一彎管壓緊裝置12和第二彎管壓緊裝置13及落料裝置14。其中，彎管上料限位裝置11固定於機架，彎管上料限位裝置11的限位塊分布在彎管直線部分兩側和彎管彎曲部分，保證彎管上料後在同一位置。第一彎管壓緊裝置12和第二彎管壓緊裝置13分別分布在彎管直線部分和彎管彎曲部分各一組，第一彎管壓緊裝置12和第二彎管壓緊裝置13的壓緊位置在從下往上第二根彎管處。落料裝置14由落料氣缸141驅動，落料氣缸141固定在機架上，落料氣缸141的活塞杆端部與落料託板142相連接。

其中，在本發明的一個實施例中，第一彎管壓緊裝置12和第二彎管壓緊裝置13分別由第一壓緊驅動氣缸121和第二壓緊驅動氣缸131驅動，第一壓緊驅動氣缸121和第二壓緊驅動氣缸131的活塞杆端部分別與第一壓緊驅動氣缸121和第二壓緊驅動氣缸131的壓緊塊122和132對應相連接，並且壓緊塊122和132與彎管接觸表面為圓弧面以保證壓實彎管。

如圖3所示，定位檢測單元2包括送料氣缸21、連接座22、送料氣爪23、到位氣缸24、第一工業相機25、第一相機支架26、第一平板照明燈27及計算機28。其中，送料氣缸21的端蓋固定在機架上，送料氣缸21的活塞杆與連接座22的一端相連接，連接座22的另一端分別與送料氣爪23和到位氣缸24的活塞杆相連接。落料託板142由落料氣缸141驅動下降至送料氣爪23位置，送料氣爪23動作，抓取彎管在到位氣缸24的驅動下脫離落料託板142，送料氣爪23繼續夾持彎管在送料氣缸21的作用下將彎管送到定位檢測指定位置。第一工業相機25固定於第一相機支架26上，用於將拍攝到的圖像數據傳至計算機28，計算機28用於對圖像數據進行圖像處理以計算出送料氣爪23距離彎管末端的距離，從而完成定位檢測。

形狀識別單元3用於獲取生成拋光軌跡的彎管輪廓線。如圖4所示，其包括第二工業相機31、第二相機支架32、落料透明支撐板33和第二平板照明燈34。其中，落料透明支撐板33固定於機架上，第二工業相機31安裝於第二相機支架32上並固定於落料透明支撐板33的正上方，並通過數據連接線與計算機28相連，第二平板照明燈34固定於落料透明支撐板的正下方33以提供光源。在本發明的一個實施例中，具體地：第二工業相機31對初始彎管進行拍照，將得到的圖像數據傳輸至計算機28中，計算機28通過計算機編程首先對圖像數據進行中值濾波，消除圖像中的噪聲，並對圖像進行二值化處理得到二值化圖像，並進一步通過形態學濾波對二值化圖像進行平滑處理，將處理過的二值圖像通過Canny算子求取邊緣點，根據彎管內外邊緣確定彎管中心線位置坐標，並通過曲線擬合生成中心線，並根據中心線計算夾持彎管機構的運動軌跡。需要說明的是，由於拋光過程中彎管拋光處運動速度需要始終與砂帶運動方向相垂直，因此，可以根據中心線計算獲得夾持彎管機構的運動軌跡。其中，在本發明的一個實施例中，形態學濾波例如包括腐蝕形態學濾波和膨脹形態學濾波。

機械手拋光單元4包括拋光頭裝置41(如圖5所示)、主機械手42、副機械手43及驅動裝置44。其中，主機械手42例如為四自由度的主機械手，四自由度包括X向、Y向、Z向及Z旋轉方向，例如圖6和圖10所示。副機械手43例如為二自由度機械手，二自由度包括Y向及Z旋轉方向，例如圖6和圖11所示。拋光頭裝置41例如為一對行星式拋光裝置，安裝於機架上。主機械手42包括X向線性模組421、第一Y向線性模組422、Z向線性模組423、第一Z向旋轉方向電機424、第一減速器425及主手氣爪426。其中，X向線性模組421、第一Y向線性模組422、Z向線性模組423安裝在機架上分別驅動主機械手在三個方向的運動，Z向轉動由固定在機架上的電機424驅動，電機424依次與減速器425及聯軸器427相連，聯軸器427的另一端與主手氣爪426相連接，以實現夾持彎管送入拋光頭。副機械手43包括第二Y向線性模組431、第二Z向旋轉方向電機432、第二減速器433、副手氣爪434及錐形引導頭435，第二Y向線性模組431安裝在機架上分別驅動副手氣爪434三個方向的運動，Z向轉動由固定在機架上的伺服電機432驅動，伺服電機432依次與第二減速器433及聯軸器436相連，聯軸器436的另一端通過外加氣爪座437使副手氣爪434橫向安裝，另一側安裝錐形引導頭435。其中，主機械手42和副機械手43共同實現夾持並引導彎管進入拋光頭，進而將彎管從拋光頭取出。

其中，在本發明的一個實施例中，結合圖7和圖8所示，拋光頭裝置41由安裝在機架上的轉盤411、兩組砂帶輪組412、傳動機構413和驅動電機414組成。其中，轉盤411繞其中心軸公轉，中心軸是一個固定於機架的空心定軸，彎管被拋光時從其中通過，兩組砂帶輪組在轉盤411上繞中心軸對稱分布並設置有砂帶間距調節裝置，每組砂帶輪組412各安裝一個砂帶，每組砂帶輪組412包括安裝在轉盤411正面的砂帶傳動主動輪4121、被動輪4122、張緊輪4123、以及轉盤411背面的砂帶傳動機構413。如圖9所示，傳動機構413是由固定於機架的大齒圈4131和固定連接在主動輪4121背面的同軸小齒輪4132，大齒圈4131與小齒輪4132外嚙合，通過傳送帶4133連接轉盤411與安裝於機架的伺服電機414同軸帶輪4141，電機驅動轉盤411帶動砂帶輪組412一起旋轉，小齒輪4132在與大齒圈4131外作圓周運動同時自轉並帶動主動輪4121旋轉。

運動控制單元5包括電機驅動器51和PMAC運動控制卡52。其中，電機驅動器51與伺服電機414相連接，並與PMAC運動控制卡52相連，PMAC運動控制卡52通過網線與計算機28通訊，並根據所生成的彎管機構的運動軌跡利用PMAC運動控制卡中的PVT控制模式，採用非均勻分段插值的PVT運動模式來擬合曲線(即給定位置點、速度、運動時間及加速度等)，並通過計算機28控制主機械手42和副機械手43的線性模組驅動，以進行主機械手42和副機械手43夾持彎管的運動。其中，例如通過PMAC程序控制氣缸、氣爪的動作及拋光頭的啟動和旋轉速度控制。

在本發明的一個實施例中，該基於圖像識別的彎管智能拋光系統的基本工作流程例如概述為：彎管在上料時被限定在固定位置，同時落料氣缸141動作使落料板託142起最底部一根彎管隨其下落，同時第一彎管壓緊裝置12和第二彎管壓緊裝置13啟動，氣缸動作使其餘彎管保持不動，落料託板142在送料氣缸21的驅動下到達送料氣爪23位置，送料氣爪23動作，抓取彎管在到位氣缸24驅動下脫離落料託板142，送料氣爪23繼續夾持彎管在送料氣缸21的作用下將彎管送到定位檢測指定位置。第一工業相機25和第二工業相機31進行拍攝，並將得到的圖像數據傳至計算機28，計算機28對圖像數據進行處理，以完成定位檢測和形狀識別，並計算出主機械手42夾持彎管的拋光軌跡。完成後，主機械手42抓取彎管，並根據計算出的夾持彎管的拋光軌跡將彎管送入拋光頭裝置41進行拋光，副機械手43同時將錐形引導頭435送入拋光頭裝置41引導彎管進入。當彎管拋光到指定位置時，副機械手43在旋轉電機432作用下轉動，副手氣爪434到位並抓取彎管，將彎管取出，從而完成一個拋光循環。

根據本發明實施例的基於圖像識別的彎管智能拋光系統，通過自動化的方式代替人工拋光方式，高效、省時省力且避免了對工人的健康威脅；同時能夠對彎管之間的形狀尺寸差異進行預判，並智能地自適應調整拋光運動軌跡，從而擴大了拋光系統的適用範圍，提高了產品的拋光質量，同時該系統具有高效、省時省力的優點。

本發明的進一步實施例還提供了一種智能拋光設備，該智能拋光設備包括多個如本發明上述實施例所描述的基於圖像識別的彎管智能拋光系統。也就是說，本發明實施例的智能拋光設備由多個基於圖像識別的彎管智能拋光系統組成，從而完成多工位不同等級砂帶的彎管拋光。

作為具體的示例，如圖12所示，展示了由兩個基於圖像識別的彎管智能拋光系統組成的智能拋光設備的結構示例，該智能拋光設備能夠完成多工位不同等級砂帶的彎管拋光，其中，各單元中間過程安裝上述定位檢測單元進行二次定位。

根據本發明實施例的智能拋光設備，通過自動化的方式代替人工拋光方式，高效、省時省力且避免了對工人的健康威脅；同時能夠對彎管之間的形狀尺寸差異進行預判，並智能地自適應調整拋光運動軌跡，從而擴大了拋光設備的適用範圍，提高了產品的拋光質量，同時該設備具有高效、省時省力的優點。

需要說明的是，本發明實施例的智能拋光設備的具體實現方式與本發明上述實施例的基於圖像識別的彎管智能拋光系統的具體實現方式類似，具體請參見系統部分的描述，為了減少冗餘，不做贅述。

儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。