用于管桩模具合模和开模的智能风炮装置及方法与流程

1.本发明属于管桩自动化生产技术领域，具体涉及一种用于管桩模具合模和开模的智能风炮装置及方法。


背景技术：

2.现有的管桩模具合模和开模装置，使用传统光电监测或预先输入数据的方式获得螺丝位置，需事先测量每个管桩模具的螺丝间距，当新添加管桩模具时必须将次测量后输入系统；通过整体移动装置或多工位一起移动装置达到螺丝位置，进行螺丝松紧操作。由于螺丝的磨损和位置偏移，以上方法不能保证螺丝识别的准确性，常常丢失螺丝或位置识别不准。整体移动装置或多工位一起移动装置，带来系统整体结构复杂，运行速度缓慢的问题，难以满足实际工业生产效率。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题：提供一种提高螺丝识别准确性，提高生产效率的用于管桩模具合模和开模的智能风炮装置及方法。
4.技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
5.一种用于管桩模具合模和开模的智能风炮装置，包括：输送装置、跟随驱动装置、控制器和图像采集与分析系统；所述图像采集分析系统采集管桩模具的图像，将图像实时进行分析，得出螺丝间距数据，将螺丝间距数据以及位置传感器获取的管桩模具的实时位置数据传输至跟随驱动装置，控制器控制所述跟随驱动装置跟随管桩模具的实时位置和螺丝位置，拧紧或者松开管桩的螺丝，实现管桩模具的合模或者开模。
6.作为优选，所述输送装置实现管桩的持续输送，使管桩上的待处理螺丝处于与跟随驱动装置相对应的位置；所述跟随驱动装置设置有多个，每一边的跟随驱动装置交替跟随动作，实现管桩模具无停顿输送和高效率合模、开模。
7.作为优选，所述图像采集与分析系统包括3d相机和数据处理系统，所述3d相机拍摄图像并将图像输送至数据处理系统进行处理，分析是否有螺丝进入，当检测到螺丝时，数据处理系统计算螺丝间距，将当前螺丝的计算数据发送给跟随驱动装置进行同步拧紧或者松开螺丝。
8.作为优选，所述数据处理系统获取图像的rgb图像和深度信息，并进行图像增强；智能识别螺丝位置，并筛选掉位置和尺寸异常的螺丝；将深度信息和螺丝位置信息进行结合，得到螺丝在像平面的坐标并转化为世界坐标；然后结合工件进行距离判断是否为同一颗螺丝；将新螺丝世界坐标传输给控制器，控制器控制跟随驱动装置动作，拧紧或者松开管桩模具的螺栓，。
9.作为优选，图像采集与分析系统工作之前，首先扫描螺丝样本，并计算螺丝外形尺寸的大概范围，是对样本数据进行训练，训练数据用于智能识别螺丝位置。
10.作为优选，螺丝的世界坐标的计算方法为：
[0011][0012][0013]
其中，dx为螺丝的x轴世界坐标；dy为螺丝的y轴世界坐标；z为深度值；s为相机的像素点大小；f为相机的等效焦距；p
x
为螺丝在图像上的横向位置；r
x
为图像的中心点横向像素，p
y
为螺丝在图像上的纵向位置；r
y
为图像的中心点纵向像素。
[0014]
作为优选，判断螺丝尺寸异常的方法为：例如已经预先知道螺丝的尺寸为宽24mm，高27mm，通过计算识别到的螺丝的宽高比判断识别到的螺丝是否为干扰信息：实际使用中r设置成1.0。
[0015][0016]
其中，r为螺丝的宽高比；w为螺丝高度；h为螺丝宽度。
[0017]
本发明还公开一种用于管桩模具合模和开模的方法，具体包括以下步骤：
[0018]
s1：3d相机识别管桩模具直径；
[0019]
s2：控制器根据管桩模具直径调整跟随驱动装置相对于管桩模具的位置；
[0020]
s3：图像采集与分析系统获取并识别管桩模具上的螺丝位置；位置传感器获取管桩模具实时位置；
[0021]
s4：跟随驱动装置跟随管桩模具实时位置和螺丝位置，并拧紧或松开螺丝，然后跟随驱动装置复位。
[0022]
作为优选，识别管桩模具上的螺丝位置的方法为：
[0023]
s31：所述数据处理系统获取图像的rgb图像和深度信息；
[0024]
s32：对rgb图像进行增强，智能识别螺丝位置，并筛选掉位置和尺寸异常的螺丝；
[0025]
s33：将深度信息和螺丝位置信息进行结合，得到螺丝在像平面的坐标并转化为世界坐标；
[0026]
s34：结合工件进行距离判断是否为同一颗螺丝；
[0027]
s35：将新螺丝世界坐标传输给控制器，控制器控制跟随驱动装置动作，拧紧或者松开管桩的螺栓。
[0028]
作为优选，螺丝的世界坐标的计算方法为：
[0029][0030][0031]
其中，dx为螺丝的x轴世界坐标；dy为螺丝的y轴世界坐标；z为深度值；s为相机的像素点大小；f为相机的等效焦距；p
x
为螺丝在图像上的横向位置；r
x
为图像的中心点横向像素，p
y
为螺丝在图像上的纵向位置；r
y
为图像的中心点纵向像素。
[0032]
判断螺丝尺寸异常的方法为：通过计算识别到的螺丝的宽高比可以判断识别到的螺丝是否为干扰信息：
[0033][0034]
其中，r为螺丝的宽高比；w为螺丝高度；h为螺丝宽度。
[0035]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0036]
1、本发明的用于管桩模具合模和开模的智能风炮装置及方法，无需事先测量每个管桩模具的螺丝间距。采用3d相机获取管桩模具的图像，并利用新的算法实现螺丝位置和螺丝间距的计算和识别，且能识别位置和形状异常的螺丝，提供的位置信息精度更高，螺丝识别率更高。
[0037]
2、本发明不同于现有整体移动驱动装置或多工位一起移动的技术，本发明的多个驱动跟随装置可实现多工位独立工作，交替完成螺丝拧紧或松开的动作；互不干扰，提高工作效率且整体装置更轻巧，移动更迅速，工作效率更高。
[0038]
3、本发明能够实现管桩模具不间断移动中拧紧或松开螺丝，实现流水线作业，提高工作效率。
附图说明
[0039]
图1是用于管桩模具合模和开模的智能风炮装置整体结构示意图；
[0040]
图2是本发明跟随驱动装置的结构示意图；
[0041]
图3是用于管桩模具合模和开模的方法流程图；
[0042]
图4是用于管桩模具合模和开模的方法的算法流程图。
具体实施方式
[0043]
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0044]
如图1所示，一种用于管桩模具合模和开模的智能风炮装置，主要包括：输送装置2、跟随驱动装置3、控制器和图像采集与分析系统；跟随驱动装置3设置在输送装置2上方，图像采集分析系统采集管桩模具1的图像，将图像实时进行分析，得出螺丝间距数据，将螺丝间距数据以及位置传感器获取的管桩模具1的实时位置数据传输至跟随驱动装置3，控制器控制跟随驱动装置3跟随管桩模具1的实时位置和螺丝位置，拧紧或者松开管桩的螺丝，每个驱动装置通过力矩反馈获得螺丝拧紧或松开的程度，用于结束动作；实现管桩模具1的合模或者开模。
[0045]
输送装置2实现管桩模具1的持续输送，使管桩管桩模具1上的待处理螺丝处于与跟随驱动装置3相对应的位置；本发明的输送装置2采用输送链板，将待合模或者开模的管桩模具1安装在输送链板上，输送链板带动管桩模具1持续移动，将待拧紧或者松开的螺丝置于跟随驱动装置3下方，跟随驱动装置3设置有可独立工作的多个，管桩模具1的螺丝分布于管桩模具1两侧，因此本实施例的跟随驱动装置3设置有4个，每一侧设置有并排的2个，工作时，同一侧边的跟随驱动装置3交替跟随动作，实现管桩模具1无停顿输送和高效率合模、开模。例如同一侧边的两个跟随驱动装置3分别为第一跟随驱动装置31和第二跟随驱动装置32，另一侧边的两个驱动装置分别为第三跟随驱动装置33和第四跟随驱动装置34，每个跟随驱动装置3均可以通过控制器独立驱动，控制器可采用plc控制器等。
[0046]
如图2所示，跟随驱动装置3包括实现拧紧和松开螺丝的风炮5、调整风炮5在空间位置的位置驱动机构以及调节风炮5转速的慢转轮6，位置驱动机构包括x轴向驱动装置、y轴向驱动装置和z轴向驱动装置，分别实现风炮在x轴、y轴和z轴方向的调整。
[0047]
具体的，z轴向驱动装置包括，z轴升降滑台7、气缸滑板8和风炮滑板9，风炮5固定设置在风炮滑板9上，风炮滑板9通过导轨10和滑块11滑动设置在气缸滑板8上，风炮滑板9通过第一气缸16的驱动而上下运动；气缸滑板8通过导轨10和滑块11滑动设置在z轴升降滑台7上，气缸滑板8通过第二气缸17驱动沿z轴升降滑台7上下运动；慢转轮6固定设置在气缸滑板8上，气缸滑板8上下运动可同时调节慢转轮6和风炮5的上下位置，风炮滑板9上下运动可调节风炮5相对于慢转轮6的上下位置，由于风炮5底部用于拧紧和松开工作的螺栓套筒51工作时在高速旋转，但是高速度旋转情况下不易准确套入螺丝内，会出现套入不成功的情况，影响工作效率，慢转轮6上连接可以驱动慢转轮6水平运动的驱动气缸、滑板等装置(图中未示出)，驱动气缸带动慢转轮6沿水平方向接触风炮5的螺栓套筒51，通过摩擦降低螺栓套筒51的转速，便于螺栓套筒51套入螺栓，套入成功后，慢转轮6离开螺栓套筒51，风炮5将管桩模具1上的螺丝拧紧或者松开。这样既实现风炮5与慢转轮6上下相对位置的调节，又实现两者左右相对位置的调节，提高套接的准确率，进而提高工作效率。
[0048]
y轴向驱动装置包括y轴平移板12，在y轴平移板12上至少设置2个y轴方向的导轨10，z轴向驱动装置的z轴升降滑台7通过滑块11滑动连接在y轴平移板12的导轨10上。z轴升降滑台7与y轴平移板12之间设置平移滑板13，平移滑板13上设置第一伺服电机14等驱动装置，驱动装置配合齿轮齿条等传动机构进行工作，第一伺服电机14驱动平移滑板13在y轴方向运动，从而带动风炮5装置在y轴方向运动。
[0049]
x轴向驱动装置包括x轴向设置的多个导轨10，该导轨10固定在侧板15上，优选设置4个导轨，提高稳定性，该导轨10固定在不同方向的侧板15上(为了显示清楚内部结构，图2中隐藏了前面和右面的侧板)，y轴向驱动装置的y轴平移板12通过滑块11与导轨10滑动连接，采用伺服电机、齿轮齿条等装置驱动y轴平移板12沿x轴方向运动，从而带动风炮5沿x轴方向运动，风炮5沿x轴方向运动可以调节管桩模具两侧的风炮5之间的距离，以适应直径不同的管桩模具1。
[0050]
图像采集与分析系统包括3d相机18和数据处理系统，，每一侧的跟随驱动装置前方设置一个3d相机18，3d相机18拍摄图像并将图像输送至数据处理系统进行处理，分析是否有螺丝进入，当检测到螺丝时，数据处理系统计算螺丝间距，将当前螺丝的计算数据发送给对应侧的跟随驱动装置3进行同步拧紧或者松开螺丝。
[0051]
数据处理系统获取图像的rgb图像和深度信息，并进行图像增强；智能识别螺丝位置，并筛选掉位置和尺寸异常的螺丝；将深度信息和螺丝位置信息进行结合，得到螺丝在像平面的坐标并转化为世界坐标；然后结合工件进行距离判断是否为同一颗螺丝；将新螺丝世界坐标传输给控制器，控制器控制跟随驱动装置3动作，拧紧或者松开管桩模具1的螺栓。
[0052]
图像采集与分析系统工作之前，首先扫描螺丝样本，并计算螺丝外形尺寸的大概范围，是对样本数据进行训练，训练数据用于智能识别螺丝位置。
[0053]
螺丝的世界坐标的计算方法为：
[0054][0055][0056]
其中，dx为螺丝的x轴世界坐标；dy为螺丝的y轴世界坐标；z为深度值；s为相机的像素点大小；f为相机的等效焦距；p
x
为螺丝在图像上的横向位置；r
x
为图像的中心点横向像
素，p
y
为螺丝在图像上的纵向位置；r
y
为图像的中心点纵向像素。
[0057]
判断螺丝尺寸异常的方法为：例如已经预先知道螺丝的尺寸为宽24mm，高27mm，通过计算识别到的螺丝的宽高比判断识别到的螺丝是否为干扰信息：实际使用中r设置成1.0。
[0058][0059]
其中，r为螺丝的宽高比；w为螺丝高度；h为螺丝宽度。
[0060]
本发明还公开一种用于管桩模具1合模和开模的方法，如图3所示，具体包括以下步骤：
[0061]
s1：3d相机18识别管桩模具1直径；
[0062]
s2：控制器根据管桩模具1直径调整跟随驱动装置3相对于管桩模具1的位置；
[0063]
s3：图像采集与分析系统获取并识别管桩模具1上的螺丝位置；位置传感器获取管桩模具1实时位置；
[0064]
如图4所示，图像采集与分析系统获取并识别管桩模具1上的螺丝位置的具体方法为：
[0065]
s31：数据处理系统获取图像的rgb图像和深度信息；
[0066]
s32：对rgb图像进行增强，智能识别螺丝位置，并筛选掉位置和尺寸异常的螺丝；
[0067]
s33：将深度信息和螺丝位置信息进行结合，得到螺丝在像平面的坐标并转化为世界坐标；
[0068]
s34：结合工件进行距离判断是否为同一颗螺丝；
[0069]
s35：将新螺丝世界坐标传输给控制器，控制器控制跟随驱动装置3动作，拧紧或者松开管桩的螺栓。
[0070]
螺丝的世界坐标的计算方法为：
[0071][0072][0073]
其中，dx为螺丝的x轴世界坐标；dy为螺丝的y轴世界坐标；z为深度值；s为相机的像素点大小；f为相机的等效焦距；p
x
为螺丝在图像上的横向位置；r
x
为图像的中心点横向像素，p
y
为螺丝在图像上的纵向位置；r
y
为图像的中心点纵向像素。
[0074]
判断螺丝尺寸异常的方法为：通过计算识别到的螺丝的宽高比可以判断识别到的螺丝是否为干扰信息：
[0075][0076]
其中，r为螺丝的宽高比；w为螺丝高度；h为螺丝宽度。
[0077]
s4：跟随驱动装置3跟随管桩模具1实时位置和螺丝位置，并拧紧或松开螺丝，然后跟随驱动装置3复位。
[0078]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。