阅读说明：本技术 一种轴孔配合类零件自动压装控制系统及其控制方法 (Automatic press-fitting control system and control method for shaft hole matching parts ) 是由 张武翔 张宝文 丁希仑 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种轴孔配合类零件自动压装控制系统及其控制方法。该自动压装控制系统主要包括控制中心、上下料控制子系统、视觉检测子系统和压装控制子系统,各子系统通过通讯接口实现与控制中心间通信,控制中心可控制每一个子系统独立运行。通过控制中心可对产品上下料过程、视觉检测过程以及压装过程进行自动化控制。本发明的优点为：可实现产品压装过程自动上料、自动检测、自动压装,极大地提高了生产自动化水平和生产效率；该控制系统采用模块化设计,各组成子系统可在控制中心控制下独立运行；采用视觉检测并自动补偿角度偏差,容错性能好。(The invention discloses an automatic press-fitting control system and method for shaft hole matching parts. The automatic press-fitting control system mainly comprises a control center, a feeding and discharging control subsystem, a visual detection subsystem and a press-fitting control subsystem, wherein each subsystem is communicated with the control center through a communication interface, and the control center can control each subsystem to operate independently. The automatic control can be carried out on the feeding and discharging process, the visual inspection process and the press-fitting process of the product through the control center. The invention has the advantages that: the automatic feeding, the automatic detection and the automatic press-fitting in the press-fitting process of the product can be realized, and the production automation level and the production efficiency are greatly improved; the control system adopts a modular design, and each constituent subsystem can independently operate under the control of a control center; and the angle deviation is automatically compensated by adopting visual detection, so that the fault tolerance is good.)

一种轴孔配合类零件自动压装控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于自动化装配领域，具体涉及一种轴孔配合类零件自动压装控制系统及其控制方法，可用于工业装配生产线轴孔配合类零件装配任务的自动化压装。

背景技术

装配是现代装备制造业生产的重要环节，在生产总流程中装配环节具有耗时长，成本高的特点。随着三维建模、数控加工中心等技术的普及推广，零部件生产制造的自动化水平有了较大的提高，但是由于装配任务的复杂性，长期以来装配环节主要依靠工人进行纯手工或半自动作业，生产效率低下且产品质量一致性难以保证，装配环节成了影响装备制造业生产效率和生产自动化水平提高的制约因素。

发明内容

针对上述轴孔配合类装配任务，本发明提出一种轴孔配合类零件自动压装控制系统及其控制方法，可用于轴孔配合类装配任务的压装作业自动控制。所述自动压装控制系统采用模块化设计，主要包括控制中心，上下料控制子系统、视觉检测子系统、压装控制子系统。

本发明轴孔配合类零件自动压装控制系统，包括上下料控制子系统、视觉检测子系统、压装控制子系统和控制中心。

所述上下料控制子系统用于实现物料传送带的控制、物料托盘的到位检测、托盘升降控制以及工业机器人控制。视觉检测子系统用于实现转台转动控制以及获取零件周孔孔位偏差大小和孔位偏差角度。压装控制子系统用于实现冲压电机控制、检测冲压电机旋转圈数得到冲压头运动距离以及检测零件压装过程中的零件冲压头所受压力变化。上述各子系统通过各自的通信端口与控制中心通信。控制中心用于与工厂MES系统进行作业任务交互、控制各子系统工作以及将故障报警信息上传给工厂MES系统。

上述轴孔配合类零件自动压装控制方法如下：

在轴孔配合类零件压装工作过程中，自动压装整体控制方法具体如下：

步骤1：工厂MES系统向控制中心下达作业任务，随后由控制中心向上下料子系统发送上料信号。

步骤2：上下料子系统执行上料任务，上料完成后向控制中心发送上料完成信号。

步骤3：控制中心接收到上料完成信号时，向视觉检测子系统发送检测信号。

步骤4：视觉检测子系统接收到检测信号时，开始执行检测任务，实现视觉检测；若视觉检测不通过，视觉检测子系统向控制中心发送报警信息，控制中心将报警信息上传至工厂MES系统，等待人工干预；若视觉检测通过，视觉检测子系统向控制中心发送视觉检测通过信号，控制中心给压装控制子系统发送压装信号。

步骤5：压装控制子系统接收到压装信号时，开始执行压装任务，实现工件自动压装；压装完成后压装控制子系统向控制中心发送压装完成信号。

上述压装任务执行过程中，若出现故障，由压装控制子系统向控制中心发送压装报警信号，控制中心将压装报警信号上传至工厂MES系统，等待人工干预。

步骤6：控制中心收到压装完成信号后，向上下料子系统发送下料信号，上下料子系统执行下料任务，实现自动下料。

步骤7：下料任务完成后，上下料子系统向控制中心发送下料完成信号，至此完成一个产品的压装。

上述步骤2中，上下料控制子系统自动上料控制方法为：

步骤a：控制旋转电机驱动器驱动传送带旋转电机工作，带动传送带运转，使物料托盘随传送带运动，由上料侧接近开关检测物料托盘是否运动至指定位置。

步骤b：当检测到物料托盘时，控制旋转电机驱动器停止驱动旋转电机，同时控制托盘顶升气缸的电磁阀接通，此时托盘顶升气缸顶出，将物料托盘顶起。

步骤c：向工业机器人下达运动指令，控制工业机器人运动至物料托盘上方，同时控制工业机器人末端气爪闭合拾取工件，并由气爪磁性传感器检测是否拾取成功。

步骤d：工件拾取成功后，控制托盘顶升气缸的电磁阀断开，此时托盘顶升气缸落下。

步骤e：向工业机器人下达运动指令，控制工业机器人运动至压机上料位，同时控制机器人末端气爪松开将工件安放在压机转台上，并由气爪磁性传感器检测气爪是否松开。

步骤f：气爪松开后，向工业机器人下达运动指令，控制工业机器人离开压机上料位运动至等待位；

步骤g：控制三爪卡盘的电磁阀接通，此时三爪卡盘闭合，将工件卡紧。

步骤h：上下料控制子系统向控制中心发送上料完成信号，上料过程结束。

上述步骤4中，视觉检测系统视觉检测过程控制方法为：

步骤A：通过控制工业相机对工件进行拍照；图像处理系统对拍照所得图像进行处理分析，通过边缘检测提取图像中轴孔的位置信息，将提取到的轴孔的位置和形状与标定的轴孔孔位置和形状作比较，判断孔位是否出现偏差；若孔位没有偏差，执行步骤B；若孔位偏差角度在调节范围内，执行步骤D。

步骤B：视觉检测系统向控制中心发送检测通过信号，视觉检测过程结束。

步骤C：视觉检测系统将偏差角度给到转台电机驱动器，驱动转台电机转动一个补偿偏差角度，重复执行步骤A。

步骤D：图像处理系统计算孔位偏差角度；若孔位偏差超出设定的偏差补偿上限，视觉检测系统给控制中心发检测不通过信号，视觉检测过程结束。

上述步骤5中，压装控制子系统自动压装控制方法为：

步骤1)：控制冲压电机转动，在此过程中由压力传感器实时检测压力是否到达阈值；压力未到达阈值时，且检测冲压电机未转够设定圈数，执行步骤2)；若压力未到达阈值，且检测冲压电机转够设定圈数，执行步骤4)。

步骤2)：控制冲压电机继续转动，压力到达阈值时，执行步骤4)。

步骤3)：控制冲压电机停止动作并反向旋转至零位，压装控制子系统向控制中心发送压装完成信号，压装过程结束。

步骤4)：控制冲压电机立即停止动作，并检测冲压电机是否转够设定圈数；若冲压电机转够设定圈数，冲压电机反向旋转至零位，压装子系统向控制中心发送压装完成信号，压装过程结束；若冲压电机未转够设定圈数，压装控制子系统向控制中心发送压装报警信号，压装过程结束。

上述步骤6中，上下料控制子系统自动下料控制方法为：

步骤①：控制三爪卡盘的电磁阀接通，三爪卡盘打开，松开工件。

步骤②：向工业机器人下达运动指令，使机器人运动至压机上料位，机器人末端气爪闭合拾取工件；

步骤③：气爪磁性传感器检测产品是否拾取成功，产品拾取成功后，控制托盘顶升气缸的电磁阀接通，托盘顶升气缸伸出将物料托盘顶起。

步骤④：机器人控制柜向机器人下达运动指令，机器人运动至物料托盘上方，机器人末端气爪松开安放物料。

步骤⑤：气爪磁性传感器检测气爪是否松开，气爪松开后，控制托盘顶升气缸的电磁阀断开，托盘顶升气缸落下。

步骤⑥：控制驱动传送带旋转电机工作，下料侧接近开关检测托盘是否到达本工位出料口。

步骤⑦：下料侧接近开关检测到物料托盘时，传送带旋转电机停止。

步骤⑧：上下料控制子系统向控制中心发送下料完成信号，下料过程结束。

本发明的优点在于：

(1)本发明可广泛应用于轴孔配合类零件的自动化压装作业全过程控制，自动化水平高，能大幅提高装配效率；

(2)本发明自动压装控制系统采用模块化设计，根据功能将控制系统整体划分为几个独立的控制子系统，各系统可在控制中心的控制下独立运行；

(3)本发明采用视觉检测轴孔位姿偏差，并采用转台电机旋转进行角度偏差补偿，具有一定的容错性；且通过设置角度偏差上限，轴孔位姿偏差过大时系统自动停止压装并报警，安全性高。

附图说明

图1为本发明自动压装控制系统整体结构框图。

图2为本发明自动压装控制系统中上下料控制子系统结构框图。

图3为本发明自动压装控制系统中视觉检测子系统结构框图。

图4为本发明自动压装控制系统中压装控制子系统结构框图。

图5为本发明自动压装控制方法中整体控制流程图。

图6为本发明自动压装控制方法中上料控制部分流程图。

图7为本发明自动压装控制系统中视觉检测控制部分流程图。

图8为本发明自动压装控制系统中压装控制控制部分流程图。

图9为本发明自动压装控制方法中下料控制部分流程图。

图中：

1-上下料控制子系统 2-视觉检测子系统 3-压装控制子系统

4-控制中心 101-旋转电机驱动器 102-上下料控制子系统通讯接口

103-机器人控制柜 104-阀岛 105-电接口

106-工业机器人 107-气爪 108-磁性传感器

109-三爪卡盘 110-旋转电机 111-上料侧接近开关

112-托盘顶升气缸 113-下料侧接近开关 201-图像处理系统

202-相机控制器 203-转台电机驱动器 204-通讯接口

205-电接口 206-转台电机编码器 207-转台电机

208-工件 209-工业相机 301-通讯接口

302-冲压电机驱动器 303-电接口 304-压力传感器

305-冲压电机 306-冲压电机编码器

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明轴孔配合类零件自动压装控制系统及其控制方法，其中自动压装控制系统包括上下料控制子系统1、视觉检测子系统2、压装控制子系统3和控制中心4共四部分，如图1所示。

如图2所示，所述上下料控制子系统1主要包括旋转电机驱动器101、上料侧接近开关111、下料检测接近开关113、阀岛104、机器人控制柜103、上下料控制子系统通讯接口102以及上下料控制子系统电接口105。

所述旋转电机驱动器101可根据控制中心4下达的运动指令驱动旋转电机110旋转，进而带动物料传送带运转，由物料传送带实现物料托盘的运输。

所述上料侧接近开关111安装于物料拾取位置前侧，用于检测物料托盘是否传送至物料拾取位置；下料检测接近开关113安装于传送带末端位置，用于检测下料时物料托盘是否经过传送带末端。

所述阀岛104为由多个电磁阀构成的控制元器件，其中各电磁阀分别用于控制托盘顶升气缸112、三爪卡盘109以及工业机器人末端气爪107的气路通断，进而实现控制托盘顶升气缸112将物料托盘顶升、控制三爪卡盘109的张开与闭合以及工业机器人末端气爪107的张开与闭合。

工业机器人106的运动路径通过在线示教编程转换为RAPID程序指令存储在所述机器人控制柜103中，机器人控制柜103通过调取RAPID程序指令控制工业机器人106沿示教的运动路径运动；在机器人控制柜103加装I/O控制板卡，其输出信号控制阀岛104中对应工业机器人末端气爪107的电磁阀的通断，进而控制工业机器人末端气爪107张开、闭合，实现零件的拾取、放置。

所述上下料控制子系统通讯接口102用于连接控制中心4，实现上下料控制子系统1与控制中心4通信；上下料控制子系统电接口105用于连接外部电源，实现上下料控制子系统1的供电。

如图3所示，所述视觉检测控制系统2主要包括相机控制器202、图像处理系统201、转台电机驱动器203、视觉检测控制系统通讯接口204以及视觉检测控制系统电接口205。

所述相机控制器202用于实现工业相机209的供电、工业相机拍照控制及工业相机拍摄图像保存。所述图像处理系统201用于对工业相机209拍照所获取的图像进行边缘检测，提取图像中轴孔，将提取到的轴孔的位置和形状与标定的圆孔位置和形状作比较，得到孔位偏差大小和孔位偏差角度。

所述转台电机驱动器203用于驱动转台电机207，进而实现转台转动，带动转台上的零件转动。

所述视觉检测控制系统通讯接口204与控制中心相连，实现视觉检测控制系统2与控制中心4间的通信；视觉检测控制系统电接口205与外部电源相连，实现视觉检测子系统2的供电。

如图4所示，所述压装控制子系统3包括冲压电机驱动器302、冲压电机编码器306、压力传感器304、压装控制子系统通讯接口301以及压装控制子系统电接口303。

所述冲压电机驱动器302用于驱动冲压电机305动作，进而带动冲压头上下运动。

所述冲压电机编码器306用于检测冲压电机305旋转圈数进而得到冲压头运动距离。

所述压力传感器304用于检测零件压装过程中的零件冲压头所受压力变化。

所述压装控制子系统通讯接口301与控制中心4相连，实现视觉检测控制系统3与控制中心间的通信；压装控制子系统电接口303与外部电源相连，实现压装控制子系统3的供电。

所述控制中心4用于与工厂MES系统进行作业任务交互、控制各子系统工作以及将故障报警信息上传给工厂MES系统。控制中心硬件为PLC(可编程逻辑控制器)，在Ethernet/IP协议下控制中心通过通讯接口与所述上下料控制子系统、视觉检测子系统和压装控制子系统进行通信。

在轴孔配合类零件压装工作过程中，由控制中心4对上下料控制子系统1、视觉检测子系统2与压装控制子系统3进行控制，分别实现上料自动化、孔位检测自动化以及压装自动化，如图5所示，自动压装整体控制方法具体如下：

步骤1：工厂MES系统向控制中心4下达作业任务，随后由控制中心4向上下料子系统1发送上料信号。

步骤2：上下料子系统1执行上料任务，上料完成后向控制中心4发送上料完成信号。

步骤3：控制中心4接收到上料完成信号时，向视觉检测子系统2发送检测信号。

步骤4：视觉检测子系统2接收到检测信号时，开始执行检测任务，实现视觉检测；若视觉检测不通过，视觉检测子系统2向控制中心4发送报警信息，控制中心4将报警信息上传至工厂MES系统，等待人工干预；若视觉检测通过，视觉检测子系统2向控制中心4发送视觉检测通过信号，控制中心4给压装控制子系统3发送压装信号。

步骤5：压装控制子系统3接收到压装信号时，开始执行压装任务，实现工件自动压装。压装完成后压装控制子系统3向控制中心4发送压装完成信号。

上述压装任务执行过程中，若出现故障，由压装控制子系统3向控制中心4发送压装报警信号，控制中心4将压装报警信号上传至工厂MES系统，等待人工干预。

步骤6：控制中心4收到压装完成信号后，向上下料子系统1发送下料信号，上下料子系统1执行下料任务，实现自动下料。

步骤7：下料任务完成后，上下料子系统1向控制中心4发送下料完成信号，至此完成一个产品的压装。

如图6所示，上述步骤2中，上下料控制子系统1自动上料控制方法为：

步骤a：控制旋转电机驱动器101驱动传送带旋转电机110工作，带动传送带运转，使物料托盘随传送带运动，由上料侧接近开关111检测物料托盘是否运动至指定位置。

步骤b：上料侧接近开关111检测到物料托盘时，控制旋转电机驱动器101停止驱动旋转电机110，同时控制阀岛104对应托盘顶升气缸112的电磁阀接通，此时托盘顶升气缸112顶出，将物料托盘顶起。

步骤:c：机器人控制柜103向工业机器人106下达运动指令，控制工业机器人106运动至物料托盘上方，同时控制工业机器人末端气爪107闭合拾取工件，并由气爪磁性传感器108检测是否拾取成功；

步骤d：工件拾取成功后，控制阀岛104对应托盘顶升气缸112的电磁阀断开，此时托盘顶升气缸112落下；

步骤e：机器人控制柜103向工业机器人106下达运动指令，控制工业机器人106运动至压机上料位，同时控制机器人末端气爪107松开将工件安放在压机转台上，并由气爪磁性传感器108检测气爪107是否松开。

步骤f：气爪107松开后，机器人控制柜103向工业机器人106下达运动指令，控制工业机器人106离开压机上料位运动至等待位。

步骤g：控制阀岛104对应三爪卡盘109的电磁阀接通，此时三爪卡盘109闭合，将工件卡紧。

步骤h：上下料控制子系统1向控制中心4发送上料完成信号，上料过程结束。

如图7所示，上述步骤4中，视觉检测系统2视觉检测过程控制方法为：

步骤A：控制相机控制器202拖动工业相机209对工件208进行拍照；图像处理系统201对拍照所得图像进行处理分析，通过边缘检测提取图像中轴孔的位置信息，将提取到的轴孔的位置和形状与标定的轴孔孔位置和形状作比较，判断孔位是否出现偏差；若孔位没有偏差(或偏差太小可以忽略)，执行步骤B；若孔位偏差角度在调节范围内，执行步骤D。

步骤B：视觉检测系统2向控制中心4发送检测通过信号，视觉检测过程结束。

步骤C：视觉检测系统3将偏差角度给到转台电机驱动器203，驱动转台电机207转动一个补偿偏差角度，重复执行步骤A；

步骤D：图像处理系统201计算孔位偏差角度；若孔位偏差超出设定的偏差补偿上限，视觉检测系统2给控制中心4发检测不通过信号，视觉检测过程结束。

如图8所示，上述步骤5中，压装控制子系统3自动压装控制方法为：

步骤1)：控制冲压电机驱动器302带动冲压电机305转动，在此过程中压力传感器304实时检测压力是否到达阈值；压力未到达阈值时，且冲压电机编码器304检测冲压电机305未转够设定圈数，执行步骤2)；若压力未到达阈值，且冲压电机编码器306检测冲压电机305转够设定圈数，执行步骤4)。

步骤2)：冲压电机驱动器302带动冲压电机305继续转动，压力到达阈值时，执行步骤4)。

步骤3)：控制冲压电机305停止动作并反向旋转至零位，压装控制子系统3向控制中心4发送压装完成信号，压装过程结束。

步骤4)：控制冲压电机305立即停止动作，并由冲压电机编码器306检测冲压电机305是否转够设定圈数；若冲压电机305转够设定圈数，冲压电机305反向旋转至零位，压装子系统3向控制中心4发送压装完成信号，压装过程结束；若冲压电机305未转够设定圈数，压装控制子系统3向控制中心4发送压装报警信号，压装过程结束。

如图9所示，上述步骤6中，上下料控制子系统1自动下料控制方法为：

步骤①：控制阀岛104对应三爪卡盘109的电磁阀接通，三爪卡盘109打开，松开工件。

步骤②：机器人控制柜103向工业机器人106下达运动指令，使机器人106运动至压机上料位，机器人末端气爪107闭合拾取工件。

步骤③：气爪磁性传感器108检测产品是否拾取成功，产品拾取成功后，控制阀岛104控制托盘顶升气缸112的电磁阀接通，托盘顶升气缸112伸出将物料托盘顶起。

步骤④：机器人控制柜103向机器人106下达运动指令，机器人106运动至物料托盘上方，机器人末端气爪107松开安放物料。

步骤⑤：气爪磁性传感器108检测气爪107是否松开，气爪107松开后，控制阀岛104对应托盘顶升气缸112的电磁阀断开，托盘顶升气缸112落下。

步骤⑥：控制旋转电机驱动器101驱动传送带旋转电机110工作，下料侧接近开关113检测托盘是否到达本工位出料口。

步骤⑦：下料侧接近开关113检测到物料托盘时，传送带旋转电机110停止。

步骤⑧：上下料控制子系统1向控制中心4发送下料完成信号，下料过程结束。