基于视觉的板材龙门分拣装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于视觉的板材龙门分拣装置，属于板材加工设备技术领域。


背景技术：

2.在木工行业、家具行业中，现在广泛使用的是机器人对板材分拣码垛。申请公布号是cn113649293a的中国发明专利申请公开了一种可提高板材利用率的分拣装置，该分拣装置包括板材下料模块、机器人分拣装置、异形板件分拣模块和规格板件分拣模块；板材下料模块在使用状态下位于板材加工模块板材输出的一端，用于接收板材加工模块加工后的板材，机器人分拣装置用于将板材下料模块上的异形板件和规格板件分别放置于异形板件分拣模块和规格板件分拣模块上，规格板件分拣模块用于将规格板件输送至指定位置，异形板件分拣模块用于收集异形板件。
3.上述分拣装置受限于机器人分拣板材本身所具有的局限性，其存在如下的缺陷：首先是在码垛过程中一直会出现大小板材码垛层次不齐、悬空等异常工况；其次是机器人的臂展空间有限，无法实现多个作业单元同时跨区域分拣；第三是在分拣前的板材输送过程中板材产生错位，导致机器人无法准确定位到板材的中心位置，与预定抓取位置存在误差，增加分拣难度，因此，在需要人为干预的情况下的机器人码垛效率大大降低，增加不必要的安全风险。上述缺陷普遍存在于机器人分拣板材中，如授权公告号是cn210497289u的中国实用新型专利也存在同样的缺陷。
4.为了板材分拣中板材的定位，授权公告号是cn209322037u的中国实用新型专利公开了一种自动化机器人自动分拣生产线，该自动分拣生产线设置有视觉检测装置和第二视觉检测装置，其视觉检测装置和第二视觉检测装置位置是固定的，不能对其位置进行水平及竖直方向上的调整，不可根据实际需要对视觉检测装置的对焦进行调节，即不可以根据实际需要调整视觉检测装置检测板材的清晰度。
5.现有技术中的板材分拣装置，采用一个抓料装置抓取待分拣的板材，而在分拣规格不同的板材时，抓料装置的通用性较差，如对规格较大的板材，抓料装置抓取时稳定性较差，而对规格较小的板材，可能存在无法抓取的情形。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种基于视觉的板材龙门分拣装置，解决现有技术中采用机械人臂展分拣板材臂展空间小以及分拣精度差的技术缺陷。
7.为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：基于视觉的板材龙门分拣装置，包括龙门架、机械臂、抓料装置、相机模块、板材待分拣台和码垛台；机械臂设置于龙门架上，并且可在龙门架上沿x轴、y轴和z轴方向移动；抓料装置设置于机械臂的底部，抓料装置可适应不同大小的板材，用于在使用状态下抓取、移动及放下待分拣的板材；相机模块位于抓料装置的上方，并与随机械臂的移动而同步水平移动，用于识别板材图像信息，相机模
块与另设的上位机通信连接，上位机根据相机模块识别的图像信息确定板材的位置控制机械臂在龙门架上的移动；板材待分拣台用于接收板材加工设备加工完成的板材；码垛台的数量为多个，分别用于码垛由抓料装置从板材待分拣台上抓取的不同规格的板材。本实用新型中码垛台的数量有多个，分别用于码垛不同规格的板材，使板材的码垛层次整齐，本实用新型中采用龙门架配合机械臂抓取板材，机械臂在龙门架上的移动范围更大，解决现有技术中机器人臂展空间所限而无法实现多个作业单元同时跨区域分拣的技术缺陷，本实用新型中相机模块随抓料装置的移动而在水平方向上移动，可对板材待分拣台上不同部位的板材以及不同的板材待分拣台上的板材进行识别，由此对板材的分拣位置进行校正，有效的提高板材的分拣精度。
8.作为本实用新型的进一步改进，抓料装置包括抓料安装板、小规格吸盘和大规格吸盘；抓料安装板安装在机械臂的底端，并且随机械臂的移动而同步移动；小规格吸盘安装在抓料安装板上，用于在使用状态下抓取小规格的板材；大规格吸盘安装在抓料安装板上，用于在使用状态下抓取大规格的板材。本实用新型中的抓料装置中的小规格吸盘可用于吸取小规板的板材，大规格吸盘用于吸取大规格的板材，由此适用不同大小板材的抓取。
9.作为本实用新型的进一步改进，小规格吸盘的数量为一个以上，大规格吸盘的数量为两个，小规格吸盘位于两个大规格吸盘之间。本实用新型中根据小规格板材的大小，可由不同的小规格吸盘吸取材材，而对大规格板材，由大规格吸盘从靠近两端处对其进行吸取，同时位于两个大规格吸盘之间的小规格吸盘亦可吸取吸盘，以提高大规格板材的抓握强度和移动时的稳定性。
10.作为本实用新型的进一步改进，还包括大规格吸盘驱动气缸和小规格吸盘驱动气缸；大规格吸盘驱动气缸安装在抓料安装板的两端，并且与大规格吸盘连接，用于驱动大规格吸盘垂直移动；小规格吸盘驱动气缸的数量与小规格吸盘的数量相等，小规格吸盘驱动气缸安装在抓料安装板上并且与小规格吸盘连接，用于驱动小规格吸盘垂直移动。本实用新型在吸取板材时，由大规格吸盘驱动气缸或小规格吸盘驱动气缸驱动大规格吸盘或小规格吸盘向下移动，避免大规格吸盘与小规格吸盘在吸取板材时产生相互干扰。
11.作为本实用新型的进一步改进，还包括旋转装置和旋转驱动电机；旋转装置安装在机械臂的底端，抓料安装板安装在旋转装置上；旋转驱动电机安装在机械臂上用于驱动旋转装置转动，抓料安装板随旋转装置的转动而同步转动。本实用新型设置旋转装置，在使用状态下，可根据吸取板材前板材的长度方向以及最终板材要码垛的方向调整抓料安装板的角度，进一步的方便板材的码放。
12.作为本实用新型的进一步改进，还包括支架，相机模块安装在支架上，支架随机械臂在x轴和y轴上的移动而同步移动。本实用新型设置支架用于安装相机模块，使相机模块与机械臂间具有一定的距离，避免机械臂对相机模块的视野产生影响，使相机模块的图像识别视野范围覆盖机械臂上抓料装置的作业轨迹。
13.作为本实用新型的进一步改进，相机模块包括相机、相机安装座、相机丝杆和相机驱动电机；用于图像识别并与上位机通信连接；相机安装座与支架构成垂直移动副，相机安装在相机安装座上；相机丝杆与相机安装座螺纹配合；相机驱动电机安装在支架上，用于驱动相机丝杆转动，相机安装座与相机随相机丝杆的转动而垂直移动。本实用新型通过相机驱动电机驱动相机安装座垂直移动，由此驱动相机上下移动，一方面通过对相机对焦处理，
调整相机识别图像的清晰度，另一方面也可以根据需要调整相机的视野以适应较大的板材图像的识别与分拣。
14.作为本实用新型的进一步改进，还包括滑板，滑板安装在龙门架上，并且可在龙门架上沿着x轴和y轴方向移动，机械臂滑动安装在滑板上并且与滑板构成垂直移动副，支架的一端安装在滑板上，相机模块安装在支架上远离滑板的一端。本实用新型设置滑板，方便机械臂与相机模块的安装，通过滑板的水平移动实现机械臂与相机模块的水平移动。
15.作为本实用新型的进一步改进，还包括移动横梁，移动横梁沿y轴方向设置，移动横梁的两端与龙门架滑动连接，滑板滑动安装在移动横梁上，并且可在移动横梁上沿y轴方向移动，滑板随移动横梁在龙门架上沿x轴方向的移动而沿x轴方向同步移动。本实用新型通过移动横梁与龙门架的滑动实现机械臂和相机模块在x轴方向上的滑动。
16.作为本实用新型的更进一步改进，板材待分拣台的数量为一个以上，并且与板材加工设备的数量相等，每个板材待分拣台在使用状态下对应一个板材加工设备，板材加工设备加工完板材后，将加工后的板材推送到与其相对应的板材待分拣台上。本实用新型分拣多个板材待分拣台上的板材，提高板材的分拣效率。
17.综上所述，本实用新型的有益效果是：本实用新型包括龙门分拣装置、相机模块、多个码垛台及多个板材待分拣台，整个龙门分拣装置可以满足多个分拣台同时分拣作业，与传统的机器人板材分拣相比，龙门分拣范围更大，分拣效率更高，相机模块采用线阵扫描相机一次性提取台面所有板材的轮廓和标签码，与前端加工位置文件进行校对后，通过上位机对板材分拣位置进行校正，有效提高对板材分拣精准度。
附图说明
18.图1是本实用新型不含板材待分拣台和码垛台的立体结构示意图。
19.图2是本实用新型不含板材待分拣台和码垛台另一角度的立体结构示意图。
20.图3是图2中a处的局部放大图。
21.图4是本实用新型的立体结构示意图。
22.图5是本实用新型另一角度的立体结构示意图。
23.图6是本实用新型使用状态的立体结构示意图。
24.图7是本实用新型中抓料装置的仰视图。
25.图8是本实用新型中抓料装置的立体结构示意图。
26.图9是本实用新型中机械臂与抓料装置安装的主视图。
27.图10是本实用新型中机械臂与抓料装置安装的仰视图。
28.图11是本实用新型中机械臂与抓料装置安装的立体结构示意图。
29.其中：1、龙门架；2、机械臂；3、抓料装置；4、相机模块；5、板材待分拣台；6、板材加工设备；7、码垛台；8、抓料安装板；9、小规格吸盘；10、大规格吸盘；11、大规格吸盘驱动气缸；12、小规格吸盘驱动气缸；13、旋转装置；14、旋转驱动电机；15、支架；16、相机；17、相机安装座；18、相机丝杆；19、相机驱动电机；20、滑板；21、移动横梁；22、立柱；23、支撑梁；24、连接梁；25、x向导轨；26、连接板；27、x向齿条；28、y向导轨；29、y向齿条；30、y向驱动电机；31、y向齿轮；32、光源；33、x向驱动电机；34、减速机；35、转动轴；36、x向齿轮；37、x轴滚轮；38、z轴齿条；39、z轴驱动电机；40、z轴齿轮；41、固定滑块。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。
31.如图1至图5所示的基于视觉的板材龙门分拣装置，包括龙门架1、机械臂2、抓料装置3、相机模块4、板材待分拣台5和码垛台7。
32.如图1至图5所示，龙门架1包括四根立柱22、两根支撑梁23和两根连接梁24，两根支撑梁23平行并且沿x轴方向设置，每根支撑梁23的两端各由一根立柱22支撑，两根连接梁24平行并且沿y轴方向设置，连接梁24的两端分别与两根立柱22的上部采用多根螺栓可拆卸地连接。
33.本实用新型中的机械臂2设置于龙门架1上，并且可在龙门架1上沿x轴、y轴和z轴方向移动，本实用新型在两根支撑梁23之间设置有移动横梁21，移动横梁21沿y轴方向设置，即移动横梁21与连接梁24平行，移动横梁21的两端分别与龙门架1的两根支撑梁23滑动连接，本实用新型在两根支撑梁23上相向的一侧均设置有x向导轨25，x向导轨25采用多根螺栓可拆卸地安装在支撑梁23上，在移动横梁21的两端各固定有两个连接板26，连接板26上转动设置有上下两排x轴滚轮37，x向导轨25夹紧在上下两排x轴滚轮37之间，并且上下两排x轴滚轮37可沿着x向导轨25滚动，本实用新型在两个支撑梁23相向的一侧上采用螺栓可拆卸地安装有x向齿条27，在移动横梁21位于远离机械臂2的一侧上安装有x向驱动电机33和减速机34，在x向驱动电机33的输出轴与减速机34的输入轴连接，减速机34的两侧各连接有一根转动轴35，其中转动轴35采用安装在移动横梁21上的轴承座与移动横梁21转动连接，在转动轴35远离减速机34的一端上安装有x向齿轮36，两根转动轴35上的x向齿轮36分别与两根支撑梁23上的x向齿条27相啮合，x向驱动电机33驱动x向齿轮36转动，通过x向齿轮36与x向齿条27的啮合，驱动移动横梁21沿着x向导轨25移动。
34.本实用新型在移动横梁21上滑动安装有滑板20，在移动横梁21上沿y轴方向采用螺栓可拆卸地安装有上下两极y向导轨28，在滑板20上安装有上中下三排y轴滚轮，其中上排和中排的y轴滚轮将上方一根y向导轨28夹于两者之间，中排和下排的y轴滚轮将下方一根y向导轨28夹于两者之间，三排y轴滚轮将两根y向导轨28夹紧于其中，使y轴滚轮可沿着y向导轨28滚动，本实用新型在移动横梁21上沿y轴方向采用螺栓可拆卸地安装有y向齿条29，在滑板20上采用螺栓可拆卸地安装有y向驱动电机30，在y向驱动电机30的输出轴上安装有y向齿轮31，该y向齿轮31与y向齿条29相啮合，通过y向驱动电机30驱动y向齿轮31转动，由y向齿轮31与y向啮条29的啮合，驱动滑板20沿y向导轨28滑动，本实用新型中的机械臂2安装在滑板20上，本实用新型在机械臂2的一侧沿竖直方向采用螺栓可拆卸地安装有z轴齿条38，在滑板20上采用螺栓可拆卸地安装有z轴驱动电机39，z轴驱动电机39的输出轴上设置有z轴齿轮40，z轴齿轮与z轴齿条38相啮合，本实用新型在滑板20上安装有多个固定滑块41，固定滑块41与机械臂2一侧沿竖直方向安装有z轴导轨滑动配合，z轴驱动电机39驱动z轴齿轮40转动，通过z轴齿轮40与z轴齿条38的啮合驱动机械臂2上的z轴导轨相对固定滑块41垂直移动，使机械臂2以及安装在机械臂2上的其它部分同步上下移动。
35.如图7至图11所示，本实用新型中的抓料装置3设置在机械臂2的底端，该抓料装置3可适应不同大小的板材，用于在使用状态下抓取、移动及放下待分拣的板材，本实用新型中的相机模块4具有图像识别功能并安装在机械臂2上，该相机模块4与上位机通信连接，上位机通过相机模块4识别的图像信息确定板材的位置并控制机械臂2在龙门架1上的移动，
使机械臂2在抓取板材待分拣台5上的板材时停留在板材待分拣台5待分拣的板材正上方，本实用新型中的板材待分拣台5用于接收板材加工设备6加工完成的板材，如图6所示，码垛台7的数量根据加工后板材的规格设置为多个，分别用于码垛由抓料装置3从板材待分拣台5上抓取的不同规格的板材。本实用新型中的相机模块4通过图像识别提取板材待分拣台5上板材的轮廓和板材加工设备6加工板材时粘帖在板材表面的标签码，并与上位机加工板材位置的文件进行校对，对板材的实际位置进行校正，确定板材的准确位置，再由抓料装置3抓取板材放移动放置到码垛台7上，由此可有效应对输送中出现的位置偏移、板材变形、板材规格相似等而致板材抓空的情况，使抓料装置3对板材抓料更精准，提高板材分拣效率和安全性，本实用新型对于同等规格的板材或者相似的板材，通过板材表面的标签码进行区分，实现对板材的精准分拣，本实用新型中相机模块4与上位机的通信连接、与上位机加工板材位置文件的校对以及板材位置的确定均系现有技术，本实用新型不予详述。
36.本实用新型中的抓料装置3包括抓料安装板8、小规格吸盘9和大规格吸盘10；抓料安装板8安装在机械臂2的底端，并且随机械臂2的移动而同步移动，本实用新型中的抓料安装板8为矩形板；小规格吸盘9安装在抓料安装板8上，用于在使用状态下抓取小规格的板材，本实用新型中的小规格吸盘9的数量为一个以上，本实用新型最优的设置两个小规格吸盘9；大规格吸盘10安装在抓料安装板8上，用于在使用状态下抓取大规格的板材，本实用新型中的大规格吸盘10的数量优选的设置为两个，两个大规格吸盘10分别设置于抓料安装板8的两端处，小规格吸盘9位于两个大规格吸盘10之间，本实用新型中的小规格吸盘9和大规格吸盘10均采用海棉吸盘，本实用新型中的小规格吸盘9和大规格吸盘10在于两者尺寸上的区别，小规格吸盘9的长度和宽度分别小于大规格吸盘10的长度和宽度，其中两个大规格吸盘10相互平行，大规格吸盘10的长度方向与抓料安装板8的长度方向垂直，而小规格吸盘9的长度方向与抓料安装板8的长度方向相同。在抓取规格较小的板材时，小规格吸盘9直接吸取，而抓取较大规格的板材时，由大规格吸盘10从板材的两则吸取，应当理解的是，在抓取规格较大的板材时，小规格吸盘9也可从板材的中部吸取板材，以提高抓料装置3抓取板材的强度和稳定性。
37.本实用新型优选的抓料装置还设置有大规格吸盘驱动气缸11和小规格吸盘驱动气缸12；该大规格吸盘驱动气缸11的数量与大规格吸盘10的数量相等，即大规格吸盘驱动气缸11有两个，并且分别安装在抓料安装板8的两端，大规格吸盘10安装在大规格吸盘驱动气缸11的活塞杆上，大规格吸盘驱动气缸11活塞杆的竖直伸长或收缩用于驱动大规格吸盘10垂直移动；小规格吸盘驱动气缸12的数量与小规格吸盘9的数量相等，小规格吸盘驱动气缸12安装在抓料安装板8上并且与小规格吸盘9连接，小规格吸盘驱动气缸12活塞杆的伸长和收缩用于驱动小规格吸盘9垂直移动。
38.为了在使用状态下与板材的形状及摆放角度相对应，本实用新型中的抓料装置还包括旋转装置13和旋转驱动电机14；旋转装置13安装在机械臂2的底端，抓料安装板8安装在旋转装置13上；旋转驱动电机14安装在机械臂2上用于驱动旋转装置13转动，抓料安装板8随旋转装置13的转动而同步转动，本实用新型可通过旋转装置13相对机械臂2的旋转，改变抓料安装板8的角度，如从沿x轴方向转动到沿y轴方向，从而更方便的抓取长度与y轴方向相同的板材，同样的道理，抓料安装板8也可以由沿y轴方向转动到沿x轴方向以方便抓取长度方向与x轴方向相同的板材，本实用新型中的旋转装置13系现有技术，具体可参考现有
技术中机器人手臂的转动结构，本实用新型不予详述。
39.本实用新型为了方便相机模块4的安装，故设置有支架15，相机模块4与机械臂2一样安装在支架15上的滑板20上，本实用新型中的支架15倾斜安装，其一端与滑板20采用多根螺栓可拆卸地连接，支架15用于安装相机模块4的一端向上倾斜，由于支架15与机械臂2均安装在滑板20上，因此支架15随机械臂2在x轴和y轴上的移动而同步移动。本实用新型中的相机模块4包括相机16、相机安装座17、相机丝杆18和相机驱动电机19，其中：相机16用于图像识别并与上位机通信连接，该相机16系现有技术，系直接从市场购得的工业线阵扫描相机，相机安装座17与支架15构成垂直移动副，本实用新型可在支架15上设置相机导轨，在相机安装座17上设置相机滑块，相机滑块与相机导轨滑动配合，相机丝杆18竖直穿过相机安装座17并且与相机安装座17螺纹配合，相机驱动电机19采用螺栓可拆卸地安装在支架15上，相机驱动电机19的输出轴竖直向下设置并且与相机丝杆18的顶端连接，用于驱动相机丝杆18转动，相机安装座17与相机随相机丝杆18的转动而垂直移动，相机16安装在相机安装座17上，相机安装座17的垂填移动用于调整相机16的图像识别范围，本实用新型在相机安装座17上安装有光源32，光源发出的光向下照射在板材上，以更于相机16识别板材其板材上的标签码，本实用新型中的机机16和光源32分别位于相机安装座17上远离支架15一侧的两端处。
40.本实用新型中板材待分拣台5的数量为一个以上，并且与板材加工设备6的数量相等，每个板材待分拣台5在使用状态下对应一个板材加工设备6，如本技术中的板材待分拣台5设置为两个，配合两个板材加工设备6使用，板材加工设备6对位于其上的材加加工完成后，在将后一块未加工的板材上料到板材加工设备6上时，将加工完成后的板材推送到与其相对应的板材待分拣台5上，再由本实用新型进行分拣并根据板材的规格码垛在相应的码垛台7上，完成板材的分拣，本实用新型中的龙门架1可使抓料装置3的分拣范围更大，因此可以满足多个板材待分拣台5和码垛台7的工作空间，本实用新型在龙门架1上设置有急停开关（图中未示出），可根据需要启动急停开关，使整个装置断电停机，减少分拣作业中的安全隐患。
41.以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。而且本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。