一种全视觉自动移印机及其实现方法与流程

本发明涉及表面印刷装饰生产行业的领域，尤其涉及一种全视觉自动移印机及其实现方法，适用于单个产品印刷面上多品种、多图案、多颜色、高精度印刷要求的一次性完成。

背景技术：

表面印刷装饰生产行业，设备自动化程度非常低，现在全球市场上基本上全是简单的气动单工位机器，一人一机操作，需要大量人工操作。随着产品表面装饰要求的逐步提高，单个产品印刷面上多品种、多图案、多颜色、高精度印刷需求越来越多。比如，汽车仪表面板、汽车上各种操作部件、洗衣机面板、家电遥控器面板、各种医疗仪器的面板、低压电器等，现在基本上全部采用多色标志方案，而且图案水平位置和高低位置都很分散，目前行业的唯一做法是把图案拆分后放在多个单工位机器里完成，排成一条线，一条线一般需要5到6台机，一人一机操作，再加上两个辅助人员，一条线平均需要7个人，这种生产模式，不但效率低下，而且印刷质量无法保证，大量工件的印刷图案由于各种不良原因需要擦掉重印。

传统移印机的图案模板位置和产品印刷位置，完全靠手工的扳动和敲打来调整，绝大部分甚至连一个参照标尺都没有，全凭感觉操作，究竟调整是否到位，只能是印一下看看，不行了再重新调，费时费力。由于需要调整定位，导致图案模板、胶头连接机构、产品旋转平台都要做成机械可调结构，调整动作非常复杂，没有稳定性可言。

移印行业大量使用挥发性有机溶剂和化学油墨，大部分工厂根本不可能按照标准去配备防护器具，由于需要人工操作，传统移印机的作业区域完全暴露，人员完全置身于有机溶剂和化学油墨的挥发区域，这导致该行业从业人员成为职业病高发人群。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种全视觉自动移印机，采用x、y、z、r伺服数控模式来实现移印功能，取代传统的气缸机械动作，减少了大量的人工机械调整，机构上实现了移印机由单色单图案到多色多图案的功能性飞跃，数控模式也为移印机的操作性、稳定性、印刷效率提供了有力保证。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种全视觉自动移印机，包括移印机外壳以及设置在移印机外壳内部的底座、运输皮带、第一y轴驱动机构、第二y轴驱动机构、x轴驱动机构、头部组件、安装支架以及相机光源组件，所述的运输皮带横向设置在底座上部的中间位置并凸出于移印机外壳的左右两侧，所述的第一y轴驱动机构和第二y轴驱动机构分别设置在底座上并位于运输皮带上方的左右两边，所述的x轴驱动机构的一端设置在第一y轴驱动机构的下部，另一端设置在第二y轴驱动机构的上部，所述的头部组件与x轴驱动机构相连接，所述的头部组件通过x轴驱动机构沿第一y轴驱动机构和第二y轴驱动机构整体平行做y向运动，所述的相机光源组件通过安装支架设置在第一y轴驱动机构的上部。

在本发明一个较佳实施例中，所述的头部组件包括结构框架、z轴驱动机构、r轴旋转机构、印刷胶头、工业相机和头部led同轴光源，所述的z轴驱动机构包括z轴直线导轨、z轴运动板、z轴伺服电机、z轴联轴器和滚珠丝杆，所述的r轴旋转机构包括r轴伺服电机、r轴联轴器和胶头转轴，所述的z轴驱动机构和r轴旋转机构分别设置在结构框架内，所述的z轴运动板设置在z轴直线导轨上，所述的z轴伺服电机通过z轴联轴器和滚珠丝杆竖向连接在z轴直线导轨上，所述的r轴伺服电机通过r轴联轴器和胶头转轴竖向连接在印刷胶头上，所述的r轴联轴器和胶头转轴均安装在z轴运动板上，所述的工业相机和头部led同轴光源设置在结构框架的一侧边，所述的头部led同轴光源位于工业相机的下方。

在本发明一个较佳实施例中，所述的z轴伺服电机通过z轴联轴器和滚珠丝杆驱动z轴运动板做上下运动，z轴运动板带动r轴联轴器、胶头转轴和印刷胶头做上下运动。

在本发明一个较佳实施例中，所述的工业相机采用500w像素的工业相机。

在本发明一个较佳实施例中，所述的全视觉自动移印还包括图案模板机构和胶头清洁机构，所述的图案模板机构和胶头清洁机构分别设置在底座上部并位于运输皮带长度方向的相对位置。

在本发明一个较佳实施例中，所述的胶头清洁机构通过支撑板设置在底座上部。

在本发明一个较佳实施例中，所述的图案模板机构上设置有三套油杯组件。

在本发明一个较佳实施例中，所述的相机光源组件由1400w像素的高分辨率工业相机和led同轴光源组成。

在本发明一个较佳实施例中，所述的全视觉自动移印机还包括三色报警灯、抽气孔、重型金属地脚螺丝、机器前门、操作按钮面板和电脑，所述的三色报警灯和抽气孔设置在移印机外壳的上部，所述的重型金属地脚螺丝分别设置在移印机外壳的底部，所述的机器前门设置在移印机外壳的正面上部，所述的操作按钮面板设置在机器前门的一侧边并与电脑相连接。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供了一种全视觉自动移印机的实现方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

a、产品直接或者借助简单载具放置在运输皮带一端，产品被运输皮带传送至相机光源组件的搜索区域后，电脑控制系统通过相机光源组件跟踪产品的位置移动，当产品到达预设的印刷位置后，电脑控制运输皮带停止；

b、由x轴驱动机构、y轴驱动机构、z轴驱动机构和r轴旋转机构带动印刷胶头实现平移、升降和旋转动作，控制印刷胶头移动；

c、按照搜索到的产品坐标印刷胶头完成从图案模板机构上蘸取油杯组件内的油墨并在产品表面上印刷图案，完成印刷动作；

d、图案印刷完成后，启动运输皮带把产品向下传送。

本发明的有益效果是：本发明的一种全视觉自动移印机及其实现方法，采用x、y、z、r伺服数控模式来实现移印功能，取代传统的气缸机械动作，减少了大量的人工机械调整，机构上实现了移印机由单色单图案到多色多图案的功能性飞跃，数控模式也为移印机的操作性、稳定性、印刷效率提供了有力保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一种全视觉自动移印机的内部结构示意图；

图2是本发明一种全视觉自动移印机的外部结构示意图；

图3中图1中头部组件的结构示意图；

图4是图1的另一角度的结构示意图；

附图中的标记为：1、底座，2、运输皮带，3、第一y轴驱动机构，4、第二y轴驱动机构，5、x轴驱动机构，6、头部组件，7、安装支架，8、相机光源组件，9、图案模板机构，10、移印机外壳，11、清洁机构，12、支撑板，13、油杯组件，14、三色报警灯，15、抽气孔，16、重型金属地脚螺丝，17、机器前门，18、操作按钮面板，19、电脑，81、工业相机，82、led同轴光源，61、结构框架，62、z轴驱动机构，63、r轴旋转机构，64、印刷胶头，65、工业相机，66、头部led同轴光源，621、z轴直线导轨，622、z轴运动板，623、z轴伺服电机，624、z轴联轴器，625、滚珠丝杆，631、r轴伺服电机，632、r轴联轴器，633、胶头转轴。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例包括：

一种全视觉自动移印机，包括移印机外壳10以及设置在移印机外壳10内部的底座1、运输皮带2、第一y轴驱动机构3、第二y轴驱动机构4、x轴驱动机构5、头部组件6、安装支架7以及相机光源组件8，所述的运输皮带2横向设置在底座1上部的中间位置并凸出于移印机外壳10的左右两侧，所述的第一y轴驱动机构3和第二y轴驱动机构4分别设置在底座1上并位于运输皮带2上方的左右两边，所述的x轴驱动机构5的一端设置在第一y轴驱动机构3的下部，另一端设置在第二y轴驱动机构4的上部，所述的头部组件6与x轴驱动机构5相连接，所述的头部组件6通过x轴驱动机构5沿第一y轴驱动机构3和第二y轴驱动机构4整体平行做y向运动，所述的相机光源组件8通过安装支架7设置在第一y轴驱动机构3的上部。其中，所述的相机光源组件8由1400w像素的高分辨率工业相机81和led同轴光源82组成。

如图3，所述的头部组件6包括结构框架61、z轴驱动机构62、r轴旋转机构63、印刷胶头64、工业相机65和头部led同轴光源66，所述的z轴驱动机构62包括z轴直线导轨621、z轴运动板622、z轴伺服电机623、z轴联轴器624和滚珠丝杆625，所述的r轴旋转机构63包括r轴伺服电机631、r轴联轴器632和胶头转轴633，所述的z轴驱动机构62和r轴旋转机构63分别设置在结构框架61内，所述的z轴运动板622设置在z轴直线导轨621上，所述的z轴伺服电机623通过z轴联轴器624和滚珠丝杆625竖向连接在z轴直线导轨621上，所述的r轴伺服电机631通过r轴联轴器632和胶头转轴633竖向连接在印刷胶头64上，所述的r轴联轴器632和胶头转轴633均安装在z轴运动板622上，所述的工业相机65和头部led同轴光源66设置在结构框架61的一侧边，所述的头部led同轴光源66位于工业相机65的下方。其中，所述的z轴直线导轨621的数量为2个；所述的工业相机65采用500w像素的工业相机。

本实施例中，所述的z轴伺服电机623通过z轴联轴器624和滚珠丝杆625驱动z轴运动板622做上下运动，z轴运动板622带动r轴联轴器632、胶头转轴633和印刷胶头64做上下运动。

如图4所示，所述的全视觉自动移印还包括图案模板机构9和胶头清洁机构11，所述的图案模板机构9和胶头清洁机构11分别设置在底座1上部并位于运输皮带2长度方向的相对位置。其中，所述的胶头清洁机构11通过支撑板12设置在底座1上部。其中，所述的图案模板机构9上设置有三套油杯组件13。

再进一步的，所述的全视觉自动移印机还包括三色报警灯14、抽气孔15、重型金属地脚螺丝16、机器前门17、操作按钮面板18和电脑19，所述的三色报警灯14和抽气孔15设置在移印机外壳10的上部，所述的重型金属地脚螺丝16分别设置在移印机外壳10的底部，所述的机器前门17设置在移印机外壳10的正面上部，所述的操作按钮面板18设置在机器前门17的一侧边并与电脑19相连接。

本发明把驱动胶头前、后、上、下动作的气缸机构，改用x/y/z三轴直线运动模组结构，用伺服电机带动滚珠丝杆实现驱动，对印刷胶头的连接轴上增加r轴旋转机构，由伺服电机或者步进电机驱动，胶头的动作速度和位置由电脑数控精确控制。本发明对于待印刷产品采用皮带传送，产品在皮带上可以随机放置，不受位置限制。

由于采用x/y机构驱动胶头动作，增加了印刷胶头的取油区域覆盖范围，可以根据需要布置两个或两个以上的图案模板机构，实现多图案多颜色的印刷功能。

头部组件上配置有一台500w像素的工业相机，可以随着印刷胶头作xy方向的运动，用来实现对产品或者图案模板的定位和印刷图案的采集保存。同时在印刷区域的正上方，固定配置一台1400w像素的高分辨率工业相机，正对下面的运输皮带，待印刷的产品通过运输皮带传送到印刷区域，上面的高分辨率相机对印刷区域拍照，控制电脑通过视觉软件分析，搜索出产品的x、y、r位置信息，然后控制胶头动作，实现准确印刷。另外，如果对印刷图案位置的要求更高，仅正上方的固定相机搜索定位不能满足位置精度要求时，可以再通过胶头组件上的相机对产品上特征进行多点拍照，进行二次精确定位。

本发明配置两台不同分辨率和视野的工业相机，不但可以实现印刷位置引导定位，而且可以对印后图案实现不同精度模式的图片采集，可以实现印刷图案的自动视觉检测。同时，采用相对封闭的外壳结构，顶部配置抽风口，可以使机内处于相对负压状态，有机溶剂和油墨的挥发气体不会向机器外泄露。

本发明还提供了一种全视觉自动移印机的实现方法，包括以下具体步骤：

a、产品直接或者借助简单载具放置在运输皮带一端，产品被运输皮带传送至相机光源组件的搜索区域后，电脑控制系统通过相机光源组件跟踪产品的位置移动，当产品到达预设的印刷位置后，电脑控制运输皮带停止；

b、由x轴驱动机构、y轴驱动机构、z轴驱动机构和r轴旋转机构带动印刷胶头实现平移、升降和旋转动作，控制印刷胶头移动；

c、按照搜索到的产品坐标印刷胶头完成从图案模板机构上蘸取油杯组件内的油墨并在产品表面上印刷图案，完成印刷动作；

d、图案印刷完成后，启动运输皮带把产品向下传送。

功能动作说明：

a、印刷动作：x轴驱动机构、y轴驱动机构、z轴驱动机构和r轴旋转机构带动胶头实现平移、升降、旋转动作，胶头完成从图案模板机构上蘸取油墨和在产品表面上印刷图案的功能；

b、图案模板和胶头的油黑供应：图案模板机构上分别对应安装一个带有环形陶瓷刀口的封闭油杯，油杯的环形刀口面通过油杯上镶嵌的强力磁铁吸合在刻有图案的钢片上，也就是图案模板上，图案模板固定不动，油杯被浮动套在三个油杯固定座中，三个油杯固定座的安装支架可以被齿轮齿条机构驱动作前后往返运动，实现油杯在图案模板上的伸出和缩回动作，油墨装在封闭的油杯内部，油杯伸出时，其内部的油墨覆盖模板上的图案，油杯缩回时，陶瓷刀口把图案模板平面上的油墨刮走，只留下图案凹槽内的油墨，胶头下降压在图案模板上延时后升起，油墨就附着在胶头表面上，完成油墨的供应。

c、产品输送定位及引导印刷：产品直接或者借助简单载具放置在运输皮带一端，可以是人工放置，也可与上位机器的运输带对接传送，产品被皮带传送至固定相机的搜索区域后，机器的电脑控制系统通过相机光源组件跟踪产品的位置移动，当产品到达预设的印刷位置后，电脑控制运输皮带停止，同时控制印刷胶头移动，按照搜索到的产品坐标，完成印刷动作。然后启动运输带，把产品向下传送。如果产品需要根据前面的印刷图案作套色印刷，或者一个产品上需要印刷多个图案且图案之间有精确的相对位置要求，电脑则通过相机光源组件再次搜索印刷图案位置作为下次印刷的引导坐标，控制胶头拾取另外一个图案模板的油墨，根据新的引导坐标实现精确印刷。固定高分辨率相机覆盖整个印刷区域，视野较大，搜索精度可满足一般印刷精度的需求，大约±0.05mm，如果有更高精度要求，电脑系统可以根据相机光源组件的搜索信息，再通过安装在头部组件上的工业相机，对产品表面的多个定位特征拍照处理，对产品的位置进行再次精确计算，工业相机的视野设置远小于相机光源组件，拍照精度很高，可达到±0.02mm的位置精度。

d、相机功能说明：

相机光源组件采用1400万像素或者更高分辨率的工业相机，视野相对较大，负责完成两个功能，一是产品的一般精度定位，二是印刷后图案的拍照，为印刷质量的自动视觉检测提供高分辨率图片。

工业相机采用500万或者1000万像素的工业相机，负责完成两个功能，一是更换图案模板机构后，通过该工业相机对新安装的图案模板机构进行搜索定位，完成新模板位置注册或者原有保存位置坐标的修正，二是对产品表面定位特征进行多点拍照，实现二次精确定位。

e、有害气体排放限制功能

本发明的移印机，首先采用了封闭型的油杯作为油墨的存放机构，仅有图案印刷所需量的油墨与空气接触，油墨和溶剂的挥发量已经大大减少；然后采用封闭的机器外壳，在移印机外壳的顶部设置抽风口，工厂的废气收集处理系统通过该抽风口持续抽气，使机器内部保持负压状态，从而把有害气体抽出，不会向机器外泄露。

本发明提供的全视觉自动移印机及其实现方法相比于现有技术具有如下优点和有益效果：

1）采用x、y、z、r伺服数控模式来实现移印功能，取代传统的气缸机械动作，减少了大量的人工机械调整，机构上实现了移印机由单色单图案到多色多图案的功能性飞跃，数控模式也为移印机的操作性、稳定性、印刷效率提供了有力保证；

2）配置两台不同分辨率和视野的工业相机，不但可以实现印刷位置引导定位，而且可以对印后图案实现不同精度模式的图片采集，进而实现印刷图案的自动视觉检测，多图案多颜色的精准印刷；

3）采用相对封闭的外壳结构，顶部配置抽风口，可以使机内处于相对负压状态，有机溶剂和油墨的挥发气体不会向机器外泄露，从而减少了对现场人员的伤害和对环境的污染；

4）实现了移印机由单工位气动机械模式到自动化、智能化的技术突破；

5）、可在一台机器内完成多种图案多种颜色的印刷，配合自动视觉引导和检测功能，效率和品质也有很大的提升，同时大量减少了人工成本，也避免了产生大量的周转废品，经济效益非常可观。

6）、有效避免了有机溶剂和油墨的挥发气体向机器外泄露，从而减少了这些有毒气体对现场人员的伤害和对环境的污染，彻底改善了行业作业环境，环保效益也非常可观。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。