基于智能相机的柔性振动传输系统及其工作方法

摘要

本发明公开了一种基于智能相机的柔性振动传输系统及其工作方法，本发明的基于智能相机的柔性振动传输系统包括振动料斗、智能相机、控制电路、电磁阀和喷气嘴，振动料斗具有内螺旋槽料盘，喷气嘴固定于料盘的出料口处并朝向料盘内；智能相机固定于料盘出料口上方并连接到控制电路和图像处理终端，其图像采集区域位于料盘上出料口的内侧，控制电路连接到电磁阀的控制端，电磁阀串联于气源与喷气嘴之间。该工作方法是利用智能相机在料盘出料口上方采集工件图像，判断出料口的工件方向是否正确，控制气嘴将方向不正确的工件吹回料盘。本发明具有非接触性、灵活性高、经济性好和适应性强等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动输送机，具体涉及一种基于智能相机的柔性振动传输系统及其工作方法。

背景技术

振动传输系统是自动装配技术的重要组成部分之一。工件的传输在自动装配中扮演着重要的角色。调查显示，超过50%的制造总成本来自于装配，而装配成本中超过30%用于工件传输。振动料斗是自动加工和自动装配中使用最多的自动供料装置。在自动化的装配生产线上，振动料斗的用途主要有三个，储料、供料和定向，其中最重要的功能就是对工件的自动定向。在自动装配系统中，必须保证工件的姿态正确，为此在输送工件时需要采用适当的定向机构。传统的定向机构有挡板、斜坡、沟槽、缺口、轨道、台阶等多种。当输送一种新的工件时，振动料斗需离线处理，定向机构需再加工。传统振动料斗主要应用于中批量和大批量生产，因为振动料斗的加工成本很高，且再加工的停工时间很长。这种生产方式显然难以满足现代社会对设备快速适应性的要求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高度自动化的基于智能相机的柔性振动传输系统及其工作方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于智能相机的柔性振动传输系统，包括振动料斗、智能相机、控制电路、电磁阀和喷气嘴，所述振动料斗具有内螺旋槽料盘，所述喷气嘴固定于料盘的出料口处并朝向料盘内，所述智能相机固定于料盘出料口上方，所述智能相机的图像采集区域位于料盘上出料口的内侧，所述智能相机连接到控制电路和图像处理终端，所述控制电路连接到电磁阀的控制端，所述电磁阀串联于气源与喷气嘴之间。

进一步地，所述图像采集区域覆盖有低反光系数的黑色涂料，从而增加工件图像的对比度。

进一步地，所述喷气嘴通过固定块安装于料盘上，所述喷气嘴与固定块过盈配合。连接后使用螺栓压紧固定，再与料盘固定在一起，这种方法有利于喷气嘴的位置对准。

进一步地，所述振动料斗采用电磁驱动圆盘式振动料斗，如中国专利CN201320118580.5中公开的圆盘解耦式振动料斗装置。

本发明同时提出上述基于智能相机的柔性振动传输系统的工作方法，包括以下步骤：

振动料斗通过振动使料盘中的工件排成列沿轨道向上运动；

智能相机在料盘出料口上方采集工件图像，判断出料口的工件方向是否正确，并发信号给控制电路；

控制电路接收来自智能相机的信号，并由此控制电磁阀的通断：

若工件方向不正确，相机发出控制信号打开电磁阀，电磁阀导通时喷气嘴中通入压缩空气，将工件吹回料盘；

若工件方向正确，电磁阀常闭，工件从出料口输出。

在该系统中，所述振动料斗省略了定向机构，由相机自动捕获出料口图片，进行处理，判断出料口的工件是否正确。若工件不正确，相机发出控制信号打开电磁阀，工件将被压缩空气吹回料盘。智能相机可采用现有的MICROSCAN公司开发的Vision MINI，其处理程序用图像处理软件进行了设计，将程序加载到相机中，相机即可脱离PC运行。

有益效果：本发明利用利用智能相机的视觉功能，用软件功能替代了复杂机构实现工件的快速分拣，将姿态不正确的工件在输出之前剔除，使工件回到料盘重新排列。运输不同工件只需改变识别程序，无需改动硬件，大大提高了系统的柔性。这一研究对探索快速响应市场变化的自动化制造系统具有重要意义。具有以下优点：

（1）非接触性：通过相机对对象进行图像采集，因为不接触被测物，所以不会对其造成任何损害，保证了可靠性；

（2）灵活性高：能够适应各种不同的检测需要，开发周期短，效率高；

（3）经济性好：在需要改变生产过程时，只需要更新软件，而不是升级昂贵的硬件，使用成本低；

（4）适应性强：能够适应某些恶劣的环境，如高温、有毒生产场所等。

附图说明

图1是本发明实施例的整体布局图；

图2是图1中振动料斗的结构示意图；

图3是图1中的图像采集区域的局部放大图；

图4是图1中控制电路的电路图；

图5是图1的气路连接示意图；

图6是图像处理终端的设置流程图；

图7是图像处理终端的运行流程图。

图中：1振动料斗，2智能相机，3控制电路，4电磁阀，5喷气嘴，6图像处理终端，1-1轨道，1-2板弹簧，1-3底座，1-4橡胶支座，1-5电磁铁，1-6固定块，1-7图像采集区域。

具体实施方式

实施例：本实施例的基于智能相机的柔性振动传输系统的整体布局如图1所示，包括振动料斗1、智能相机2、控制电路3、电磁阀4和喷气嘴5，其中振动料斗1具有内螺旋槽料盘，喷气嘴5固定于料盘的出料口处并朝向料盘内，最好指向料盘的圆心，智能相机2固定于料盘出料口上方并连接到控制电路3和图像处理终端6，智能相机2的图像采集区域位于料盘上出料口的内侧，控制电路3连接到电磁阀4的控制端，电磁阀4串联于气源与喷气嘴5之间。

如图2所示，振动料斗选用电磁驱动圆盘式振动料斗，振动料斗整体高度160mm，侧壁具有螺旋轨道的料盘1-1采用不锈钢材料焊接而成，形成内螺旋料槽结构，直径250mm，槽道宽度15mm。料盘1-1通过四根均匀分布的支撑板弹簧1-2安装在底座1-3上，四根板弹簧的1-2长度、宽度、厚度、材料均是一致的。橡胶支座1-4的作用是给振动料斗产生的无用振动进行吸振，从而降低振动料斗产生的振动对系统其它部分的影响，同时也可以降低振动料斗产生的噪音，本系统采用四个柱状橡胶支座1-4，直径为28mm、高度30mm。依靠料盘1-1下方的电磁铁1-5与衔铁（图中未示出）及板弹簧的1-2的相互作用产生振动，本系统中振动料斗参数为                                                ，，，固有频率。振动料斗激振频率为，处于亚共振区域。振动料斗常用于小工件的定向输送，因此，本系统也是针对于一些小工件。实验用的一些小工件如下：

工件I有两圆孔，正反面均为平面，表面光滑。

工件II有一圆孔，两边长相等，表面比较粗糙。

工件III有一孔，表面比较粗糙。

工件IV是M5的螺栓。

如图3所示，气嘴及1-6固定块1-7的质量很小，故将其与料盘固定一起，喷气嘴1-6与固定块1-7之间采用小过盈配合连接，连接后使用螺栓压紧固定，再与料盘固定于一起，在实验中喷气嘴的快速连接头未在振动的情况下发生松动和漏气，这种方法有利于喷气嘴的位置对准。

在振动料斗的出料口区域内料盘用反光系数很小的黑色涂料将料盘涂黑，从而增加工件图像的对比度。因为工件是银白色的，而且表面反光比较强烈，使用反光系数小的黑色背景能够很好的突出工件的图像对比度，方便后面的图像处理。

本系统所选用的智能相机为MICROSCAN公司开发的Vision MINI系列，该相机集成了镜头和光源，相机有一个USB接口，通过该接口与电脑进行通信；另有一个15针接口，该接口负责给相机供电，并提供数字I/O，该接口各引脚功能如下表所示。本系统中主要利用引脚7和14输出的高低电平进行逻辑组合，控制执行机构动作。

控制电路如图4所示。使用STC89C52芯片作为处理器，使用继电器控制和驱动电磁阀，使用功率驱动器件ULN2003驱动继电器。

气路如图5所示，本系统使用两个二位二通HNDA气动电磁阀控制两个喷气嘴工作，一个留作功能扩展备用。气源为压缩机，压缩机将空气压缩到一定压强值，经气源处理输送给电磁阀，由控制电路控制电磁阀的通断来完成喷气动作，气动电磁阀参数如下表：

响应时间最高动作频率使用压力范围50ms10Hz1.5~8kgf/cm²

图6为设置流程图。智能相机捕获到出料口的工件图像，在图像处理软件中进行如下设置：1.使用Count Blobs工具（Blob指前景目标块）。设置搜索框；设置参数：搜索黑底上的白色目标，忽略边界连通域，尺寸范围1000-100000，阈值90，允许出现在搜索框中的目标个数1-3。2.使用Count Shape工具。设置搜索框（这里与Count Blobs的搜索框重合）；设置模板（指正确的工件以正确的姿态运动时的模板）；设置参数：匹配精度0.65，允许旋转角度±60度，允许出现在搜索框中的目标个数1-3。3.设置输出。共有3个数字输出，Output1对应引脚7，Output2对应引脚14，Output3对应引脚11。设置如下：若Count Blobs Passed，则Output1输出高电平锁存；若Count Shape Failed，则Output2输出高电平脉冲，脉冲宽度60ms；Output3作为功能扩展备用。智能相机的数字输出口接单片机输入口，编写单片机程序，使得单片机两个输入同时为高电平时，输出为高电平。单片机输出高电平经过功率驱动器件ULN2003打开继电器，继电器驱动电磁阀导通，压缩空气经电磁阀输送给喷气嘴，喷气嘴完成喷气动作。

图7为运行流程图。若搜索框中没有完整工件，即Count Blobs Failed，则Output1输出低电平，电磁阀关闭；若搜索框中出现完整工件，但是与模板不匹配，即Count Blobs Passed且Count Shape Failed，则Output1输出高电平，Output2输出高电平，电磁阀打开，工件被吹回料盘。若搜索框中有完整工件，且与模板匹配，即Count Blobs Passed且Count Shape Passed，则Output1输出高电平，Output2输出低电平，电磁阀关闭。

    调整搜索框到合适大小，保证图像处理速度，是有效实现工件分拣的前提。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。