一种铝型材自动堆垛系统的制作方法

本实用新型涉及铝型材堆垛包装技术领域，尤其涉及一种铝型材自动堆垛系统。

背景技术：

近几年来，随着我国国民经济的持续健康增长，作为现代经济和高新技术发展支柱性原材料的铝型材需求旺盛。我国铝工业特别是铝加工业和我国整个有色金属工业一样，一直保持着持续快速发展态势。我国铝工业和有色金属工业整体实力不断提高，在国际市场的影响力和竞争力日益显现。但是为了降低市场风险，进一步提升企业的综合竞争力，扩展自己的生存空间，就需要在设备和技术两个方面进行全面的提高。

目前我国铝型材在包装过程中的堆垛方式完全依靠人工堆垛，还没有实现自动化堆垛，这种古老、原始的堆垛方式一直持续到现在。其中人工堆垛的主体是工人，堆垛的大部分工作或者全部工作都是以工人本身为主体，工人的劳动强度非常大，即使在社会高速发展和科技不断进步的今天，仍旧有许多铝型材生产企业依旧采用这种堆垛方式，这种堆垛的方式的缺点在于：

(1)工人的劳动强度大而且在堆垛过程中不安全；

(2)堆垛过程中铝型材容易损伤，例如：表面刮花、擦伤、堆垛不整齐、坍塌等；

(3)这种堆垛的生产节拍受工人影响，致使工作效率低，码垛的整齐性主受工人情绪的干扰有可能坍塌，从而造成人身安全隐患。

(4)码垛的速度很容易受工人的体力和疲劳因素的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动化程度高的铝型材自动堆垛系统。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种铝型材自动堆垛系统，该堆垛系统主要用于铝型材生产线上，对各种截面形状的铝型材统一进行自动识别和包装，减少人工操作步骤，提高自动化水平，从而提高铝型材生产的效率。该堆垛系统主要包括用于运输铝型材的输送带、获取铝型材横截面图像的工业照相机、处理图像数据的图像处理器、水平铺置的第一导轨、用于抓取工件的堆垛机械手、运输工件的龙门架、以及用于驱动龙门架在第一导轨上滑行的第一驱动电机。

具体的，所述工业照相机安装在输送带的一侧，并垂直于铝型材的横截面，所述图像处理器与工业照相机连接，用于接收并处理工业照相机反馈的横截面图像数据。当铝型材从输送带上经过时，工业照相机对其横截面进行拍照扫描，并将获得的图像数据发送到图像处理器。所述第一导轨设置在输送带的末端，所述龙门架安装在第一导轨上，所述第一驱动电机与龙门架传动连接，驱动龙门架在第一导轨上往复运动。所述堆垛机械手安装在龙门架上，根据图像处理器的结果执行堆垛操作。当铝型材到达输送带末端时，堆垛机械手向下运动将铝型材抓起并运送至包装工位上进行堆垛和包装。

具体的，所述堆垛机械手主要包括用于固定机械臂的吊爪、第一伺服电机、第一机械臂、第二伺服电机、第二机械臂、第三伺服电机、卡盘、第四伺服电机和内撑。所述第二导轨设置在龙门架的横梁上，垂直于龙门架的前进方向，所述吊爪安装在第二导轨上，所述第二驱动电机与吊爪传动连接，驱动吊爪在第二导轨上往复运动。所述第一机械臂的一端安装在吊爪上并以此为第一转动支点，所述第一伺服电机与第一机械臂传动连接，驱动第一机械臂的另一端绕第一转动支点摆动。所述第二机械臂的一端安装在第一机械臂的另一端上并以此为第二转动支点，所述第二伺服电机与第二机械臂传动连接，驱动第二机械臂绕第二转动支点摆动。所述卡盘安装在第二机械臂的另一端上，所述第三伺服电机与卡盘传动连接，驱动卡盘转动，从而达到调整工件摆放角度的目的。所述内撑安装在卡盘上，所述第四伺服电机与内撑传动连接，驱动内撑向内运动卡紧工件或向外运动释放工件。

作为本实用新型的优选方案，为了节省设备生产成本及简化控制流程，本实用新型所提供的堆垛机械手至少设置为两组，分别位于工件的左右两侧。

作为本实用新型的优选方案，为了提高设备部件的通用性及夹持效果，所述卡盘设为三指卡盘。

作为本实用新型的优选方案，为了提高设备部件的通用性及夹持效果，所述内撑设为三指内撑。

作为本实用新型的优选方案，所述第四伺服电机可以替换成气缸或液压缸来驱动内撑的收紧或释放运动，其中气缸的数量设为一个或若干个，当内撑设为三指，气缸设为三个时，每个气缸对应控制一指内撑，三个气缸同时驱动三指内撑夹持或释放工件，工件夹持牢固，不容易掉落，从而获得理想的夹持效果。

一种铝型材自动堆垛系统的控制方法，该方法原理简单、操作便捷，主要包括如下步骤：

步骤S1:加工好的铝型材进入输送带，输送带将工件向前输送，位于一旁的工业照相机捕捉从输送带经过的工件，从而获得工件的截面图像，并将图像数据传送给图像处理器。

步骤S2:龙门架在第一驱动电机的控制下到达输送带的末端，等待对应工件。

步骤S3:位于龙门架上的堆垛机械手启动，将输送线上的工件抓起，其抓取过程如下：

步骤S31:第一伺服电机和第二伺服电机启动，控制第一机械臂和第二机械臂向下摆动，使左右两侧的卡盘向下运动。

步骤S32:第三伺服电机启动，驱动卡盘转动，调整内撑的位置，使内撑与工件的夹持位置对准。

步骤S33:第四伺服电机启动，驱动内撑箱内收紧，将工件夹紧。

步骤S34:第一伺服电机和第二伺服电机驱动第一机械臂和第二机械臂复位，将工件提起。

步骤S4:工件抓取后，第一驱动电机控制龙门架来到下一工位(堆垛包装工位)的夹具上。

步骤S5:图像处理器根据获得工件截面的图像数据，利用尺度不变特征变换的算法计算出铝型材的横截面(工业照相机获取的实际图像)与设定图像(人工设定的包装方式或铝型材的堆垛方式)的角度差异，得出当前铝型材需要旋转的角度，并根据处理结果去控制第三伺服电机转动，从而调整工件的摆放角度，使工件的位置与设定的摆放方式相同。

步骤S6:工件的旋转角度调整后，左侧堆垛机械手和右侧机械手同时启动，通过第二驱动电机驱动吊爪在第二导轨上向左移动一端距离，此时工件也向左平移了一段距离，左侧机械手位于堆垛包装夹具之外(避免当左侧机械手向下运动时，卡盘和内撑与堆垛包装的夹具发生碰撞)，左侧机械手向下运动并释放工件。

步骤S7:位于右侧的堆垛机械手将工件向右拖出一段距离后(避免当右侧机械手向下运动时，卡盘和内撑与堆垛包装的夹具发生碰撞)，向下运动并放下工件。

步骤S8:此时工件的右端凸出在夹具的外面，右侧堆垛机械手将工件向左推，使工件复位并释放工件，完成一个工件的堆垛。

本实用新型的工作过程和原理是：本实用新型所提供的工业照相机对位于输送带上的工件截面进行捕捉，获取截面图像数据并发送给图像处理器；图像处理器根据获得的图像数据，并利用尺度不变特征变换算法计算出当前工件需要旋转的角度；堆垛机械手根据图像处理器计算的结果来控制卡盘的转动，使工件旋转到设定的摆放角度；为了避免堆垛机械手与包装夹具发生碰撞，第二驱动电机控制吊爪想左移动一段距离，使左侧机械手凸出在包装夹具之外，左侧机械手向下运动并释放工件；右侧机械手启动并向右侧将工件拖动一段距离，使右侧机械手凸出在包装夹具之外，右侧机械手向下运动并放下工件；当工件完全放下后，右侧机械手向左推工件，使工件复位，至此完成单个工件的堆垛操作。本实用新型具有结构和控制原理简单、实施方便、人工干预少、自动化程度高的优点。

与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点：

(1)本实用新型所提供的铝型材自动堆垛系统的结构简单、制造成本低，与传统的人工方式相比，其处理时间短、效率高、工人的劳动强度小。

(2)本实用新型所提供的自动堆垛系统的控制方法原理简单、实施便捷、控制逻辑清晰、系统运行可靠。

(3)本实用新型所提供的自动堆垛系统可以有效减少人工的参与，显著提高铝型材堆垛的自动化水平和效率，减少出错概率，获得更好的包装效果。

(4)本实用新型所提供的自动堆垛系统由于省却了人工堆垛的环节，不仅节省了人工成本，还避免了安全事故的发生，保障了工人的人身安全。

附图说明

图1是本实用新型所提供的铝型材自动堆垛系统的结构示意图。

图2是本实用新型所提供的堆垛机械手的结构示意图。

图3是本实用新型所提供的三指内撑的结构示意图。

图4是本实用新型所提供的堆垛方式一的示意图。

图5是本实用新型所提供的堆垛方式二的示意图。

图6是本实用新型所提供的堆垛方式三的示意图。

图7是本实用新型所提供的堆垛方式四的示意图。

图8是本实用新型所提供的堆垛方式五的示意图。

图9是本实用新型所提供的自动堆垛流程示意图。

图10是本实用新型所提供的自动堆垛系统控制方法的流程图。

图11是本实用新型所提供的尺度不变特征变换算法的流程图。

上述附图中的标号说明：

1-贴膜机，2-输送带，3-工业照相机，4-堆垛机械手，41-吊爪，42-第一机械臂，43-第二机械臂，44-卡盘，45-内撑，5-堆垛夹棉，6-夹具。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实用新型公开了一种铝型材自动堆垛系统，该堆垛系统主要用于铝型材生产线上，对各种截面形状的铝型材统一进行自动识别和包装(如图4、图5、图6、图7和图8所示)，减少人工操作步骤，提高自动化水平，从而提高铝型材生产的效率。该堆垛系统主要包括用于运输铝型材的输送带2、获取铝型材横截面图像的工业照相机3、处理图像数据的图像处理器、水平铺置的第一导轨、用于抓取工件的堆垛机械手4、运输工件的龙门架、以及用于驱动龙门架在第一导轨上滑行的第一驱动电机。

具体的，所述工业照相机3安装在输送带2的一侧，并垂直于铝型材的横截面，所述图像处理器与工业照相机3连接，用于接收并处理工业照相机3反馈的横截面图像数据。当铝型材从输送带2上经过时，工业照相机3对其横截面进行拍照扫描，并将获得的图像数据发送到图像处理器。所述第一导轨设置在输送带2的末端，所述龙门架安装在第一导轨上，所述第一驱动电机与龙门架传动连接，驱动龙门架在第一导轨上往复运动。所述堆垛机械手4安装在龙门架上，根据图像处理器的结果执行堆垛操作。当铝型材到达输送带2末端时，堆垛机械手4向下运动将铝型材抓起并运送至包装工位上进行堆垛和包装。

具体的，所述堆垛机械手4主要包括用于固定机械臂的吊爪41、第一伺服电机、第一机械臂42、第二伺服电机、第二机械臂43、第三伺服电机、卡盘44、第四伺服电机和内撑45。所述第二导轨设置在龙门架的横梁上，垂直于龙门架的前进方向，所述吊爪41安装在第二导轨上，所述第二驱动电机与吊爪41传动连接，驱动吊爪41在第二导轨上往复运动。所述第一机械臂42的一端安装在吊爪41上并以此为第一转动支点，所述第一伺服电机与第一机械臂42传动连接，驱动第一机械臂42的另一端绕第一转动支点摆动。所述第二机械臂43的一端安装在第一机械臂42的另一端上并以此为第二转动支点，所述第二伺服电机与第二机械臂43传动连接，驱动第二机械臂43绕第二转动支点摆动。所述卡盘44安装在第二机械臂43的另一端上，所述第三伺服电机与卡盘44传动连接，驱动卡盘44转动，从而达到调整工件摆放角度的目的。所述内撑45安装在卡盘44上，所述第四伺服电机与内撑45传动连接，驱动内撑45向内运动卡紧工件或向外运动释放工件。

作为本实用新型的优选方案，为了节省设备生产成本及简化控制流程，本实用新型所提供的堆垛机械手4至少设置为两组，分别位于工件的左右两侧。

作为本实用新型的优选方案，为了提高设备部件的通用性及夹持效果，所述卡盘44设为三指卡盘44。

作为本实用新型的优选方案，为了提高设备部件的通用性及夹持效果，所述内撑45设为三指内撑45。

作为本实用新型的优选方案，所述第四伺服电机可以替换成气缸或液压缸来驱动内撑45的收紧或释放运动，其中气缸的数量设为一个或若干个，当内撑45设为三指，气缸设为三个时，每个气缸对应控制一指内撑45，三个气缸同时驱动三指内撑45夹持或释放工件，工件夹持牢固，不容易掉落，从而获得理想的夹持效果。

结合图9、图10和图11所示，本实用新型还公开了一种铝型材自动堆垛系统的控制方法，该方法原理简单、实施便捷，主要包括如下步骤：

步骤S1:加工好的铝型材进入输送带2，输送带2将工件向前输送，位于一旁的工业照相机3捕捉从输送带2经过的工件，从而获得工件的截面图像，并将图像数据传送给图像处理器。

步骤S2:龙门架在第一驱动电机的控制下到达输送带2的末端，等待对应工件。

步骤S3:位于龙门架上的堆垛机械手4启动，将输送线上的工件抓起，其抓取过程如下：

步骤S31:第一伺服电机和第二伺服电机启动，控制第一机械臂42和第二机械臂43向下摆动，使左右两侧的卡盘44向下运动。

步骤S32:第三伺服电机启动，驱动卡盘44转动，调整内撑45的位置，使内撑45与工件的夹持位置对准。

步骤S33:第四伺服电机启动，驱动内撑45箱内收紧，将工件夹紧。

步骤S34:第一伺服电机和第二伺服电机驱动第一机械臂42和第二机械臂43复位，将工件提起。

步骤S4:工件抓取后，第一驱动电机控制龙门架来到下一工位(堆垛包装工位)的堆垛夹棉5和夹具6上。

步骤S5:图像处理器根据获得工件截面的图像数据，利用尺度不变特征变换的算法计算出铝型材的横截面(工业照相机3获取的实际图像)与设定图像(人工设定的包装方式或铝型材的堆垛方式)的角度差异，得出当前铝型材需要旋转的角度，并根据处理结果去控制第三伺服电机转动，从而调整工件的摆放角度，使工件的位置与设定的摆放方式相同。

步骤S6:工件的旋转角度调整后，左侧堆垛机械手4和右侧机械手同时启动，通过第二驱动电机驱动吊爪41在第二导轨上向左移动一端距离，此时工件也向左平移了一段距离，左侧机械手位于堆垛包装夹具6之外(避免当左侧机械手向下运动时，卡盘44和内撑45与堆垛包装的夹具6发生碰撞)，左侧机械手向下运动并释放工件。

步骤S7:位于右侧的堆垛机械手4将工件向右拖出一段距离后(避免当右侧机械手向下运动时，卡盘44和内撑45与堆垛包装的夹具6发生碰撞)，向下运动并放下工件。

步骤S8:此时工件的右端凸出在夹具6的外面，右侧堆垛机械手4将工件向左推，使工件复位并释放工件，完成一个工件的堆垛。

其中，尺度不变特征变换算法为现有的算法，其计算过程如下：

第一步：计算第一幅图像的SIFT特征，同时提取特征点主方向角度值；

第二步：计算第二幅图像的SIFT特征，同时提取特征点主方向角度值；

第三步：进行SIFT特征点匹配；

第四步：计算相互匹配的SIFT特征点的旋转角度；

第五步：使用迭代自组织聚类算法分析特征点的旋转角度数据；

第六步：选取正确的样本类；

第七步：以选取样本类的均值作为物体最终的旋转角度。

本实用新型的工作过程和原理是：贴膜机1对生产出来的铝型材进行贴膜，本实用新型所提供的工业照相机3对位于输送带2上的工件截面进行捕捉，获取截面图像数据并发送给图像处理器；图像处理器根据获得的图像数据，并利用尺度不变特征变换算法计算出当前工件需要旋转的角度；堆垛机械手4根据图像处理器计算的结果来控制卡盘44的转动，使工件旋转到设定的摆放角度；为了避免堆垛机械手4与包装夹具6发生碰撞，第二驱动电机控制吊爪41想左移动一段距离，使左侧机械手凸出在包装夹具6之外，左侧机械手向下运动并释放工件；右侧机械手启动并向右侧将工件拖动一段距离，使右侧机械手凸出在包装夹具6之外，右侧机械手向下运动并放下工件；当工件完全放下后，右侧机械手向左推工件，使工件复位，至此完成单个工件的堆垛操作。本实用新型具有结构和控制原理简单、实施方便、人工干预少、自动化程度高的优点。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。