基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备及其操作方法
【专利摘要】本发明涉及基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备及其操作方法，它包括机架，所述机架的上部中间部位安装有装夹机构，所述装夹机构正上方的机架上安装有检测机构，所述机架的顶部安装有螺钉安装机构，所述检测机构与图像采集卡相连，所述图像采集卡与工控计算机相连。能够快速的完成钢琴顶盖的装夹和铰链螺丝安装工序，并且能利用图像处理、模式识别等技术精确的检测出螺钉安装是否合格或者是否漏装，以保证整个钢琴顶盖的装配质量。
【专利说明】
基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备及其操作方法
技术领域
[0001]本发明涉及钢琴面板生产机器视觉检测领域，尤其涉及一种基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，用于钢琴面板的螺丝安装和螺丝漏装检测。
【背景技术】
[0002]钢琴顶盖是用户使用钢琴过程中接触最频繁也是最显眼的部位，同时钢琴顶板的装配是钢琴生产流程中非常重要的一个环节，该部位的装配质量直接影响用户对产品质量的认知。
[0003]钢琴顶盖由前顶盖、后顶盖、铰链组成，其现有的装配过程具有以下特点:前后顶盖宽度不一致且装夹时需保持一定间隙，不方便平齐与装夹;前后顶盖型号众多，且每种型号的长度、厚度与宽度差都不一样，当装配的产品型号更换时调整工装时间较长;连接前后顶盖的金属铰链狭长，装配时所需螺钉体积小、数量多且分布广。
[0004]现有技术中都是靠工人手动调平前后顶盖，采用手持式电钻和电动螺丝刀安装螺钉，最后用肉眼检查是否有漏装的螺钉孔位。采用传统的装配方式存在以下几个方面的缺陷:
(1)由于前顶盖和后顶盖的高度不一致，这样在装配过程中定位存在一定的困难，传统采用高低不同的垫块来辅助安装，但是其更换不方便，而且钢琴顶盖包含多种不同的规格，这样在更换过程中就需要更换不同高度的垫块，操作会更加的不便；
(2)由于前顶盖和后顶盖的长度较长，因此铰链的长度也很长，通常达到2m左右，因此，需要在铰链上安装螺钉数量也较多，一般单边数量会在40颗左右，双边就有80颗左右，采用人工手持钻机进行螺钉装配，工作量大，而且极易发生漏装，严重影响装配质量；
(3)传统手持钻机进行装配时，无法很好的保证螺钉的垂直钻入，容易造成钻歪等缺陷，而且操作人员不方便方便进行手持作业，影响工作效率。
[0005](4)不同型号的前顶盖和后顶盖的宽度也不同，就需要在进行安装过程中，使夹具的间隙保持不同，进而适应不同型号的顶盖。
[0006]因此，采用传统的装配方式不仅费时费力，且极易漏装，影响产品质量。这时候就需要一种设备，能够实现对不同型号的前后顶盖进行自动找平并快速装夹，能够实现自动输送螺钉并快速、准确地检测出螺钉安装是否合格或者是否漏装，并且以提示音及可视化的形式引导工人补装漏掉的螺钉。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种钢琴顶盖铰链安装夹具，能够快速的完成钢琴顶盖的装夹和铰链螺丝安装工序，并且能利用图像处理、模式识别等技术精确的检测出螺钉安装是否合格或者是否漏装，以保证整个钢琴顶盖的装配质量。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案:基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，它包括机架，所述机架的上部中间部位安装有装夹机构，所述装夹机构正上方的机架上安装有检测机构，所述机架的顶部安装有螺钉安装机构，所述检测机构与图像采集卡相连，所述图像采集卡与工控计算机相连。
[0009]所述机架包括下机座和上机座，所述下机座通过型材连接件拼装连接而成，所述下机座的底部四角安装有复合脚轮，所述下机座的左、右两侧面通过立柱固定安装有侧挡板，所述下机座的后侧面通过立柱固定安装有后挡板，所述上机架安装在挡板的顶部，在上机架的顶部横梁水平安装有LED灯管固定板，所述LED灯管固定板上安装有LED灯管，所述下机座的底部通过型材组装成水平支撑平台。
[0010]所述装夹机构整体安装在下机座上，它包括前夹具体和后夹具体，所述前夹具体和后夹具体的下底面两端都固定安装有滑块，所述滑块滑动配合安装在光轴滑轨上;所述前夹具体和后夹具体的上顶面左、右两端安装有滚珠丝杆机构，所述前夹具体和后夹具体的滑轨上滑动配合安装有垫块底座，垫块底座的顶部安装有模块化垫块，所述垫块底座的一端通过垫块底座固定架定位在后夹具体上，另一端通过搭接方式活动放置在前夹具体的上顶面，所述前夹具体和后夹具体的左、右两端通过立柱固定安装有夹具框架面板，所述夹具框架面板上加工凹槽。
[0011]所述滚珠丝杆机构包括丝杆固定座，所述丝杆固定座固定安装在前夹具体的上顶面，所述丝杆固定座内部安装有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆与丝杆螺母相配合，所述丝杆螺母固定安装在后夹具体上。
[0012]所述模块化垫块上加工有不同高度的凹槽，所述凹槽和不同高度的钢琴盖板相配合使钢琴盖板的上端面平齐，所述模块化垫块可拆卸的安装在垫块底座上。
[0013]所述滚珠丝杆的一端安装有调节旋钮。
[0014]所述检测机构包括同步带导轨和接近开关，所述同步带导轨通过导轨安装底座固定在上机架上，所述接近开关安装在下机座的背部末端检测装夹机构的到位信号，所述接近开关通过信号线与电气柜内部的单片机控制器相连，同步带导轨上滑动配合安装有同步带滑块，所述同步带滑块上固定安装有摄像头，同步带滑块通过同步带与步进电机构成带传动，所述步进电机与单片机控制器相连，所述电气柜中安装有工控计算机，所述工控计算机与触摸显示屏相连。
[0015]所述螺钉安装机构包括电动螺丝刀和电钻，所述电动螺丝刀和电钻都通过平衡器悬挂在圆管滑轨上，自动螺钉输送机与电动螺丝刀相连，所述电动螺丝刀与电气柜内部的单片机控制器相连，设定螺钉安装力矩。
[0016]所述滚珠丝杆的一端安装间距调节步进电机，所述间距调节步进电机与单片机控制器相连，自动控制凹槽的间距适应不同厚度钢琴顶盖。
[0017]采用安装与检测一体化设备进行钢琴顶盖连接的操作方法，它包括以下步骤:
S1:启动设备电源和工控计算机，根据钢琴顶盖型号，更换模块化垫块，并将两块不同高度的前顶盖和后顶盖穿过装夹机构的凹槽，放置到模块化垫块上，使两块顶盖的顶部保持平齐；
S2:通过旋转调节旋钮，调整前夹具体和后夹具体之间的间距，进而调节前后两块钢琴顶盖之间间隙，使其达到设定的间隙；
S3:将铰链放置到前顶盖和后顶盖顶部的凹槽内；
S4:拉下电钻对准铰链上的螺钉安装孔进行打孔作业，再拉下电动螺丝刀在安装孔的位置安装螺钉；
S5:待所有螺钉安装完成之后将装夹机构整体推入到检测区域，接近开关检测到前顶盖和后顶盖，然后启动步进电机带动摄像头沿着同步带导轨移动，依次对铰链进行螺钉漏装检测；
S6:通过摄像头拍摄到的钢琴顶盖上的铰链安装情况，将图片传输到图像采集卡，通过比对之后得到其是否发生漏装，若出现螺丝漏装，设备会发出警报信号，此时拉出装夹机构，查看触摸显示屏上的漏装区域，找到对应漏装的孔，进行螺丝安装，推入检测区域重新检测；
S7:直到未出现螺丝漏装现象，拉出装夹机构，旋转调节旋钮，松开夹具体，取出已经装配好的钢琴顶盖放置于成品区。
[0018]本发明有如下有益效果:
1、钢琴顶盖铰链安装夹具在进行安装作业时，将木板插入夹具框架面板的缝隙中，通过丝杆调整夹具相对位置，从而控制顶盖两板间隙，同时调整钢琴顶盖板下方的模式垫块，保持高度水平一致，安装时两顶盖不会出现误差，便于钢琴顶盖铰链的安装。
[0019]2、通过设置检测机构能够对安装好的铰链进行视觉检测，检查其是否发生漏装现象，通过漏装检测及时了解漏装情况，并通过触摸屏进行信息反馈，进而及时进行返修。
[0020]3、通过电动螺丝刀能够对螺钉进行安装，而且采用垂直的方式悬挂在平衡器上能够降低了作业人员的劳动强度。
[0021]4、通过滚珠丝杆机构能够方便的调节前夹具体和后夹具体之间的间隙，进而满足不同宽度钢琴面板的需要。
[0022]5、通过将垫块底座的一端固定在后夹具体上，另一端搭接在前夹具体能够方便其间距的调节。
[0023]6、通过采用模块化的模块化垫块，能够适应不同系列不同高度钢琴面板的安装要求。
【附图说明】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0025]图1为本发明的立体图。
[0026]图2为本发明的装夹机构立体图。
[0027]图3为本发明的检测机构立体图。
[0028]图4为本发明的待安装的后顶盖、铰链和前顶盖组装结构示意图。
[0029]图5为本发明的检测工作原理图。
[0030]图6为本发明的操作流程示意图。
[0031 ]图7为本发明的视觉检测截面图。
[0032 ]图中:机架1、装夹机构2、检测机构3、螺钉安装机构4、后顶盖5、铰链6、前顶盖7;
复合脚轮101、下机座102、LED灯管103、LED灯管固定板104、上机架105、后挡板106、侧挡板107、型材连接件108、水平支撑平台109;
丝杆固定座201、滚珠丝杆202、丝杆螺母203、夹具框架面板204、模块化垫块205、垫块底座206、滑块207、光轴滑轨208、调节旋钮209、底座固定架210、前夹具体211、后夹具体212、凹槽 213;
接近开关301、触摸显示屏302、电气柜303、步进电机304、导轨安装底座305、同步带导轨306、同步带滑块307、摄像头308 ；
电动螺丝刀401、平衡器402、电气柜303、电钻404、自动螺钉输送机405。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
[0034]实施例1:
如图1-4所示，基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，它包括机架I，所述机架I的上部中间部位安装有装夹机构2，所述装夹机构2正上方的机架I上安装有检测机构3，所述机架I的顶部安装有螺钉安装机构4，所述检测机构3与图像采集卡相连，所述图像采集卡与工控计算机相连。装夹机构主要用于对前后钢琴顶盖进行装夹，螺丝安装机构主要用于钢琴顶盖和铰链的螺丝安装，检测机构主要用于检测出螺钉安装是否合格或者是否漏装。
[0035]进一步的，所述机架I包括下机座102和上机座105，所述下机座102通过型材连接件108拼装连接而成，所述下机座102的底部四角安装有复合脚轮101，所述下机座102的左、右两侧面通过立柱固定安装有侧挡板107，所述下机座102的后侧面通过立柱固定安装有后挡板106，所述上机架105安装在挡板的顶部，在上机架105的顶部横梁水平安装有LED灯管固定板104，所述LED灯管固定板104上安装有LED灯管103，所述下机座102的底部通过型材组装成水平支撑平台109。工作过程中通过LED灯管103提供照明光源，保证了拍照的效果，进而提高了摄像精度。通过4个复合脚轮，方便设备移动。上机架主要由不锈钢方管焊接而成，在上机架两侧面各安装一块机架侧挡板，背部安装有机架后挡板，以防止杂物进入设备。
[0036]进一步的，所述装夹机构2整体安装在下机座102上，它包括前夹具体211和后夹具体212，所述前夹具体211和后夹具体212的下底面两端都固定安装有滑块207，所述滑块207滑动配合安装在光轴滑轨208上;所述前夹具体211和后夹具体212的上顶面左、右两端安装有滚珠丝杆机构，所述前夹具体211和后夹具体212的滑轨上滑动配合安装有垫块底座206，垫块底座206的顶部安装有模块化垫块205，所述垫块底座206的一端通过垫块底座固定架210定位在后夹具体212上，另一端通过搭接方式活动放置在前夹具体211的上顶面，所述前夹具体211和后夹具体212的左、右两端通过立柱固定安装有夹具框架面板204，所述夹具框架面板204上加工凹槽213。
[0037]进一步的，所述滚珠丝杆机构包括丝杆固定座201，所述丝杆固定座201固定安装在前夹具体211的上顶面，所述丝杆固定座201内部安装有滚珠丝杆202，所述滚珠丝杆202与丝杆螺母203相配合，所述丝杆螺母203固定安装在后夹具体212上。
[0038]进一步的，所述模块化垫块205上加工有不同高度的凹槽，所述凹槽和不同高度的钢琴盖板相配合使钢琴盖板的上端面平齐，所述模块化垫块205可拆卸的安装在垫块底座206上。通过采用可更换的结构保证了适应不同型号的顶盖结构，同时提高了工作效率。
[0039]进一步的，所述滚珠丝杆202的一端安装有调节旋钮209。通过采用调节旋钮209能够方便的对装夹机构2的前夹具体211和后夹具体212之间的间隙进行调节，进而保证了适应不同宽度的顶盖。
[0040]进一步的，所述检测机构3包括同步带导轨306和接近开关301，所述同步带导轨306通过导轨安装底座305固定在上机架105上，所述接近开关301安装在下机座102的背部末端检测装夹机构2的到位信号，所述接近开关301通过信号线与电气柜303内部的单片机控制器相连，同步带导轨306上滑动配合安装有同步带滑块307，所述同步带滑块307上固定安装有摄像头308，同步带滑块307通过同步带与步进电机304构成带传动，所述步进电机304与单片机控制器相连，所述电气柜303中安装有工控计算机，所述工控计算机与触摸显示屏302相连。
[0041]进一步的，所述螺钉安装机构4包括电动螺丝刀401和电钻404，所述电动螺丝刀401和电钻404都通过平衡器402悬挂在圆管滑轨403上，自动螺钉输送机405与电动螺丝刀401相连，所述电动螺丝刀401与电气柜303内部的单片机控制器相连，设定螺钉安装力矩。采用垂直布置的电动螺丝刀401和电钻404方便了操作人的手持作业，进而降低了作业人员的操作强度。
[0042]进一步的，所述滚珠丝杆202的一端安装间距调节步进电机，所述间距调节步进电机与单片机控制器相连，自动控制凹槽213的间距适应不同厚度钢琴顶盖。通过电动的方式驱动便于实现自动化控制。
[0043]实施例2:
参见图5-6，采用安装与检测一体化设备进行钢琴顶盖连接的操作方法，它包括以下步骤:
S1:启动设备电源和工控计算机，根据钢琴顶盖型号，更换模块化垫块205，并将两块不同高度的前顶盖7和后顶盖5穿过装夹机构2的凹槽213，放置到模块化垫块205上，使两块顶盖的顶部保持平齐；
S2:通过旋转调节旋钮209，调整前夹具体211和后夹具体212之间的间距，进而调节前后两块钢琴顶盖之间间隙，使其达到设定的间隙；
S3:将铰链6放置到前顶盖7和后顶盖5顶部的凹槽内；
S4:拉下电钻404对准铰链6上的螺钉安装孔进行打孔作业，再拉下电动螺丝刀401在安装孔的位置安装螺钉；
S5:待所有螺钉安装完成之后将装夹机构2整体推入到检测区域，接近开关301检测到前顶盖7和后顶盖5，然后启动步进电机304带动摄像头308沿着同步带导轨306移动，依次对铰链6进行螺钉漏装检测；
S6:通过摄像头308拍摄到的钢琴顶盖上的铰链安装情况，将图片传输到图像采集卡，通过比对之后得到其是否发生漏装，若出现螺丝漏装，设备会发出警报信号，此时拉出装夹机构，查看触摸显示屏302上的漏装区域，找到对应漏装的孔，进行螺丝安装，推入检测区域重新检测；
S7:直到未出现螺丝漏装现象，拉出装夹机构，旋转调节旋钮209，松开夹具体211，取出已经装配好的钢琴顶盖放置于成品区。
[0044]参见图7，为本发明的视觉检测结果界面图，从图中可以快速识别出出现异常的螺钉的编号。在本实施例中出现异常的螺钉的编号为5。
[0045]通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
【主权项】
1.基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，它包括机架(I)，其特征在于:所述机架(I)的上部中间部位安装有装夹机构(2)，所述装夹机构(2)正上方的机架(I)上安装有检测机构(3)，所述机架(I)的顶部安装有螺钉安装机构(4)，所述检测机构(3)与图像采集卡相连，所述图像采集卡与工控计算机相连。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述机架(I)包括下机座(102)和上机座(105)，所述下机座(102)通过型材连接件(108)拼装连接而成，所述下机座(102)的底部四角安装有复合脚轮(101)，所述下机座(102)的左、右两侧面通过立柱固定安装有侧挡板(107)，所述下机座(102)的后侧面通过立柱固定安装有后挡板(106)，所述上机架(105)安装在挡板的顶部，在上机架(105)的顶部横梁水平安装有LED灯管固定板(104)，所述LED灯管固定板(104)上安装有LED灯管(103)，所述下机座(102)的底部通过型材组装成水平支撑平台(109)。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述装夹机构(2)整体安装在下机座(102)上，它包括前夹具体(211)和后夹具体(212)，所述前夹具体(211)和后夹具体(212)的下底面两端都固定安装有滑块(207)，所述滑块(207)滑动配合安装在光轴滑轨(208)上;所述前夹具体(211)和后夹具体(212)的上顶面左、右两端安装有滚珠丝杆机构，所述前夹具体(211)和后夹具体(212)的滑轨上滑动配合安装有垫块底座(206)，垫块底座(206)的顶部安装有模块化垫块(205)，所述垫块底座(206)的一端通过垫块底座固定架(210)定位在后夹具体(212)上，另一端通过搭接方式活动放置在前夹具体(211)的上顶面，所述前夹具体(211)和后夹具体(212)的左、右两端通过立柱固定安装有夹具框架面板(204)，所述夹具框架面板(204)上加工凹槽(213)。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述滚珠丝杆机构包括丝杆固定座(201)，所述丝杆固定座(201)固定安装在前夹具体(211)的上顶面，所述丝杆固定座(201)内部安装有滚珠丝杆(202)，所述滚珠丝杆(202)与丝杆螺母(203)相配合，所述丝杆螺母(203)固定安装在后夹具体(212)上。5.根据权利要求3所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述模块化垫块(205)上加工有不同高度的凹槽，所述凹槽和不同高度的钢琴盖板相配合使钢琴盖板的上端面平齐，所述模块化垫块(205)可拆卸的安装在垫块底座(206)上。6.根据权利要求4所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述滚珠丝杆(202)的一端安装有调节旋钮(209)。7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述检测机构(3)包括同步带导轨(306)和接近开关(301)，所述同步带导轨(306)通过导轨安装底座(305)固定在上机架(105)上，所述接近开关(301)安装在下机座(102)的背部末端检测装夹机构(2)的到位信号，所述接近开关(301)通过信号线与电气柜(303)内部的单片机控制器相连，同步带导轨(306)上滑动配合安装有同步带滑块(307)，所述同步带滑块(307)上固定安装有摄像头(308)，同步带滑块(307)通过同步带与步进电机(304)构成带传动，所述步进电机(304)与单片机控制器相连，所述电气柜(303)中安装有工控计算机，所述工控计算机与触摸显示屏(302)相连。8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述螺钉安装机构(4)包括电动螺丝刀(401)和电钻(404)，所述电动螺丝刀(401)和电钻(404)都通过平衡器(402)悬挂在圆管滑轨(403)上，自动螺钉输送机(405)与电动螺丝刀(401)相连，所述电动螺丝刀(401)与电气柜(303)内部的单片机控制器相连，设定螺钉安装力矩。9.根据权利要求4所述的基于机器视觉的螺丝安装与检测一体化设备，其特征在于:所述滚珠丝杆(202)的一端安装间距调节步进电机，所述间距调节步进电机与单片机控制器相连，自动控制凹槽(213)的间距适应不同厚度钢琴顶盖。10.采用权利要求1-9任意一项安装与检测一体化设备进行钢琴顶盖连接的操作方法，其特征在于，它包括以下步骤: S1:启动设备电源和工控计算机，根据钢琴顶盖型号，更换模块化垫块(205)，并将两块不同高度的前顶盖(7)和后顶盖(5)穿过装夹机构(2)的凹槽(213)，放置到模块化垫块(205)上，使两块顶盖的顶部保持平齐； S2:通过旋转调节旋钮(209)，调整前夹具体(211)和后夹具体(212)之间的间距，进而调节前后两块钢琴顶盖之间间隙，使其达到设定的间隙； S3:将铰链(6)放置到前顶盖(7)和后顶盖(5)顶部的凹槽内； S4:拉下电钻(404)对准铰链(6)上的螺钉安装孔进行打孔作业，再拉下电动螺丝刀(401)在安装孔的位置安装螺钉； S5:待所有螺钉安装完成之后将装夹机构(2)整体推入到检测区域，接近开关(301)检测到前顶盖(7)和后顶盖(5)，然后启动步进电机(304)带动摄像头(308)沿着同步带导轨(306)移动，依次对铰链(6)进行螺钉漏装检测； S6:通过摄像头(308)拍摄到的钢琴顶盖上的铰链安装情况，将图片传输到图像采集卡，通过比对之后得到其是否发生漏装，若出现螺丝漏装，设备会发出警报信号，此时拉出装夹机构，查看触摸显示屏(302)上的漏装区域，找到对应漏装的孔，进行螺丝安装，推入检测区域重新检测； S7:直到未出现螺丝漏装现象，拉出装夹机构，旋转调节旋钮(209)，松开夹具体(211)，取出已经装配好的钢琴顶盖放置于成品区。
【文档编号】G01N21/95GK105973914SQ201610535186
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】董元发, 查靓, 黄志勇, 袁庆松, 吴佳豪
【申请人】三峡大学