熊曉健,徐志鵬,蔣 慶

(中國(guó)計(jì)量大學(xué) 計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

液壓比例多路換向閥被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械中,組成液壓比例多路換向閥的是一個(gè)個(gè)單獨(dú)的液壓閥塊。液壓閥塊在加工過(guò)程中需加工一些必要的工藝孔,這些工藝孔在閥塊機(jī)加工完成后需要進(jìn)行封堵[1]。合理的工藝孔封堵方式在很大程度上影響著液壓閥塊的整體性能[2],傳統(tǒng)的液壓閥塊發(fā)密封方式一般有兩種,一種是內(nèi)六角螺塞加密封組合墊的方式,另一種是鋼球密封[3]。由于需要進(jìn)行鋼珠壓裝封堵的加工工藝孔分布在液壓閥塊的不同表面,且工藝孔的分布個(gè)數(shù)和分布坐標(biāo)不確定,以往的手動(dòng)或半自動(dòng)閥塊鋼珠壓裝設(shè)備需要人工進(jìn)行液壓閥塊的翻面、放入鋼珠、安裝壓裝模具、逐一進(jìn)行鋼珠壓裝等一系列重復(fù)且復(fù)雜的工作,而且拿著閥塊進(jìn)行鋼珠壓裝的操作伴隨著較大的危險(xiǎn)性。

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,結(jié)合機(jī)器人技術(shù)的加工設(shè)備被大量地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程以代替手工的重復(fù)性危險(xiǎn)性勞動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于柔性化生產(chǎn)線(xiàn)[4]。同時(shí),逐漸復(fù)雜的工況也使機(jī)器人而不再僅限于只是對(duì)示教動(dòng)作的再現(xiàn),結(jié)合了工業(yè)相機(jī)識(shí)別技術(shù)的全自動(dòng)加工方式能更自如地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工作環(huán)境,也促使工業(yè)加工技術(shù)朝更智能更靈活的方向發(fā)展。具有視覺(jué)能力的工業(yè)機(jī)器人比傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)效率方面會(huì)有提高,生產(chǎn)安全的問(wèn)題也會(huì)得到改善[5]。蘇常等[6]利用雙目視覺(jué)的匹配技術(shù),完成了對(duì)機(jī)器視覺(jué)的最佳定位研究。李廣軍等[7]設(shè)計(jì)了加工機(jī)器人的自動(dòng)裝卸裝置系統(tǒng)和成品的自動(dòng)分級(jí)系統(tǒng),使機(jī)器人和CNC加工成為一體,并實(shí)現(xiàn)了零件的自動(dòng)和無(wú)人加工?，F(xiàn)有的機(jī)器視覺(jué)用于產(chǎn)品加工的方案已比較成熟,同時(shí)工業(yè)機(jī)器人也已廣泛被應(yīng)用于機(jī)械零件的加工過(guò)程,但針對(duì)液壓閥塊的鋼珠工藝孔封堵過(guò)程仍沒(méi)有成熟的集成方案,為此提出結(jié)合工業(yè)機(jī)器人和機(jī)器視覺(jué)的液壓閥鋼珠自動(dòng)壓裝方案。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備結(jié)構(gòu)的總體布局如圖1,為了滿(mǎn)足對(duì)液壓閥塊的穩(wěn)定有規(guī)則地上料,設(shè)計(jì)了特定的上料小車(chē),上料小車(chē)上設(shè)計(jì)有6排6列閥塊放置位,每一個(gè)閥塊放置位均有由定位銷(xiāo)所組成的空間,便于操作人員對(duì)待壓裝閥塊進(jìn)行上料。工業(yè)機(jī)器人采用埃夫特ER20型搬運(yùn)式工業(yè)機(jī)器人,其前端最大負(fù)重達(dá)20 kg,滿(mǎn)足待壓裝閥塊和前端組件的負(fù)重要求。前端分為電磁鐵和機(jī)器視覺(jué)相機(jī)組件兩部分:電磁鐵的最大吸力達(dá)到25 kg,滿(mǎn)足了液壓閥塊最大5 kg的承載需求,同時(shí)電磁鐵的設(shè)計(jì)便于機(jī)器人對(duì)各個(gè)角度對(duì)液壓閥塊進(jìn)行翻轉(zhuǎn)或移動(dòng);機(jī)器視覺(jué)相機(jī)組件由工業(yè)相機(jī)及其光源組成(如圖3)。在壓裝組件部分,設(shè)計(jì)有二維滑臺(tái),滿(mǎn)足了待壓裝閥塊表面上壓裝孔的不同的位置分布,且伺服電機(jī)構(gòu)成的二維滑臺(tái)具有移動(dòng)快速準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)[8]。伺服壓機(jī)采用NSD21型數(shù)控壓裝機(jī),可定制壓裝方案,其最大壓裝壓力達(dá)到50 kN,滿(mǎn)足了鋼珠壓裝過(guò)程中18～19 kN的設(shè)計(jì)需求。在設(shè)備需要對(duì)待壓裝閥塊進(jìn)行鋼珠自動(dòng)填入時(shí),鋼珠振動(dòng)盤(pán)振動(dòng)輸出鋼珠,經(jīng)推料機(jī)構(gòu)推出一個(gè)鋼珠進(jìn)入輸送鋼珠管路,同時(shí)供氣電磁閥打開(kāi),鋼珠被輸送到鋼珠噴嘴前端落入待壓裝鋼珠孔內(nèi),完成鋼珠輸送過(guò)程。

圖1 鋼珠壓裝設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)圖Figure 1 Mechanical design of steel ball pressing equipment

2 液壓閥塊自動(dòng)上料設(shè)計(jì)

液壓閥塊在壓裝鋼珠之前被裝載在上料小車(chē)上,如圖2,由于有定位銷(xiāo)的存在,閥塊被限制在特定的區(qū)域內(nèi),定位銷(xiāo)所組成的區(qū)域略大于閥塊的尺寸,但閥塊在此區(qū)域內(nèi)仍有一定的移動(dòng)空間。該空間的存在有利于操作員的閥塊擺放動(dòng)作,但由于閥塊在擺放時(shí)不免發(fā)生偏移,不利于機(jī)器人對(duì)閥塊的準(zhǔn)確抓取;為了保證機(jī)器人抓取閥塊到設(shè)備二維滑臺(tái)過(guò)程的一致性,避免對(duì)閥塊的磕碰,設(shè)計(jì)了基于機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器人動(dòng)作結(jié)合的機(jī)器人對(duì)液壓閥塊準(zhǔn)確抓取動(dòng)作。其中,結(jié)合機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)識(shí)別組件位于機(jī)器人的前端,布局如圖3。

圖2 機(jī)器人準(zhǔn)確抓取小車(chē)上的液壓閥塊Figure 2 Robot accurately grasps the hydraulic valve block on the trolley

圖3 機(jī)器人對(duì)液壓閥塊的準(zhǔn)確抓取Figure 3 Robot's accurate grasping on the hydraulic valve block

2.1 機(jī)器視覺(jué)識(shí)別液壓閥塊的矩形檢測(cè)

如圖4,機(jī)器視覺(jué)是利用工業(yè)識(shí)別相機(jī)將液壓閥塊的表面特征拍攝下來(lái),轉(zhuǎn)換成圖像信息,傳送給圖像處理軟件進(jìn)行處理;再通過(guò)邊緣檢測(cè)及角度特征提取等方法,獲取到目標(biāo)液壓閥塊在圖像區(qū)域內(nèi)的位置和角度偏差,并根據(jù)計(jì)算和判斷將這些偏差轉(zhuǎn)換成目標(biāo)液壓閥塊相對(duì)于機(jī)器人之間的偏差,偏差結(jié)果通過(guò)TCP通信方式傳送給上位機(jī)LabVIEW,再經(jīng)上位機(jī)LabVIEW與下位機(jī)的OPC綁定傳輸給下位機(jī)PLC;由PLC控制系統(tǒng)通過(guò)FINS通訊控制機(jī)器人執(zhí)行經(jīng)計(jì)算的偏移動(dòng)作,完成機(jī)器人前端電磁吸盤(pán)的偏移動(dòng)作,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓閥塊的準(zhǔn)確抓取。

圖4 液壓閥塊準(zhǔn)確抓取機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組成框架Figure 4 Frame of machine vision system to grasp the hydraulic valve block accurately

如圖5所示的液壓閥塊在被光源打光后由圖像處理軟件獲取到閥塊表面處理圖像,經(jīng)矩形檢測(cè)處理后可獲得閥塊的中心點(diǎn)坐標(biāo)以及角度信息[9]。

圖5 對(duì)液壓閥塊的矩形檢測(cè)Figure 5 Rectangular detection of hydraulic valve block

主要操作步驟如表1。

表1 VM平臺(tái)液壓閥塊準(zhǔn)確識(shí)別定位步驟

2.2 液壓閥塊坐標(biāo)基于機(jī)器人坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

采用工業(yè)機(jī)器人與機(jī)器視覺(jué)相機(jī)手眼結(jié)合的方式準(zhǔn)確地對(duì)目標(biāo)液壓閥塊進(jìn)行抓取;以機(jī)器人定位到的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)為理想位置坐標(biāo),對(duì)視覺(jué)定位與機(jī)器人定位得到的目標(biāo)點(diǎn)位置進(jìn)行比較分析[10]。

通過(guò)相機(jī)經(jīng)過(guò)標(biāo)定轉(zhuǎn)換和角度讀取之后的閥塊空間坐標(biāo)被計(jì)算傳輸反饋給上位機(jī)LabVIEW,具體的計(jì)算方式如下:

RX=XR×[(Wpx-x0)-XR×

(X-x0)-Wsx],

(1)

RY=YR×[(Wpy-y0)-XR×

(Y-y0)-Wsy],

(2)

RA=AR×(a-a0)。

(3)

其中:X、Y為相機(jī)視覺(jué)識(shí)別閥塊的位置與標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)位置偏差X、Y;a為相機(jī)視覺(jué)識(shí)別閥塊的角度與標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)角度偏差;Wpx、Wpy為拍照位坐標(biāo)X、Y,由機(jī)器人示教并通過(guò)查看機(jī)器人位置信息獲得;Wsx、Wsy為標(biāo)準(zhǔn)抓取取坐標(biāo)X、Y,通過(guò)準(zhǔn)確示教機(jī)器人進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)抓取動(dòng)作所獲得;x0、y0為液壓閥塊進(jìn)行居中標(biāo)準(zhǔn)擺放所獲得的標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)工件坐標(biāo)X、Y,由示教機(jī)器視覺(jué)所獲得;a0為液壓閥塊進(jìn)行居中標(biāo)準(zhǔn)擺放所獲得的標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)工件坐標(biāo)a,由角度轉(zhuǎn)換模塊獲得;AR為根據(jù)實(shí)際情況測(cè)試角度是否需要取反,當(dāng)AR=-1表示取反,當(dāng)AR=1表示不取反;XR、YR為根據(jù)實(shí)際情況測(cè)試坐標(biāo)是否需要取反,當(dāng)XR=-1表示取反,當(dāng)XR=1表示不取反,由于相機(jī)的安裝角度可能與機(jī)器人的安裝角度存在坐標(biāo)系的偏差,遂引入正負(fù)轉(zhuǎn)換來(lái)補(bǔ)償坐標(biāo)系的角度偏差;RX、RY、RA表示機(jī)器人在抓取產(chǎn)品動(dòng)作時(shí),其最終抓取位置相對(duì)于相機(jī)識(shí)別位置的X軸、Y軸、角度偏移量。

2.3 基于機(jī)器視覺(jué)的閥塊準(zhǔn)確抓取流程

通過(guò)機(jī)器視覺(jué)與機(jī)器人的手眼結(jié)合設(shè)計(jì),并通過(guò)算法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)了如圖6所示的機(jī)器人對(duì)目標(biāo)閥塊的準(zhǔn)確抓取動(dòng)作。

圖6 基于機(jī)器視覺(jué)的閥塊準(zhǔn)確抓取流程Figure 6 Accurate grasping process of valve block based on machine vision

3 閥塊面型識(shí)別和鋼珠識(shí)別

3.1 基于機(jī)器視覺(jué)的壓裝表面面型識(shí)別

液壓閥塊在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,為了滿(mǎn)足不同工程實(shí)際的需要,對(duì)于液壓閥塊的加工工藝有一定的差別,不同的加工工藝會(huì)產(chǎn)生不同個(gè)數(shù)和分布加工工藝孔。

圖7顯示了的某液壓閥塊在生產(chǎn)過(guò)程中,直徑3 mm的工藝孔在同一個(gè)加工面的分布情況;在傳統(tǒng)加工工藝中,工人們首先通過(guò)肉眼識(shí)別出需要鋼珠壓裝面的面型,再手工在每一個(gè)待壓裝孔內(nèi)填入鋼珠,然后用特殊的定制模具蓋住表面,用特制的銷(xiāo)釘插入定制模具的每一個(gè)壓裝孔中,最后經(jīng)壓裝機(jī)逐一手動(dòng)壓裝;機(jī)器視覺(jué)的引入可有效節(jié)約壓裝表面面型判斷的時(shí)間,并且免去了定制模具、手動(dòng)壓裝的工作,進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率、增加了安全性。

圖7 液壓閥塊A面不同面型鋼珠分布圖Figure 7 Different steel ball distribution diagram of surface A of hydraulic valve block

模板匹配是根據(jù)已知模式在一幅圖中尋找相應(yīng)模式的處理方法;特征模板根據(jù)圖像特征進(jìn)行提取。由于待壓鋼珠的液壓閥塊的表面唯一的特征就是所需鋼珠壓裝孔的位置和個(gè)數(shù)不同,故在圖像識(shí)別軟件上對(duì)Φ3 mm鋼珠壓裝孔建立模板是最能直接區(qū)別待壓裝閥塊面種類(lèi)的方式。建立如圖8所示的對(duì)于壓裝表面A的模板庫(kù)。圖像程序運(yùn)行時(shí),會(huì)優(yōu)先匹配排布在前的模板,若其匹配比例超過(guò)80%,則視為匹配成功。

圖8 鋼珠壓裝孔的特征提取和模板制作Figure 8 Feature extraction and template making of steel ball pressing hole

模板匹配的公式表達(dá)為

(4)

其中,li∈L={l1,l2,…},li代表位姿即x,y,sizeo,sizex,sizey。

如圖9,面型模板制作時(shí),最復(fù)雜的面型匹配模板會(huì)被安排在匹配序號(hào)的最前,從下往上分別為序號(hào)1、2、3……。當(dāng)序號(hào)在前的模板成功通過(guò)匹配,即匹配比例超過(guò)80%,則匹配邏輯獲得匹配結(jié)果。輸出的匹配結(jié)果(如序號(hào)1)會(huì)在腳本程序中轉(zhuǎn)化成面型結(jié)果代碼并以字符串的形式經(jīng)網(wǎng)口通訊方式傳輸?shù)较挛粰C(jī)。下位機(jī)控制程序獲取到目標(biāo)面型的準(zhǔn)確面型結(jié)果代碼后會(huì)啟動(dòng)專(zhuān)屬于該面型的運(yùn)動(dòng)邏輯,實(shí)現(xiàn)鋼珠的自動(dòng)準(zhǔn)確的填入和壓裝動(dòng)作。

圖9 液壓閥塊壓裝面A模板匹配庫(kù)Figure 9 Hydraulic valve block mounting surface A template matching library

3.2 液壓閥塊鋼珠壓裝過(guò)程鋼珠的自動(dòng)填入動(dòng)作

在獲取了待壓裝鋼珠面的面型之后,如何將鋼珠準(zhǔn)確的放入鋼珠壓裝孔內(nèi)成為關(guān)鍵步驟;由于液壓閥塊在二維滑臺(tái)上的擺放姿態(tài)不同,其朝上的面也隨著翻轉(zhuǎn)過(guò)程不斷變化,則其高度也不一樣。如圖10,通過(guò)機(jī)器人前端吸取閥塊的電磁吸盤(pán)旁邊的鋼珠噴嘴,用壓縮空氣將鋼珠通過(guò)鋼珠噴嘴吹入鋼珠壓裝孔內(nèi)。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可在不同高度的壓裝面進(jìn)行填鋼珠動(dòng)作時(shí)選用不同高度的點(diǎn)位,滿(mǎn)足了填鋼珠動(dòng)作的差異性與準(zhǔn)確性。

圖10 機(jī)器人前端鋼珠噴嘴放鋼珠示意Figure 10 Steel ball is placed in the steel ball nozzle at the front of the robot

以圖7匹配模板A2為例,此時(shí)液壓閥塊A壓裝面上有6個(gè)待填入鋼珠的壓裝孔,在進(jìn)行壓裝過(guò)程之前,此6個(gè)壓裝孔須全部被填入鋼珠。

圖11的填鋼珠流程可滿(mǎn)足任意面的不同的鋼珠總個(gè)數(shù)的情況,每個(gè)壓裝面需壓裝鋼珠的總個(gè)數(shù)和每個(gè)鋼珠孔對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)均已被存儲(chǔ)在下位機(jī)PLC中。機(jī)器視覺(jué)識(shí)別出壓裝面面型之后,即可在PLC內(nèi)獲取每一個(gè)填鋼珠相對(duì)于鋼珠噴嘴的距離偏差;通過(guò)二維滑臺(tái)的帶動(dòng)其上液壓閥塊的運(yùn)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋼珠填入動(dòng)作,填鋼珠準(zhǔn)確率達(dá)到99.5%以上。對(duì)于不同的待壓裝鋼珠面的面型,其區(qū)別在于鋼珠個(gè)數(shù)的不同,但同一個(gè)位置的鋼珠壓裝孔的坐標(biāo)相同。

圖11 待鋼珠壓裝面鋼珠填入流程Figure 11 Process of filling the steel balls on the pressing surface of the steel balls

3.3 基于機(jī)器視覺(jué)的填鋼珠結(jié)果檢測(cè)

前述機(jī)器人攜帶鋼珠噴嘴填鋼珠的準(zhǔn)確率能達(dá)99.5%以上,但由于一些外部因素,例如鋼珠輸送管卡別、折彎,振動(dòng)盤(pán)缺料、卡料,壓縮空氣氣壓波動(dòng)等原因會(huì)導(dǎo)致輸送鋼珠的管路不暢,進(jìn)而導(dǎo)致待壓裝鋼珠的面不是所有的壓裝孔都被填入了鋼珠;為了保證鋼珠壓裝效果的準(zhǔn)確,減少液壓閥塊的報(bào)廢率,液壓閥塊在進(jìn)入壓鋼珠區(qū)域進(jìn)行壓鋼珠動(dòng)作之前,待壓裝面的所有壓裝孔須被全部填裝到位,此時(shí)就必須引入基于機(jī)器視覺(jué)的鋼珠填裝檢測(cè)。

如圖12,左側(cè)正常填入鋼珠的壓裝孔呈現(xiàn)的成像效果是一個(gè)黑色環(huán)狀,與右側(cè)未填入鋼珠的壓裝孔的成像效果有著較為明顯的區(qū)別,以左側(cè)的黑色環(huán)狀圖形作為匹配模板,即可對(duì)待壓裝面的鋼珠填入結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。建立壓裝孔填裝前后不同效果的模板庫(kù)[11],識(shí)別鋼珠填裝效果。

圖12 填入鋼珠與未填入鋼珠的壓裝孔成像區(qū)別Figure 12 Difference of the mounting hole with and without steel ball

通過(guò)圖13匹配模板的建立,基于成功填入鋼珠孔與未填入鋼珠孔在成像效果上的顯著區(qū)別,當(dāng)機(jī)器視覺(jué)在識(shí)別時(shí),待壓裝面上有若干個(gè)匹配結(jié)果,且每一個(gè)匹配結(jié)果有其唯一的坐標(biāo)。

圖13 填入鋼珠的壓裝孔匹配模板Figure 13 Matching template for press-fitting holes filled with steel balls

以圖7中匹配模板A2為例,A2中有6個(gè)待壓裝鋼珠孔需要填入鋼珠,每一個(gè)待壓裝鋼珠孔的像素坐標(biāo)在圖像上均是唯一且不重合,則只需以每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)填入鋼珠孔的像素坐標(biāo)去匹配所有實(shí)際匹配孔的像素坐標(biāo)。若至少有一個(gè)實(shí)際匹配孔成功與標(biāo)準(zhǔn)填入鋼珠孔的像素坐標(biāo)匹配且其坐標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)匹配坐標(biāo)的容許區(qū)間內(nèi),則判斷的當(dāng)前判斷的待壓裝鋼珠孔匹配成功,進(jìn)而可判斷出當(dāng)前待壓裝孔位已經(jīng)被填入了鋼珠;若實(shí)際鋼珠匹配坐標(biāo)為X實(shí)、Y實(shí),標(biāo)準(zhǔn)匹配坐標(biāo)為X標(biāo)、Y標(biāo),容許匹配區(qū)間為Δ,則有

X標(biāo)-Δ

(5)

Y標(biāo)-Δ

(6)

若鋼珠匹配結(jié)果滿(mǎn)足以上條件,則視為該鋼珠孔匹配成功,進(jìn)而得出該鋼珠孔待壓裝鋼珠成功填入,具體操作如圖14。

圖14 待壓裝面填入鋼珠準(zhǔn)確度檢測(cè)流程Figure 14 Process of testing the accuracy of filling steel balls on the surface to be mounted

經(jīng)上述鋼珠檢測(cè)流程,可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼珠填入效果的準(zhǔn)確把控,極大減少了未填入鋼珠孔被壓裝的可能。前述匹配模板A2共需在6個(gè)鋼珠壓裝孔內(nèi)填入6個(gè)鋼珠,若有2個(gè)鋼珠未放入,分別是第2個(gè)和第5個(gè),則機(jī)器視覺(jué)圖像處理程序經(jīng)處理后向下位機(jī)PLC反饋的字符串為“010010”,下位機(jī)PLC對(duì)字符串進(jìn)行解析后可知是第2個(gè)和第5個(gè)未放入鋼珠,于是分別置孔號(hào)為“2”和“5”,可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)孔位的補(bǔ)填入鋼珠的動(dòng)作。在經(jīng)過(guò)一次對(duì)未成功放入鋼珠孔的補(bǔ)填動(dòng)作之后,系統(tǒng)會(huì)再一次進(jìn)行檢測(cè),若仍檢出有未放入鋼珠的情況,則系統(tǒng)報(bào)警通知人工輔助進(jìn)行補(bǔ)填動(dòng)作。

4 基于多軸伺服控制的液壓閥塊鋼珠壓裝動(dòng)作

如圖15所示為液壓閥塊鋼珠壓裝設(shè)備采用的由兩個(gè)伺服電機(jī)組成二維滑臺(tái),以及在滑臺(tái)上方的伺服壓機(jī)。伺服壓機(jī)的壓頭作為固定組件被固定在由四根鋼柱支撐的平臺(tái)上。通過(guò)二維滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng),被氣缸固定的已填入鋼珠的液壓閥塊被移動(dòng)到壓裝伺服電機(jī)壓裝頭之下,在伺服壓機(jī)完成了一個(gè)鋼珠壓裝孔的壓裝工作之后,伺服壓機(jī)壓頭抬升到安全位置,然后二維滑臺(tái)繼續(xù)移動(dòng)到下一個(gè)需壓裝的壓裝孔位置進(jìn)行下一個(gè)鋼珠的壓裝工作。如此反復(fù)直到所有壓裝孔均被壓裝。

圖15 鋼珠壓裝設(shè)備多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)Figure 15 Multi-axis servo mechanism of steel ball pressing equipment

首先,在前述面型識(shí)別和填鋼珠階段,待加工液壓閥全程被閥塊固定氣缸固定在壓裝固定臺(tái)面上。由于固定靠塊的存在,閥塊與壓裝固定平面的相對(duì)位置始終固定,則兩個(gè)固定靠塊所組成的直角原點(diǎn)是閥塊上各待壓裝鋼珠孔的定位原點(diǎn),每一個(gè)待壓裝鋼珠孔的設(shè)計(jì)坐標(biāo)都需要轉(zhuǎn)化成相對(duì)于定位原點(diǎn)的坐標(biāo),并儲(chǔ)存在下位機(jī)運(yùn)動(dòng)定位模塊內(nèi)。

其次,在填鋼珠識(shí)別邏輯成功判斷出每一個(gè)待壓裝孔都被成功填入鋼珠后,工業(yè)機(jī)器人會(huì)撤回到安全點(diǎn)等待。同時(shí)二維滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)將待壓裝閥塊輸送到伺服壓機(jī)壓頭下方。待壓裝閥塊運(yùn)動(dòng)到位后,下位機(jī)發(fā)送下壓指令給伺服壓機(jī),進(jìn)行一個(gè)下壓動(dòng)作并且下壓結(jié)束自動(dòng)返回。一個(gè)下壓動(dòng)作結(jié)束之后,二維滑臺(tái)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)使下一個(gè)待壓裝鋼珠孔位于伺服壓機(jī)壓頭的正下方。如此重復(fù)二維滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)和伺服壓機(jī)下壓動(dòng)作,直到所有的待壓裝鋼珠孔均被成功壓裝。

最后,所有待壓裝鋼珠孔均被成功壓裝后,二維滑臺(tái)帶動(dòng)其上液壓閥塊退出壓裝區(qū)域,同時(shí)閥塊固定氣缸松開(kāi)。在等待點(diǎn)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng),進(jìn)行抓取閥塊的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作,最終完成對(duì)一個(gè)待壓裝閥塊其中一個(gè)待壓裝面的壓裝過(guò)程。

5 結(jié) 論

介紹了液壓閥塊在生產(chǎn)過(guò)程中工藝孔鋼珠壓裝工作的重要性。采用機(jī)器視覺(jué)結(jié)合機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的液壓閥塊自動(dòng)準(zhǔn)確抓取方法[12],保證了抓取效果和穩(wěn)定性。提出了結(jié)合機(jī)器視覺(jué)的全自動(dòng)填鋼珠方法,通過(guò)機(jī)器人和鋼珠噴嘴的結(jié)合,有效地提高鋼珠填入工作的效率和準(zhǔn)確度,填入鋼珠的準(zhǔn)確度達(dá)到了99.5%以上。對(duì)于極少數(shù)不能成功填入鋼珠的情況,結(jié)合了機(jī)器視覺(jué)技術(shù),對(duì)填入鋼珠結(jié)果進(jìn)行檢測(cè),杜絕了工藝孔未填入鋼珠就被伺服壓機(jī)壓裝的可能,這樣就在保護(hù)了伺服壓機(jī)的同時(shí)降低了液壓閥塊的報(bào)廢率。采用多軸伺服定位機(jī)構(gòu)的液壓閥塊鋼珠壓裝系統(tǒng),有效地解決了液壓閥塊上鋼珠壓裝孔的不同分布和個(gè)數(shù)不定等問(wèn)題,保證了液壓閥孔鋼珠壓裝效果的一致性。通過(guò)機(jī)器人及其前端的大功率電磁吸盤(pán),可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)已壓裝完鋼珠的閥塊進(jìn)行翻面,實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化生產(chǎn)。