基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统的制作方法

本发明涉及金属切割设备技术领域，特别是基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统。

技术背景

目前钢铁厂使用的智能化无人值守切割系统，其主要设备是大型砂轮锯，此套切割系统中所使用的大型砂轮（单片50kg，直径1250mm）属于易耗件，由于使用频率高易产生大量损耗。在传统的砂轮更换中，采用纯手工方式，由于砂轮重量、直径大，更换效率低，人工成本高，要拆卸或安装砂轮首先需要松紧固定螺母，作为大型的砂轮所以使用的固定螺母也很大，人工锁紧或松开的时候非常费力，并且。按照现场砂轮损耗计算，每2个小时左右更换一次，尤其是本系统设备工作环境恶劣（高温、粉尘），使得工人安全得不到保障。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统，实现砂轮自动拆装。

本发明实施例中采用以下方案实现：提供基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统，包括机械臂和用于定位砂轮位置的机器视觉定位模块，其特征在于：还包括用于拆装固定砂轮的固定螺母和固定法兰的砂轮螺母法兰拆装模块、用于松紧砂轮固定螺母的砂轮固定螺母松紧模块、用于移动所述砂轮螺母法兰拆装模块和所述砂轮固定螺母松紧模块螺母法兰拆装移动模块和用于拆装砂轮的砂轮拆装机械手；所述螺母法兰拆装移动模块包括水平移动机构和竖直提升机构，所述竖直提升机构的竖直提升框架安装在所述水平移动机构的位移面板上，所述砂轮固定螺母松紧模块和所述螺母法兰拆装模块安装在所述竖直提升机构的安装板上；所述砂轮拆装机械手包括上圆盘和下圆盘，所述上圆盘与所述下圆盘之间连接有用于保护砂轮免于压坏的缓冲机构，所述下圆盘安装有多套砂轮吸附机构和所述机器视觉定位模块，所述下圆盘的下表面还设置有用于判断所述砂轮拆装机械手是否吸取砂轮的触点开关；所述上圆盘的中心设置有机械臂连接凸部与所述机械臂连接；所述机械臂安装在所述螺母法兰拆装移动模块的前方。

本发明一实施例中，每套所述砂轮吸附机构均包括吸盘、空气过滤器、气压检测器、真空发生器，所述吸盘连接所述空气过滤器，所述空气过滤器连接所述真空发生器，所述真空发生器连接所述气压检测器；所述下圆盘下表面上以下圆盘圆心为中心环形设置6个所述吸盘；所述空气过滤器、所述气压检测器、所述真空发生器均安装在所述下圆盘的上表面上；所述缓冲机构包括导向轴、轴套、缓冲弹簧、限位顶盖，所述轴套环绕安装在所述上圆盘，所述轴套内套设所述导向轴，所述缓冲弹簧套设在所述导向轴上，所述导向轴的下端固定在所述下圆盘，所述导向轴的上端设置有第一凸环，所述轴套内壁设置有第二凸环，所述限位顶盖固定在所述轴套的顶部。

本发明一实施例中，所述水平移动机构包括支撑面板、导轨、所述位移面板、齿条、安装底座，所述安装底座上安装所述支撑面板，所述安装底座的前后两侧面上分别安装所述导轨，所述安装底座的前侧面上位于所述导轨的下方安装所述齿条，所述位移面板上的前侧安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴连接有齿轮，所述齿轮与所述齿条配合，所述位移面板与所述导轨之间连接有位移滑块；所述竖直提升机构安装在所述位移面板上，所述竖直提升机构包括所述竖直提升框架，所述竖直提升框架右侧面相邻两条竖直侧边上设置有滑轨，所述滑轨上安装有安装板，所述滑轨之间设置有丝杠，所述安装板的背面设置有丝杠螺母，所述丝杠和所述丝杠螺母相配合，所述安装板的面板的背面两侧设置有限位滑块，所述限位滑块与所述滑轨配合，所述丝杠由第二驱动电机驱动；

本发明一实施例中，所述砂轮固定螺母松紧模块包括所述安装框，所述安装框的左侧和右侧设置有所述安装面板，所述安装面板的中部均开设有所述中心圆孔，所述安装面板上环绕所述中心圆孔安装有导向套，所述导向套内安装有导向轴，所述导向轴依次穿过左侧和右侧安装面板上的导向套，所述导向轴的尾部安装有第一圆盘，所述导向轴的前端安装所述第二圆盘，所述安装框内安装有气动扳手，所述气动扳手外壳的尾部与所述第一圆盘之间连接有支撑柱，所述气动扳手外壳的前端与所述第二圆盘同样连接有所述支撑柱，所述气动扳手头部安装风炮套筒，所述第二圆盘中部开设有第二圆孔，所述风炮套筒穿过所述第二圆孔与所述气动扳手主轴连接；所述中心圆孔的直径大于所述气动扳手的外径，所述气动扳手可穿过所述中心圆孔；所述安装框内安装有第一伸缩气缸，所述第一伸缩气缸的推杆穿过所述安装框右侧的安装面板固定在所述第一圆盘；

本发明一实施例中，所述砂轮固定螺母松紧模块上的所述安装框左侧的所述安装面板上开设有位移传感器安装孔，所述位移传感器穿过所述安装孔分别连接所述第二圆盘和所述安装框右侧的所述安装面板；每块所述安装面板上均安装有六个所述导向套，两块所述安装面板上的导向套安装位置相同，所述导向套内均安装有所述导向轴，所述气动扳手尾部的支撑柱设置有四根，所述气动扳手头部的支撑柱也设置有四根；所述第一圆盘的中部开设有圆孔，所述安装框的下侧安装有固定面板。

本发明一实施例中，所述砂轮螺母法兰拆装模块与所述砂轮固定螺母松紧模块相比除在所述第二圆盘上设置有砂轮固定法兰取出机构，所述砂轮固定法兰取出机构包括第三圆盘，所述第三圆盘与所述第二圆盘之间连接有支撑杆，所述第三圆盘的中部开设有第三圆孔，所述第三圆孔侧边上环绕设置有凸部，所述凸部的外圈上设置有多个第二伸缩气缸，所述气动扳手外壳的尾部与所述第一圆盘之间没有连接所述支撑柱，所述风炮套筒为永磁体；其余均与所述砂轮固定螺母松紧模块相同。

本发明一实施例中，所述螺母法兰拆装移动模块的所述位移面板的前端和后端设置有限位槽，所述支撑面板的前后两侧位于所述限位槽内；所述安装底座的左侧设置有控制箱；所述安装底座下设置有3个支撑架，所述安装底座前侧面的底部设置有拖链安装架，所述拖链安装架上设置有拖链；所述竖直提升框架前侧面的左部也安装有所述拖链安装架，并且在其上同样设置有拖链；所述第二驱动电机安装在所述竖直提升框的上部，所述丝杠和所述第二驱动电机的传动部位于所述丝杠的顶部，所述滑轨的横截面为t形。

本发明的有益效果：本发明提供基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统，快速拆装固定螺母、固定法兰、砂轮，提高了砂轮更换的效率，降低了工作人员暴露在高温、高尘环境中的时间，保证了工作人员的安全；减少了手工操作的环节，降低了人工成本、提高了生产效率。

附图说明

图1是基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统的结构示意图。

图2是基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统的局部放大示意图。

图3是砂轮拆装机械手的结构示意图。

图4是砂轮拆装机械手的仰视图。

图5是砂轮拆装机械手缓冲机构的轴套、导向轴、缓冲弹簧和限位顶盖的连接关系示意图。

图6是螺母法兰拆装移动模块安装螺母法兰拆装模块、砂轮固定螺母松紧模块的结构示意图。

图7是螺母法兰拆装移动模块的结构示意图。

图8是螺母法兰拆装移动模块的局部放大示意图。

图9是螺母法兰拆装移动模块的竖直提升机构安装砂轮螺母法兰拆装模块、砂轮固定螺母松紧模块的示意图。

图10是螺母法兰拆装移动模块的竖直提升机构的结构示意图。

图11是螺母法兰拆装移动模块的竖直提升机构安装板安装砂轮螺母法兰拆装模块、砂轮固定螺母松紧模块示意图。

图12是砂轮固定螺母松紧模块的结构示意图。

图13是砂轮固定螺母松紧模块的另一视图。

图14是砂轮固定螺母松紧模块的气动扳手的连接示意图。

图15是砂轮螺母法兰拆装模块的结构示意图。

图16是砂轮螺母法兰拆装模块的结构示意图的另一视图。

图17是砂轮螺母法兰拆装模块的气动扳手的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1至图17，本发明提供基于机器视觉全自动砂轮在线更换系统，包括机械臂和用于定位砂轮位置的机器视觉定位模块44，还包括用于拆装固定砂轮的固定螺母和固定法兰的砂轮螺母法兰拆装模块、用于松紧砂轮固定螺母的砂轮固定螺母松紧模块、用于移动所述砂轮螺母法兰拆装模块和所述砂轮固定螺母松紧模块螺母法兰拆装移动模块和用于拆装砂轮的砂轮拆装机械手；所述螺母法兰拆装移动模块包括水平移动机构和竖直提升机构，所述竖直提升机构的竖直提升框架安装在所述水平移动机构的位移面板17上，所述砂轮固定螺母松紧模块和所述螺母法兰拆装模块安装在所述竖直提升机构的安装板34上；所述砂轮拆装机械手包括上圆盘37和下圆盘38，所述上圆盘37与所述下圆盘38之间连接有用于保护砂轮免于压坏的缓冲机构39，起减震缓冲的作用，避免压坏砂轮46，所述下圆盘38安装有多套砂轮吸附机构40和所述机器视觉定位模块44，用于确定砂轮的中心位置，便于准确吸取砂轮，所述下圆盘38的下表面还设置有用于判断所述砂轮拆装机械手是否吸取砂轮的触点开关43；需要说明的是机器视觉定位模块44采用现有技术所以这里不做详细说明，采用的型号为：基恩士机械手视觉系统cv-x400；所述上圆盘37的中心设置有机械臂连接凸部42与所述机械臂41连接；所述机械臂41安装在所述螺母法兰拆装移动模块的前方，用于砂轮的拆装。

请继续参见图1至图5，本发明一实施例中，每套所述砂轮吸附机构40均包括吸盘401、空气过滤器402、气压检测器403、真空发生器404，所述吸盘401连接所述空气过滤器402，所述空气过滤器402连接所述真空发生器404，所述真空发生器404连接所述气压检测器403，均通过气管连接；所述下圆盘38下表面上以下圆盘38圆心为中心环形设置6个所述吸盘401；所述空气过滤器402、所述气压检测器403、所述真空发生器404均安装在所述下圆盘38的上表面上；所述缓冲机构39包括导向轴391、轴套392、缓冲弹簧393、限位顶盖394，所述轴套392环绕安装在所述上圆盘37，所述轴套392内套设所述导向轴391，所述缓冲弹簧393套设在所述导向轴391上，所述导向轴391的下端固定在所述下圆盘38，所述导向轴391的上端设置有第一凸环，所述轴套392内壁设置有第二凸环，所述限位顶盖394固定在所述轴套392的顶部，起到限位的作用，使导向轴391在限定的范围内运动。

请继续参见图1、图6至图11本发明一实施例中，所述水平移动机构包括支撑面板16、导轨22、位移面板17、齿条21、安装底座20，所述安装底座20上安装所述支撑面板16，所述安装底座20的前后两侧面上分别安装所述导轨22，所述安装底座20的前侧面上位于所述导轨22的下方安装所述齿条21，所述位移面板17上的前侧安装有第一驱动电机18，所述第一驱动电机18的输出轴连接有齿轮，所述齿轮与所述齿条21配合，所述位移面板17与所述导轨22之间连接有位移滑块24；用于实现水平方向的移动；所述竖直提升机构安装在所述位移面板17上，所述竖直提升机构包括竖直提升框架19，所述竖直提升框架19右侧面相邻两条竖直侧边上设置有滑轨30，所述滑轨30上安装有安装板34，所述滑轨30之间设置有丝杠29，所述安装板34的背面设置有丝杠螺母35，所述丝杠29和所述丝杠螺母35相配合，所述安装板34的面板的背面两侧设置有限位滑块33，所述限位滑块33与所述滑轨30配合，所述丝杠29由第二驱动电机28驱动，用于实现竖直方向的运动。

请继续参见12至14，本发明一实施例中，所述砂轮固定螺母松紧模块包括安装框1，所述安装框1的左侧和右侧设置有安装面板101，所述安装面板101的中部均开设有中心圆孔，所述安装面板101上环绕所述中心圆孔均匀安装有导向套8，所述导向套8内安装有导向轴5，所述导向轴5依次穿过左侧和右侧安装面板101上的导向套8，所述导向轴5的尾部安装有第一圆盘2，所述导向轴5的前端安装所述第二圆盘3，所述安装框1内安装有气动扳手10，所述气动扳手10外壳的尾部与所述第一圆盘2之间连接有支撑柱6，所述气动扳手10外壳的前端与所述第二圆盘3同样连接有所述支撑柱6，所述气动扳手10头部安装风炮套筒11，所述第二圆盘3中部开设有第二圆孔，所述风炮套筒11穿过所述第二圆孔与所述气动扳手10主轴连接；所述中心圆孔的直径大于所述气动扳手10的外径，所述气动扳手10可穿过所述中心圆孔；所述安装框1内安装有第一伸缩气缸4，所述第一伸缩气缸4的推杆穿过所述安装框1右侧的安装面板101固定在所述第一圆盘2；

请继续参见图12至图14，本发明一实施例中，所述砂轮固定螺母松紧模块上的所述安装框1左侧的所述安装面板101上开设有位移传感器安装孔，所述位移传感器9穿过所述位移传感器安装孔分别连接所述第二圆盘3和所述安装框1右侧的所述安装面板101，用于测量气动扳手的位移距离，以确定气动扳手上套筒是否套入螺母；每块所述安装面板101上均安装有六个所述导向套8，两块所述安装面板101上的导向套8安装位置相同，所述导向套8内均安装有所述导向轴5，所述气动扳手10头部的支撑柱6设置有四根，所述气动扳手10尾部的支撑柱6也设置有四根，松紧螺母时需要较大的扭力，令受力均匀；所述第一圆盘2的中部开设有圆孔，为气管和所述气动扳手的连接提供连接通道，所述安装框1的下侧安装有固定面板7，将所述砂轮固定螺母松紧模块安装在安装板34上。

请继续参见图12至图17，本发明一实施例中，所述砂轮螺母法兰拆装模块与所述砂轮固定螺母松紧模块除了在所述第二圆盘3上设置有砂轮固定法兰取出机构，所述砂轮固定法兰取出机构包括第三圆盘13，所述第三圆盘13与所述第二圆盘3之间连接有支撑杆12，所述第三圆盘13的中部开设有第三圆孔，所述第三圆孔侧边上环绕设置有凸部15，所述凸部15的外圈上设置有多个第二伸缩气缸14；所述气动扳手10外壳的尾部与所述第一圆盘2之间没有连接所述支撑柱，受力较小，去除不必要的结构，减轻重量，所述风炮套筒11为永磁体；其余均与所述砂轮固定螺母松紧模块相同。

请继续参见图1、图6至图11，本发明一实施例中，所述位移面板17的前端和后端设置有限位槽24，所述支撑面板16的前后两侧位于所述限位槽24内，防止跑偏起限位的作用；所述安装底座20的左侧设置有控制箱32，用于控制供电和控制所述螺母法兰拆装移动模块的运动；所述安装底座20下设置有3个支撑架31，所述安装底座20前侧面的底部设置有拖链安装架25，所述拖链安装架25上设置有拖链26；所述竖直提升框架19前侧面的左部也安装有所述拖链安装架25，并且在其上同样设置有拖链26，用于安装相关线缆，防止线缆缠绕导致所述螺母法兰拆装移动模块故障停机，导致砂轮无法更换；所述第二驱动电机28安装在所述竖直提升框的上部，所述丝杠29和所述第二驱动电机28的传动部位于所述丝杠29的顶部，不影响安装板34上下移动，也可起到起到限位的作用，所述滑轨30的横截面为t形，所述竖直提升机构上两根所述滑轨30的t字形尖部均朝向外侧，由于限位滑块33的内凹部均卡入所述t形的尖部，实现导向的作用也可起到防脱轨的作用。

需要说明的是固定螺母和垫片是固定在一起的，并且砂轮固定法兰的结构经过改装，在所述砂轮固定法兰上环绕所述砂轮固定法兰的中心设置有凸部，在所述凸部的外圆周面上环绕开设有凹槽，所述第二伸缩气缸伸入凹槽内，气动扳手上的风炮套筒吸住固定螺母并转动，然后第一伸缩气缸推杆缩回向后带动气动扳手向后运动从而将固定螺母和砂轮固定法兰拆下。

请继续参见图1，本发明一实施例中，所述安装板上位于所述砂轮固定螺母松紧装置和所述砂轮固定螺母拆卸装置的上方设置有防尘板36。

本发明具有以下工作方式；

拆卸砂轮时：螺母法兰拆装移动模块将砂轮固定螺母松紧模块移动到砂轮固定螺母的位置。所述砂轮固定螺母松紧模块的第一伸缩气缸工作，令气动扳手上的风炮套筒套入固定螺母上。所述砂轮固定螺母松紧模块上的启动扳手工作，将砂轮固定螺母松开。所述砂轮固定螺母松紧模块上的第一伸缩气缸工作，令所述启动扳手向后退，令风炮套筒不再套在固定螺母上，所述螺母法兰拆装移动模块工作令所述砂轮螺母法兰拆装模块移动到砂轮固定螺母的位置。所述砂轮螺母法兰拆装模块上的第一伸缩气缸工作，令所述固定螺母拆卸装置上的风炮套筒套入所述固定螺母，令所述砂轮螺母法兰拆装模块上的砂轮固定法兰取出机构对准砂轮固定法兰的凹部，所有第二伸缩气缸同时工作卡入凹槽内。所述砂轮固定螺母拆卸装置的第一伸缩气缸工作，令所述固定螺母拆卸装置的气动扳手向后运动，同时气动扳手转动，将固定螺母旋出和固定片取出；螺母法兰拆装移动模块移回制定位置。机械臂带动砂轮拆装机械手移动到砂轮的安装位置，机器视觉定位模块用于起到定位的作用，起到为机械臂调整位置起到参照的作用，令机械臂将砂轮拆装机械手移动能准确吸取砂轮的位置。砂轮拆装机械手上的砂轮吸附模块真空发生器工作造成吸盘内外压力差吸住砂轮。机械臂将砂轮从安装位置取出，运到放置废弃砂轮的存放位置，砂轮吸附模块的真空发生器工作，令吸盘的内外压力差相同，砂轮落入废弃砂轮的存放位置46。

安装砂轮时：

机械臂运动到新砂轮存放位置47的上方砂轮拆装机械手吸取新砂轮，机械臂将砂轮移动到安装位置45上，砂轮拆装机械手放下砂轮，并移动到不影响后续步骤位置。螺母法兰拆装移动模块将其上的砂轮螺母法兰拆装模块移动到安装固定螺母和固定法兰的位置，砂轮螺母法兰拆装模块将固定法兰推入安装轴中，同时旋入固定螺母。砂轮螺母法兰拆装模块后退，螺母法兰拆装移动模块将其上的固定螺母松紧模块移动到固定螺母安装的位置，然后套入固定螺母将其旋紧。固定螺母松紧模块后退，砂轮螺母法兰拆装移动模块移动到不影响切割的位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能理解为对本申请的限制，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。