一种基于视觉识别的全自动法兰打标机的制作方法

本发明属于法兰自动加工领域，特别是一种基于视觉识别的全自动法兰打标机。

背景技术：

在船舶、化工、风电等管法兰加工领域，法兰圆周表面打标的生产效率低下和标识质量不高，主要表现在：1、法兰由人工上料、下料并手动控制卡盘的加紧、松开；2、人工识别法兰原有标识位置且人工指定新的打标位置，普遍存在新标识与原有标识重叠导致无法有效辨识；3、新打标内容没有校核过程，存在打错现象；4、打标过程产生的噪音很大，没有相应的隔音措施；5、属于半自动设备，无法实现全自动打标；

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于视觉识别的全自动法兰打标机，以提高法兰打标的自动化水平。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于视觉识别的全自动法兰打标机，包括气动卡盘、旋转机构、直线推送机构、视觉识别系统、打标执行器、回零限位机构、工作台和控制器；

所述视觉识别系统、打标执行器、直线推送机构均固定在工作台上；所述气动卡盘与旋转机构相连，用于固定法兰；所述气动卡盘上设有第一检测单元，用于检测法兰是否安装在气动卡盘上；当第一检测单元检测卡盘上安装有法兰时，气动卡盘自动将法兰夹持固定；所述旋转机构与直线推送机构相连，用于旋转气动卡盘上的法兰；所述直线推送机构直线往复运动，用于将法兰推送至打标位置和推出打标位置；当直线推送机构进入打标位置时，所述视觉识别系统检测到法兰并识别法兰上原有标识位置，旋转机构旋转，使打标执行器避开原有标识位置，所述打标执行器用于对法兰进行新的标识的打印；所述直线推送机构上设有回零限位机构，用于打标完成后，气动卡盘回零复位后对卡盘进行限位；所述直线推送机构与气动卡盘之间设有第二检测单元；所述第二检测单元用于检测气动卡盘是否回零复位，以控制回零限位机构自动将气动卡盘限位；所述控制器用于控制气动卡盘、旋转机构、直线推送机构、视觉识别系统、打标执行器、回零限位机构的工作。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明的全自动法兰打标机，上料送料、旋转、打标、自动识别打标位置，实现了整个法兰的全自动打标。

(2)本发明的全自动法兰打标机，气动卡盘可满足不同尺寸的法兰的夹持固定；同时设有摆杆，可保证三个双杆气缸的运动一致性，进而确保法兰在气动卡盘上夹紧后法兰中心与气动卡盘中心的对中精度。

(3)本发明通过视觉识别系统识别原有标识的位置，旋转机构旋转，完成新的打标位置的变换，结合打标执行器可调整不同法兰的打标位置的调整；打标完成后，旋转机构自动复位，并通过回零限位机构实现机械限位。

附图说明

图1为本发明基于视觉识别的全自动打标机三维结构示意图。

图2为气动卡盘和旋转机构三维结构示意图。

图3为不带法兰的气动卡盘背面三维结构示意图。

图4为打标执行器三维结构示意图。

图5为视觉识别系统三维机构示意图。

图6为带隔音房的全自动打标机三维结构示意图。

图7为隔音罩三维结构示意图。

图8为工作台背面三维结构示意图。

图9为带法兰的气动卡盘和选旋转机构三维结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种基于视觉识别的全自动法兰打标机，包括气动卡盘1、旋转机构45、直线推送机构2、视觉识别系统5、打标执行器6、回零限位机构、工作台7和控制器8；

所述视觉识别系统5、打标执行器6、直线推送机构2均固定在工作台7上；所述气动卡盘1与旋转机构45相连，用于从法兰的内孔将法兰固定；所述气动卡盘1上设有第一检测单元，用于检测法兰是否安装在气动卡盘1上；当第一检测单元检测卡盘上安装有法兰时，气动卡盘1自动将法兰夹持固定；所述旋转机构45与直线推送机构2相连，用于将气动卡盘1上的法兰旋转一定角度，以避开原有标识位置；所述直线推送机构2直线往复运动，用于将法兰推送至打标位置和推出打标位置；当直线推送机构2进入打标位置时，所述视觉识别系统5检测到法兰并识别法兰上原有标识位置，旋转机构45旋转一定角度，使得打标执行器6避开原有标识位置，所述打标执行器6用于对法兰进行新的标识的打印；所述直线推送机构2上设有回零限位机构，用于打标完成后，气动卡盘1回零复位后对卡盘进行限位；所述直线推送机构2与气动卡盘1之间设有第二检测单元；所述第二检测单元用于检测气动卡盘1是否回零复位，以控制回零限位机构自动将气动卡盘1限位；所述控制器8用于控制气动卡盘1、旋转机构45、直线推送机构2、视觉识别系统5、打标执行器6、回零限位机构的工作。

进一步的，所述直线推送机构2包括直线导轨49、滑块3、驱动单元；所述工作台7上固定有两个平行的导轨49；所述滑块3与导轨49配合，所述驱动单元与滑块3相连，用于驱动滑块3沿导轨49往复直线。

进一步的，所述驱动单元包括驱动电机44、丝杠50；所述驱动电机44固定在工作台7台面下端；所述驱动电机44转轴上设有主动带轮；所述丝杠50两端通过轴承座支撑在工作台7台面上端；所述丝杠50一端设有从动带轮；所述主动带轮与从动带轮之间通过皮带43传动；所述丝杠50的丝母与滑块3相连。

进一步的，所述旋转机构包括旋转电机13、传动轴33、气路滑环23；所述旋转电机固定在工作台7台面下端；所述旋转电机13转轴上设有主动带轮；所述主动带轮通过皮带12与从动带轮21相连；所述从动带轮21与传动轴33固连；所述传动轴33上端穿过直线推送机构2的滑块3与气动卡盘1相连；所述传动轴33与直线推送机构2的滑块3之间设有轴承支撑；所述传动轴33下端设有气路滑环23；所述传动轴33中间设有气动卡盘1气路连接的通孔，气路滑环23用以气动卡盘1在旋转工况下稳定地供气。

进一步的，所述气动卡盘1包括三个双杆气缸18、三个法兰夹持块、三个摆杆30、底座46；所述三个双杆气缸18以旋转机构的传动轴33为中心呈120°布置在底座46上；所述三个法兰夹持块固分别与三个双杆气缸18相连，用于从法兰的内孔固定法兰；所述第一检测单元嵌入夹持块上；所述底座46上设有三个呈120°布置槽口461；所述旋转机构的传动轴33通过轴承连接有旋转支撑座31；所述三个摆杆30一端均通过转轴与旋转支撑座31转动连接，另一端分别通过转轴与三个双杆气缸18相连。三个摆杆30可随三个双杆气缸18的往复运行沿槽口461摆动，保证三个双杆气缸18上方的法兰上夹持块的运动一致性，进而确保法兰在气动卡盘1上夹紧后法兰中心与气动卡盘1中心的对中精度。由于零件加工、气路布局等存在一定的差异，导致供应给双杆气缸18的压缩空气的压力损失不同，因此三个双杆气缸18的运动一致性较差，也就无法保证对中精度。为了克服上述问题，通过机械连接方式同步三个双杆气缸的运动行程。三个双杆气缸18分别通过摆杆30与旋转支撑座(31)连接，实现相同的运动行程。

进一步的，所述法兰夹持块包括上夹持块15、下夹持块14；所述上夹持块15固定在下夹持块14上；所述上夹持块15用于放置夹持内径较小的法兰；夹持块14用于放置夹持内径较大的法兰；所述上夹持块15内侧设有圆弧形凸台51，用于定位内径较小的法兰内孔；所述夹持块15外侧侧端为圆弧结构，用于定位内径较大的法兰内孔，作为下夹持块14定位法兰内孔的定位凸台。所述上夹持块15上嵌有第一磁性开关16、所述下夹持块14上嵌有第二磁性开关17，两个磁性开关作为第一检测单元，用于检测两个夹持块上是否存在法兰。

进一步的，所述回零限位机构包括单杆气缸11、气缸安装座10、定位销9；所述单杆气缸11通过气缸安装座10固定在滑块3上；所述定位销9穿过气缸安装座10与单杆气缸11相连；所述底座46下端设有定位销孔48；所述气缸安装座10与底座46之间设有光电开关作为第二检测单元，用于检测气动卡盘1是否回零复位。当打标完成，旋转机构45带动气动卡盘1旋转，光电开关检测旋转复位后，单杆气缸11带动定位销9插入定位销孔48，实现机械回零位的限位动作。当需要打标时，单杆气缸11带动定位销9收回，实现解锁。

进一步的，所述视觉识别系统5包括支架42、光源40、相机41；所述光源40和相机41均通过支架42固定在工作台7上；当直线推送机构2将法兰推送至打标位置时，旋转机构45带动法兰旋转，所述视觉识别系统5自动对气动卡盘上1的法兰圆周面进行视觉识别，以识别原有标识的位置，即原有标识的起始位置和结束位置并自动反馈给控制器8，获得原有标识位置后，控制器8控制旋转机构45旋转一定角度避开原有标识位置，打标执行器6对法兰进行新的打标。完成打标后，视觉识别系统5对新打标内容进行校核。识别采用相机41获取，光源40可调整光线环境，以获得最佳获取环境。

进一步的，所述打标执行器6包括安装座54、打标针37、竖向滑块36、竖向滑轨35、横向滑块38、横向滑轨39；所述打标针37与竖向滑块36固定，通过竖向滑块36沿竖向滑轨35垂直运动；所述竖向滑轨35与横向滑块38固定，通过横向滑块38沿横向滑轨39水平运行；所述横向滑轨39与安装座54固定；所述安装座54与工作台7固定。两个滑块分别通过直线步进电机驱动；打标机设有操作界面，因为不同法兰的外径、厚度均不同，在实际应用过程中，可调试出第一个法兰的水平滑动值和上下滑动值，其余法兰的调试通过与第一个法兰进行尺寸比较得出偏移值，水平滑动值和上下滑动值对第一个法兰的对应值进行偏移即可，最后在操作界面上输入，打码位置粗定位即可。标执行器6设有气源调压装置4，用于调节打标执行器6入口处压缩空气的压力值，最终实现对法兰打标深度值的调节。所述打标针37通过换向阀与气源调压装置4相连，打标执行器6是利用压缩空气的冲击力和换向阀的高频换向实现打标针37对法兰的打标动作。气源调压装置4是整机设备的压缩空气总入口，压缩空气通过气源调压装置4进入设备内部后，再通过气管分路接头分别给打标针37、三个双杆气缸供气。

进一步的，整个打标机还设有降低打标过程噪音的隔音罩；所隔音罩包括自动移门24、四周封闭上端开放的框架25；所述框架25固定在工作台7上，所述自动移门24设置在框架25上端。当第一检测单元检测法兰上料完成后，自动移门(24)自动关闭，此时法兰在一个密闭的空间内进行打标，当法兰打标完成后，自动移门(24)自动打开。自动移门24通过气缸(29)驱动连杆机构27实现自动打开和关闭，气缸(29)固定框架25内，连杆机构27与自动移门24相连，自动移门24可相对框架25滑动，通过气缸29拉动自动移门24往复移动，实现自动移门24的打开和关闭。

本发明的全自动法兰打标机工作过程如下：

当控制器8接收到打标任务后，自动移门24自动打开，当第一磁性开关16或第二磁性开关17检测存在法兰47时，表示法兰47上料完成，自动移门24自动关闭，开始执行打标作业；气动卡盘1的三个双杆气缸18同步向外运动，通过三个法兰夹持块的同步运动实现法兰47的夹紧动作；直线推送机构2通过滑块3驱动带法兰47的气动卡盘1和旋转机构45进入打标执行器6和视觉识别系统5的工作区域；气动卡盘1驱动法兰47自动旋转，配合视觉识别系统5拍照识别法兰47原有标识55的起始位置和结束位置，并反馈给控制器8；控制器8控制气动卡盘1自动避开原有标识55的圆周区域，自动旋转至新的打标起始位置，控制打标执行器6的打标针37自动运行至打标起始位置；气动卡盘1自动旋转配合打标执行器6同步执行打标动作，并逐步实现所有新标识在法兰47上的打标任务；打标完成后，控制器8控制打标针37自动回零位；直线推送机构2通过滑块3驱动带法兰47的气动卡盘1和旋转机构45离开打标执行器6和视觉识别系统5的工作区域并自动返回至初始位置；气动卡盘1自动回零位，定位销9自动插入定位销孔(48)，实现机械回零位的限位动作；气动卡盘1的三个双杆气缸18同步向内运动，实现三个法兰夹持块的松开动作；自动移门24自动打开，控制器8发送打标完成信号给上位机，上位机控制下料机构或机器人自动抓取法兰47，当第一磁性开关16或第二磁性开关17检测不存在法兰47时，表示法兰47下料完成，自动移门24自动关闭；打标任务完成，等待下一个打标任务。