阅读说明：本技术 一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置及其测量方法 (Device for measuring rubber lines at rubber coating edge of shoe and measuring method thereof ) 是由 李文亮 陈海亮 吴梓鸿 洪东方 梁泽豪 张明全 苏惠阳 高福龙 蔡仙水 王平江 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种结构简单、能够对刷胶后鞋子胶线边缘位置测量的一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置,包括机架、鞋楦、工业机器人、3D视觉传感器,鞋楦设于所述机架上,工业机器人固定设于所述机架上,3D视觉传感器固定设于所述工业机器人的转动手臂上且3D视觉传感器位于鞋楦周侧,机架上设有自动输送装置,自动输送装置包括柔性链,柔性链固定设于所述机架上,机架上固定设有的定位块,定位块上开设有穿入定位口,机架上固定设有滑轨,滑轨一端位于定位块内,滑轨另一端与所述柔性链相连通,机架上还设有夹持装置,柔性链上固定设有固定架,固定架上开设有滑槽,滑槽内可滑动设有限位杆,固定架上设有驱动限位杆滑动的第四驱动装置。(The invention provides a device for measuring the edge position of a shoe glue line after glue brushing, which has a simple structure and can measure the edge position of the shoe glue line after glue brushing, and comprises a frame, a shoe tree, an industrial robot and a 3D vision sensor, wherein the shoe tree is arranged on the frame, the industrial robot is fixedly arranged on the frame, the 3D vision sensor is fixedly arranged on a rotating arm of the industrial robot, the 3D vision sensor is positioned on the periphery of the shoe tree, an automatic conveying device is arranged on the frame, the automatic conveying device comprises a flexible chain, the flexible chain is fixedly arranged on the frame, a positioning block is fixedly arranged on the frame, a penetrating positioning hole is formed in the positioning block, a slide rail is fixedly arranged on the frame, one end of the slide rail is positioned in the positioning block, the other end of the slide rail is communicated with the flexible chain, a clamping device is also arranged on the frame, a limiting rod is slidably arranged in the sliding groove, and a fourth driving device for driving the limiting rod to slide is arranged on the fixing frame.)

一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及鞋机技术领域，特别涉及一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置及其测量方法。

背景技术

在制鞋行业，尤其是制鞋成型自动化生产线上，鞋子上刷胶是一个非常重要的环节。现有的常用刷胶方式都是通过胶枪把胶水喷在鞋面上的上胶方式。由于喷胶的上胶方式是通过气体把胶水雾化开后并在气流的吹动下散落在物体表面上，故喷胶的胶线宽度可以很宽，胶线胶水的厚度可以很薄，而通过点胶头把胶水挤出来并落在物体表面上的涂胶方式得到的胶线胶水厚度大都比喷胶的胶水厚度厚，故可以直接通过3D视觉传感器测量涂胶胶线胶水的厚度（即外形轮廓）来实现对胶线边缘位置的测量，以筛选出合格的涂胶鞋子。但鞋子鞋面的表面粗糙度无法与汽车行业或3C电子行业里的工件的表面相比，不易于直接通过高精度的3D视觉传感器测量喷胶胶线胶水的厚度（即外形轮廓）来实现胶线边缘位置的测量。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种结构简单、能够对刷胶后鞋子胶线边缘位置测量的一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置，包括机架、供刷胶后的鞋子套入的鞋楦、工业机器人、用于给刷胶后鞋子检测的3D视觉传感器，所述鞋楦设于所述机架上，所述工业机器人固定设于所述机架上，所述3D视觉传感器固定设于所述工业机器人的转动手臂上且3D视觉传感器位于所述鞋楦周侧，所述机架上设有用于将鞋楦输送进行测量的自动输送装置，所述自动输送装置包括用于输送鞋楦的柔性链，所述柔性链固定设于所述机架上，所述机架上固定设有定位鞋楦的定位块，所述定位块上开设有供鞋楦穿入定位口，所述机架上固定设有供鞋楦滑入定位口的滑轨，所述滑轨一端位于定位块内，所述滑轨另一端与所述柔性链相连通，所述机架上还设有夹持鞋楦滑移的夹持装置,所述柔性链上固定设有固定架，所述固定架上开设有滑槽，所述滑槽内可滑动设有限位杆，所述固定架上设有驱动所述限位杆滑动的第四驱动装置。

进一步改进的是：所述夹持装置包括夹持杆，所述夹持杆可上下升降设于所述机架上，所述鞋楦上开设有供所述夹持杆插入的第一承插孔，所述机架上设有驱动所述夹持杆上下滑动的第一驱动装置，所述机架上还设有用于驱动所述夹持杆在滑轨上滑动的第二驱动装置。

进一步改进的是：所述第一承插孔内套设有弹性圈，所述夹持杆上开设有便于夹持杆插入第一承插孔内的倒角。

进一步改进的是：所述定位块内固定设有若干缓冲块，所述鞋楦上设有带有弹性的缓冲垫，所述缓冲块上开设有供缓冲垫卡入的缓冲口。

进一步改进的是：所述缓冲垫上分别开设有第二承插孔，所述机架上固定设有可穿入所述第二承插孔的撑杆，所述撑杆另一端固定设有连接块，所述连接块上设有用于驱动所述撑杆上下升降的第三驱动装置。

进一步改进的是：所述第一驱动装置为升降气缸，所述升降气缸的伸出杆上固定设有固定块，所述夹持杆固定设于所述固定块上，所述第二驱动装置为无杆气缸，所述升降气缸固定设于所述无杆气缸的滑块上。

进一步改进的是：所述鞋楦上开设有若干个导向孔，所述定位块上固定设有供所述导向孔穿入的导向杆，所述导向孔内设有弹性圈。

利用一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置测量边缘胶线的方法：

1）：将通过刷有荧光增白剂胶水粘合的鞋子套入鞋楦，并且放到柔性链上；

2）：柔性链将鞋楦传送到滑轨与柔性链的避让口处，此时升降气缸工作，驱动夹持杆上升，使夹持杆插入第一承插孔内与第一承插孔卡合；

3）：夹持杆与鞋楦卡合后，无杆气缸作业，带动鞋楦在滑轨内滑移，往定位架方向移动，直至将鞋楦夹持进入定位口内;

4）：第三气缸工作，带动撑杆插入第二承插孔，将鞋楦稳定定位在定位架的定位口内；

5）：标定好3D视觉传感器的位置，3D视觉传感器开始工作对鞋子的刷胶路径进行测量，测量步骤如下：

S1：：3D视觉传感器的一字线激光器发出紫外线光条，射在鞋子上，一字线激光被分成三段，中间端因为胶水带有荧光增白剂而产生荧光色，呈现荧光光亮特征，上下两段呈现为激光光亮特征，同时获取工业机器人的位置数据；

S2：：3D视觉传感器的摄像机拍照照射在鞋子上的紫外线光条，将拍照的图像传送到外部的图像处理模块进行处理；

S3：外部图像处理模块处理图像时，先将基于RGB颜色空间的彩色图片转成能更直观地表达颜色的色调、鲜艳程度和明暗程度，方便进行颜色的对比的HSV颜色空间，然后图像处理模块提取激光光亮特征和荧光光亮特征，再把激光光亮线条和荧光光亮线条细化处理，最后把有荧光光亮线条的分离出来；

S4：图像处理模块把提取到的细化后的激光光亮线条和荧光光亮线条处理得到像素坐标；

S5：根据线视觉测量原理计算得到激光线上的点在相机测量坐标系中的坐标值；

S6：得到3D视觉传感器的测量结果及相对应的工业机器人位置数据后，外部视觉扫描软件通过矩阵运算，把3D视觉传感器的测量结果转换到整个测量系统的测量坐标系下；

S7：工业机器人带着3D视觉传感器围绕鞋子转动，并且不断重复a-f的步骤，视觉扫描软件把3D视觉传感器的所有测量结果转换到整个测量系统的测量坐标系下，然后与预设定的鞋子的刷胶边缘值进行对比，得出刷胶后合格的鞋子；

6）：检测结束后，升降气缸工作，驱动夹持杆上升，使夹持杆插入第一承插孔内与第一承插孔卡合，同时，第三气缸工作，使撑杆离开第二承插孔；

7）：夹持杆与鞋楦卡合后，无杆气缸作业，带动鞋楦在滑轨内滑移，往柔性链方向移动，鞋楦通过避让口到柔性链上，操作人员将测量后的合格和不合格的鞋子取下分类。

本发明的优点和有益效果在于：

1、机器人能够带动3D视觉传感器在带有鞋子的鞋楦周围进行360°旋转测量，进而能够对喷胶后的鞋子进行全方位的边缘检测，得到合格的刷胶后粘合的鞋子产品，剔除刷胶后粘合不合格的鞋子。

2、自动输送装置能够将套设在鞋楦上的鞋子自动输送进入定位块内定位，供3D视觉传感器检测，提高了检测效率，大大节约了人工。

3、缓冲垫和缓冲块能够防止鞋楦在卡入定位块内撞击定位块，损坏鞋楦和定位块，减少其使用寿命。

4、夹持杆上的倒角能够方便夹持杆快速插入第一承插孔，第一承插孔内的第一弹性橡胶圈能够防止夹持杆插入第一承插孔的时候损坏第一承插孔。

5、撑杆能够撑住鞋楦，使其更稳定的放置在机架上，保证了测量的准确性。同时还能够在夹持杆插入第一承插孔的时候托起鞋楦，使夹持杆更好的插入第一承插孔。

6、鞋楦上的导向孔和定位块上的导向杆相卡合，能够在夹持杆和撑杆将鞋楦托起的时候，使其能够垂直向上托起，不仅使夹持杆更好的对准第一承插孔插入夹持，还防止鞋楦跑偏出滑轨。

7、固定架上的限位杆能够限制未检测的鞋子的鞋楦通过，使其在柔性链上进行等待，使其能够迅速的为下一次检测做准备，并且将检测和为检测的鞋子区分开。

附图说明

图1为本发明实施例一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置结构示意图。

图2为本发明实施例一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置结构示意图。

图3为本发明实施例一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置局部结构示意图。

图4为本发明实施例建立笛卡尔直角坐标系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-图4所示，一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置，包括机架1、供刷有荧光增白剂胶水的鞋子套入的鞋楦4、工业机器人2、用于给刷胶后鞋子检测的3D视觉传感器3、用于输送鞋楦4的柔性链5，，所述鞋楦4设于所述机架1上，所述工业机器人2固定设于所述机架1上，所述3D视觉传感器3固定设于所述工业机器人2的转动手臂上且3D视觉传感器3位于所述鞋楦4周侧，所述柔性链5固定设于所述机架1上，所述机架1上固定设有定位鞋楦4的定位架6，所述定位架6上开设有供鞋楦4穿入定位口61，所述机架1上固定设有供鞋楦4滑移的滑轨12，所述滑轨12一端位于定位架6内，所述滑轨12另一端与所述柔性链5相连通，柔性链5与开设有避让口51与滑轨12相连通，使得鞋楦4能够在滑轨12与柔性链5之间运动，所述机架1上可上下升降设有夹持杆7，所述鞋楦4上开设有供所述夹持杆7插入的第一承插孔62，所述机架1上设有驱动所述夹持杆7上下滑动的升降气缸71，所述升降气缸71的伸出杆上固定设有固定块72，所述夹持杆7固定设于所述固定块72上，固定块72不仅能够使夹持杆7与鞋楦4的第一承插孔62更好的卡合，而且能够使其卡合后更加的稳定拖动鞋楦4滑移，所述机架1上还设有用于驱动夹持杆7在滑轨12上滑移的无杆气缸13，所述升降气缸71固定设于所述无杆气缸13的滑块上。

为了能够使夹持杆7快速插入第一承插孔62且不损坏鞋楦4的第一承插孔62，所述第一承插孔62内套设有第一弹性圈71，所述夹持杆7上开设有便于夹持杆7插入第一承插孔62内的倒角。夹持杆7上的倒角能够方便夹持杆7快速插入第一承插孔62，第一承插孔62内的第一弹性橡胶圈能够防止夹持杆7插入第一承插孔62的时候损坏第一承插孔62。

为了提高鞋楦4和定位架6的使用寿命，所述定位架6内固定设有两个缓冲块9，所述鞋楦4上设有带有弹性的缓冲垫8，所述缓冲块9上开设有供缓冲垫8卡入的缓冲口91。缓冲垫8和缓冲块9能够防止鞋楦4在卡入定位架6内撞击定位架6，损坏鞋楦4和定位架6，减少其使用寿命。

为了能够方便夹持杆7稳定插入第一承插孔62，所述缓冲垫8上分别开设有第二承插孔（图中未示意出），所述机架1上固定设有可穿入所述第二承插孔的撑杆14，所述撑杆14另一端固定设有连接块141，所述连接块141上设有用于驱动所述撑杆14上下升降的第三气缸142。撑杆14能够撑住鞋楦4，使其更稳定的放置在机架1上，保证了测量的准确性。同时还能够在夹持杆7插入第一承插孔62的时候托起鞋楦4，使夹持杆7更好的插入第一承插孔62。

为了能够提高工作效率，将检测与未检测的鞋子区分开，所述柔性链5上固定设有固定架11，所述固定架11上开设有滑槽，所述滑槽内可滑动设有限位杆111，所述固定架11上设有驱动所述限位杆111滑动的第四气缸112。限位杆111能够限制未检测的鞋子的鞋楦4通过，使其在柔性链5上进行等待，使其能够迅速的为下一次检测做准备，并且将检测和为检测的鞋子区分开。

为了进一步方便夹持杆7穿入第一承插孔62和提高鞋楦4的稳定性，所述鞋楦4上开设有若干个导向孔，所述定位架6上固定设有供所述导向孔穿入的导向杆，所述导向孔内设有弹性圈。鞋楦4上的导向孔和定位架6上的导向杆相卡合，能够在夹持杆7和撑杆14将鞋楦4托起的时候，使其能够垂直向上托起，不仅使夹持杆7更好的对准第一承插孔62插入夹持，还防止鞋楦4跑偏出滑轨12。

为了能够方便鞋子的放置，所述机架1上还设有用于盛放鞋子的盛物架15。

工作原理：

当刷有荧光增白剂胶水的鞋子套入鞋楦4时候，鞋楦4移动到滑轨12与柔性链5的避让口51处，升降气缸71驱动夹持杆7上升，使夹持杆7插入第一承插孔62，夹持杆7插入承插孔与鞋楦4卡合后，无杆气缸13运动，进而带动夹持杆7夹持鞋楦4往定位架6方向移动，并且将鞋楦4夹持进入定位口61内放置，然后3D视觉传感器3开始工作，对鞋子粘合处开始检测，并且在工业机器人2的作用下，绕着鞋楦4周侧360°旋转，使鞋楦4能够全面检测到。检测结束后，升降气缸71带动夹持杆7插入第一承插孔62与鞋楦4卡合，然后无杆气缸13带动夹持杆7夹持鞋楦4往柔性链5方向移动，夹持到柔性链5上，输送走，然后进入下一个检测工序。

一种用于测量鞋子刷胶边缘胶线的装置的测量方法：

1）：将通过刷有荧光增白剂胶水粘合的鞋子套入鞋楦4，并且放到柔性链5上；

2）：柔性链5将鞋楦4传送到滑轨12与柔性链5的避让口51处，此时升降气缸71工作，驱动夹持杆7上升，使夹持杆7插入第一承插孔62内与第一承插孔62卡合；

3）：夹持杆7与鞋楦4卡合后，无杆气缸13作业，带动鞋楦4在滑轨12内滑移，往定位架方向移动，直至将鞋楦4夹持进入定位口61内;

4）：第三气缸142工作，带动撑杆插入第二承插孔，将鞋楦4稳定定位在定位架的定位口61内；

5）：标定好3D视觉传感器3的位置，3D视觉传感器开始工作对鞋子的刷胶路径进行测量，测量步骤如下：

S1：：3D视觉传感器的一字线激光器发出紫外线光条，射在鞋子上，一字线激光被分成三段，中间端因为胶水带有荧光增白剂而产生荧光色，呈现荧光光亮特征，上下两段呈现为激光光亮特征，同时，外部PC通过工业机器人的二次开发接口来获取工业机器人的时时位置数据；

S2：：3D视觉传感器的摄像机拍照照射在鞋子上的紫外线光条，将拍照的图像传送到外部的图像处理模块进行处理；

S3：外部图像处理模块处理图像时，先将基于RGB颜色空间的彩色图片转成能更直观地表达颜色的色调、鲜艳程度和明暗程度，方便进行颜色的对比的HSV颜色空间，然后图像处理模块提取激光光亮特征和荧光光亮特征再把激光光亮线条和荧光光亮线条细化处理，最后把有荧光光亮线条的分离出来；

S4：图像处理模块把提取到的激光光亮线条和荧光光亮线条细化处理得到像素坐标；

S5：根据线视觉测量原理计算得到激光线上的点在相机测量坐标系中的坐标值,其原理是基于光学三角法测量原理的主动式结构光视觉测量法，即激光投射器投射结构光于被测物体，结构光与物体表面相交产生光条，CCD相机拍摄图像，提取光点的像素坐标，通过标定确定结构光在世界坐标系下的空间位置方程以及世界坐标系与摄像机坐标系的转换关系，便可以计算出光点在世界坐标系下的坐标；

S6：得到3D视觉传感器的测量结果及相对应的工业机器人位置数据后，外部视觉扫描软件通过矩阵运算，把3D视觉传感器的测量结果转换到整个测量系统的测量坐标系下，其中矩阵运算如图4所示：

3D视觉传感器挂载在机器人末端上，图中有4个笛卡尔直角坐标系，其中{C}表示3D视觉传感器的测量坐标系，{T}表示机器人的工具坐标系，{B}表示机器人的基坐标系，{M}表示整个测量系统的测量坐标系。

机器人运动到某一位置时，3D视觉传感器测得空间中P点在传感器测量坐标系中的位置记为，用齐次坐标形式描述为41列向量；3D视觉传感器是固定安装在机器人末端的，所以机器人运动过程中3D视觉传感器测量坐标系{C}与机器人工具坐标系{T}的相对位置关系是固定不变的，3D视觉传感器测量坐标系{C}在机器人工具坐标系{T}中的位姿（位置和姿态）描述为矩阵，用齐次坐标形式描述为44旋转平移矩阵）；机器人工具坐标系{T}在机器人的基坐标系{B}中的位姿描述在机器人运动控制系统中已知的，记为，用齐次坐标形式描述为44旋转平移矩阵；机器人安装、固定后，测量系统测量坐标系{M}相对于机器人的基坐标系{B}也是固定的，机器人的基坐标系{B}在测量系统测量坐标系{M}中的位姿描述为，可得：

等式左边即是空间中P点在测量系统测量坐标系{M}中的空间位置描述，即还需要矩阵和矩阵，即可实现测量系统的3D测量；其中矩阵是描述测量系统测量坐标系{M}与机器人的基坐标系{B}之间的相对位置的，通过机器人的工件坐标系标定法来标定出来，而矩阵是描述3D视觉传感器的测量坐标系与机器人工具坐标系之间的相对位置的，又称手眼矩阵，通过手眼标定来标定出来；

S7：工业机器人带着3D视觉传感器器围绕鞋子转动，并且不断重复a-f的步骤，视觉扫描软件把3D视觉传感器的所有测量结果转换到整个测量系统的测量坐标系下，视觉扫描软件重复此计算操作，进而可得到鞋子视觉扫描部分的3D点云，再结合能提取荧光特征的图像处理模块，可实现从鞋子视觉扫描部分的3D点云中提取出有荧光特征的3D点云，最终实现对鞋子上喷得的含荧光增白剂的胶水胶线下边缘位置的测量，然后与预设定的鞋子的刷胶边缘值进行对比，得出刷胶后合格的鞋子；

6）：检测结束后，升降气缸71工作，驱动夹持杆7上升，使夹持杆7插入第一承插孔62内与第一承插孔62卡合，同时，第三气缸142工作，使撑杆离开第二承插孔；

7）：夹持杆7与鞋楦4卡合后，无杆气缸13作业，带动鞋楦4在滑轨12内滑移，往柔性链5方向移动，鞋楦4通过避让口51到柔性链5上，操作人员将测量后的合格和不合格的鞋子取下分类。

测量原理：

通过3D视觉传感器3里的相机换成彩色相机，3D视觉传感器3里的激光换成含紫外线的紫色激光，利用含荧光增白剂的胶水在紫外线照射下产生的荧光与激光在色彩上的不同，结合图像色彩处理技术，对激光光亮线条按颜色进行分割，进而可分割出有荧光区域的轮廓信息，即原本的3D视觉传感器3是对物体表面上的激光光亮线条处的特征进行测量，现增加颜色处理功能，实现了从激光光亮线条上分割出荧光光亮线条，进而实现了对物体表面上含荧光效应的特征的测量，即实现不通过测量鞋面上喷得的胶线胶水的厚度来测量胶线边缘的位置。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。