对中装置和方法与流程

1.本发明属于车架装配线技术领域，尤其涉及一种对中装置和方法。


背景技术：

2.大型工件如挖掘机的车架体积大，重量重，难以对其进行精准定位。并且，目前挖掘机装配过程中的定位方式，多采用人工定位，或气缸推正、夹紧等机械限位方式进行定位，由此带来定位精度低等问题，无法满足自动化装配的定位精度要求。随着智能制造转型升级的大趋势，自动化、智能化的生产方式已是大势所趋，目前低精度的挖掘机车架对中方式已不能满足智能制造的需求。


技术实现要素：

3.针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种对中装置和方法，以解决现有技术中采用人工对中大型工件精度较低的技术问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供一种对中装置，该对中装置包括：
5.抬升机构，包括能够沿竖向移动的升降平台；
6.承载调节机构，安装在升降平台上并用于承载和吸附对中部件，承载调节机构能够在升降平台上水平移动并调节对中部件的平面位置；
7.图像采集机构，用于采集对中部件的当前位置信息；以及
8.控制单元，与抬升机构、承载调节机构、图像采集机构均通讯并被配置为：
9.获取对中部件的抬升信号；
10.响应于抬升信号，控制升降平台抬升对中部件；
11.获取对中部件的当前方位信息和目标方位信息；
12.根据当前方位信息与目标方位信息，控制抬升机构和/或承载调节机构调节对中部件的方位。
13.在本发明的实施例中，承载调节机构的数量为多个，每个承载调节机构均包括：
14.底部移动平台，沿第一方向滑动设置在升降平台上；和
15.顶部移动平台，沿第二方向滑动设置在底部移动平台上，其中，第一方向和第二方向之间的夹角大于0。
16.在本发明的实施例中，承载调节机构还包括电磁吸附件，电磁吸附件设于顶部移动平台上并用于吸附或释放对中部件。
17.在本发明的实施例中，升降平台上固定安装有下滑轨组件，底部移动平台滑动连接在下滑轨组件上，底部移动平台上固定安装有上滑轨组件，顶部移动平台滑动连接在上滑轨组件上，下滑轨组件与上滑轨组件垂直且均包括滑轨和直线驱动机构，直线驱动机构用于驱动底部移动平台或顶部移动平台在相应的滑轨上线性移动。
18.在本发明的实施例中，承载调节机构的数量为两个且对称布置于升降平台的纵向端。
19.在本发明的实施例中，图像采集机构包括：
20.桁架；
21.机械臂，设置于桁架上；和
22.3d相机，安装于机械臂上，3d相机用于拍摄对中部件以采集对中部件的当前位置信息。
23.在本发明的实施例中，抬升机构的数量为多个，每个抬升机构均包括用于沿竖向顶升升降平台的顶升油缸。
24.在本发明的实施例中，还提出一种对中方法，对中方法应用于如上对中装置，对中方法包括：
25.步骤s1：获取对中部件的抬升信号；
26.步骤s2：响应于抬升信号，控制升降平台抬升对中部件；
27.步骤s3：获取对中部件的当前方位信息和目标方位信息；
28.步骤s4：根据当前方位信息与目标方位信息，控制抬升机构和/或承载调节机构调节对中部件的方位。
29.在本发明的实施例中，步骤s3还包括：
30.在所述对中部件被抬升到达目标高度的情况下，获取所述对中部件的当前三维坐标信息和目标三维坐标信息；其中，所述当前方位信息包括所述当前三维坐标信息，所述目标方位信息包括所述目标三维坐标信息。
31.步骤s4包括：
32.根据所述当前三维坐标信息和所述目标三维坐标信息计算所述对中部件的三维坐标偏移位移；
33.根据所述三维坐标偏移位移，控制所述抬升机构和/或所述承载调节机构调节所述对中部件的方位。
34.在本发明的实施例中，所述根据所述三维坐标偏移位移，控制所述抬升机构和/或所述承载调节机构调节所述对中部件的方位的步骤，包括：
35.获取所述电磁吸附件的目标中心位置坐标；
36.根据所述对中部件的三维坐标偏移位移和所述电磁吸附件的目标中心位置坐标计算所述电磁吸附件的当前中心位置坐标；
37.根据所述电磁吸附件的所述当前中心位置坐标和所述目标中心位置坐标信息，获取所述电磁吸附件的中心偏移位移；
38.根据所述电磁吸附件的中心偏移位移计算底部移动平台和顶部移动平台所需要移动的位移量；
39.通过所述底部移动平台和所述顶部移动平台的移动配合来调节所述对中部件的方位。
40.在本发明的实施例中，所述获取所述电磁吸附件的目标中心位置坐标的步骤包括：
41.获取对中部件的初始三维坐标信息和目标三维坐标信息；
42.标定电磁吸附件的初始中心位置坐标信息；
43.将电磁吸附件的初始中心位置坐标信息和对中部件的初始三维坐标信息形成耦
合关系；
44.利用耦合关系和对中部件的目标三维坐标信息计算电磁吸附件的目标中心位置坐标。
45.通过上述技术方案，本发明实施例所提供的对中装置具有如下的有益效果：
46.在对中部件位于承载调节机构的上方的情况下，控制单元可以根据获取的对中部件的抬升信号，控制升降平台上升以驱动顶部移动平台接触并吸附对中部件，控制单元可以根据获取的对中部件的当前方位信息和目标方位信息，控制抬升机构和/或承载调节机构来实现对对中部件的方位的调节，以实现对对中部件的平面位置的调整，从而使对中部件移动到对中位置。本发明中的对中装置能够实现例如上车架、下车架等类型的对中部件的自动对中，避免了人工调节对中造成的磕碰，并提高生产效率。此外，相比机械限位夹紧对中机构，本技术通过抬升机构一方面可以在抬升等阶段对对中部件进行高度的调节，另一方面还可以配合承载调节机构实现对对中部件的偏转角的调节，实现了抬升机构一物两用的效果。
47.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
48.附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
49.图1是根据本发明一实施例的对中装置一视角的结构示意图；
50.图2是根据本发明一实施例的对中装置另一视角的结构示意图；
51.图3是根据本发明一实施例的对中装置一视角的主视示意图；
52.图4是根据本发明的具体实施方式的对中装置的控制原理图。
53.附图标记说明
[0054]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
抬升机构
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3d相机
[0055]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
升降平台
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制单元
[0056]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
顶升油缸
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
桁架
[0057]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
承载调节机构
ꢀꢀꢀꢀ
41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
机械臂
[0058]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
顶部移动平台
ꢀꢀꢀꢀ6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
承载车辆
[0059]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
底部移动平台
ꢀꢀꢀꢀ7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
车架
[0060]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
滑轨
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁吸附件
[0061]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
直线驱动机构
具体实施方式
[0062]
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0063]
在大型工件装配线上，为了在工件上安装其他零部件，需要对工件进行定位，例如挖掘机车架。
[0064]
鉴于此，参见图1和图2，在本发明的实施例中，提供一种对中装置，该对中装置包括：
[0065]
抬升机构1，包括能够沿竖向移动的升降平台11；
[0066]
承载调节机构2，安装在升降平台11上并用于承载和吸附对中部件，承载调节机构2能够在升降平台11上水平移动并调节对中部件的平面位置；
[0067]
图像采集机构，用于采集对中部件的当前位置信息；以及
[0068]
控制单元100，与抬升机构1、承载调节机构2、图像采集机构均通讯并被配置为：
[0069]
获取对中部件的抬升信号；
[0070]
响应于抬升信号，控制升降平台11抬升对中部件；
[0071]
获取对中部件的当前方位信息和目标方位信息；
[0072]
根据当前方位信息与目标方位信息，控制抬升机构1和/或承载调节机构2调节对中部件的方位。
[0073]
其中，控制单元100的数量可以是一个或多个，且布置的位置可以根据需要进行设置，比如，在存在多个控制单元100的情况下，可以均位于对中装置上，并可以通过有线或无线的方式进行通信，以便实现相应部件之间的协同工作。
[0074]
在本发明的实施例中，在对中部件移送至顶部移动平台21的上方的情况下，控制单元100获取对中部件的抬升信号，并根据抬升信号控制升降平台11上升以驱动顶部移动平台21接触并吸附对中部件，控制单元100可以根据获取的对中部件的当前方位信息和目标方位信息，控制抬升机构1和/或承载调节机构2来实现对对中部件的方位的调节，以实现对对中部件的平面位置的调整，从而使对中部件移动到对中位置；
[0075]
需要说明的是，在对对中部件的方位进行调节时，可以采用如下三种调节方式：
[0076]
第一：单独通过抬升机构1来驱动对中部件升降，以实现对中部件的高度位置的调整，如此可以消除高度位置误差；
[0077]
第二：单独通过承载调节机构2来实现对中部件的平面位置的调整，如此承载调节机构2可以消除平面位置误差；
[0078]
第三：抬升机构1配合承载调节机构2来实现对中部件的平面和高度位置调整，从而可以消除偏转角误差和高度误差。
[0079]
通过上述调节方式的描述可见，抬升机构1一方面可以在抬升等阶段对对中部件进行高度的调节，另一方面还可以配合承载调节机构2实现对对中部件的偏转角的调节，实现了抬升机构1一物两用的效果。
[0080]
本发明中的对中装置能够实现对中部件的自动对中，避免了人工调节对中造成的磕碰，并提高生产效率。此外，相比机械限位夹紧对中机构，采用承载调节机构2中的顶部移动平台21对中方式避免了夹紧装置在推正过程中造成的油漆面损坏。
[0081]
在本发明的实施例中，承载调节机构2的数量为多个，每个承载调节机构2均包括：
[0082]
底部移动平台22，沿第一方向滑动设置在升降平台11上；和
[0083]
顶部移动平台21，沿第二方向滑动设置在底部移动平台22上，其中，第一方向和第二方向之间夹角大于0。
[0084]
在一个实施方式中，第一方向和第二方向中的一者为升降平台11所在水平面的横向，另一者为纵向，并且，横向是指图1中的左右方向，纵向是指前后方向。
[0085]
在另一些可行的实施方式中，第一方向与第二方向也可以呈60
°
、75
°
等大于0的夹角布置，可以根据实际需要进行设置。
[0086]
在本发明的实施例中，如图3所示，承载调节机构2还包括电磁吸附件8，电磁吸附件8设于顶部移动平台21上并用于吸附或释放对中部件，电磁吸附件8优选为电磁吸盘，电磁吸盘通过通/断电控制车架77的吸附与释放。在顶部移动平台21的四个支撑点均装有电磁吸盘，可以吸附或松开车架7，防止车架7窜动，并且，通过电磁吸盘吸附车架7的方式，可以减少对于车架7上油漆的损伤。
[0087]
在本发明的实施例中，升降平台11上固定安装有下滑轨组件，底部移动平台22滑动连接在下滑轨组件上，底部移动平台22上固定安装有上滑轨组件，顶部移动平台21滑动连接在上滑轨组件上，下滑轨组件与上滑轨组件垂直且均包括滑轨23和直线驱动机构24，直线驱动机构24用于驱动底部移动平台22或顶部移动平台21在相应的滑轨23上线性移动。
[0088]
其中，上滑轨组件包括沿纵向端间隔分布的两个滑轨23和沿纵向布置的直线驱动机构24，上滑轨组件中的直线驱动机构24能够驱动顶部移动平台21在滑轨23上沿纵向移动，从而可以调节对中部件在升降平台11上纵向的位置；下滑轨组件包括沿横向端间隔布置的两个滑轨23和沿横向延伸的直线驱动机构24，下滑轨组件中的直线驱动机构24能够驱动底部移动平台22在滑轨23上沿横向移动，从而可以调节对中部件在升降平台11上横向的位置，这样承载调节机构22就实现了调节对中部件平面位置的目的。在其他的实施例中，直线驱动机构24可以为伺服电机+旋转丝杆的配合结构来实现直线驱动，也可以由伺服电缸替代来实现直线驱动，该驱动方式为现有技术中常见的直线驱动方式，以驱动顶部移动平台21或底部移动平台22直线移动，在此不再一一赘述。
[0089]
在本发明的实施例中，升降平台11为矩形框架结构，承载调节机构2的数量为两个且对称布置于升降平台11的纵向端，这样在对中调节时，两个承载调节机构2能够从升降平台11的前后两侧同时对对中部件进行平面位置调节，提高了位置调节的效率和精准性。
[0090]
在本发明的实施例中，图像采集机构包括：
[0091]
桁架4，升降平台11位于桁架4的下方；
[0092]
机械臂41，滑动设置于桁架4上；
[0093]
3d相机3，安装于机械臂41上，机械臂41在桁架4上能够带着3d相机3移动，以实现3d相机3拍摄对中部件并采集对中部件的当前位置信息的目的。在对中操作时，对中部件并放置于桁架4下方的升降平台11上以准备对中操作，其中，3d相机3可以是双目相机、tof相机或者结构光相机等，能够对拍摄的图像进行处理以获得三维坐标，通过3d相机3拍照提供对中部件精确的三维坐标信息，满足自动化装配定位要求。
[0094]
在本发明的实施例中，抬升机构1的数量为多个且分别位于升降平台11下方的四个角，每个抬升机构1均包括用于沿竖向顶升升降平台11的顶升油缸12。
[0095]
在一些可行实施方式中，顶升油缸12也可以替换成直线电机或者其他可输出直线位移的机构。
[0096]
在本发明的实施例中，还提出一种对中方法，对中方法应用于如上对中装置，对中方法包括：
[0097]
步骤s1：获取对中部件的抬升信号；
[0098]
步骤s2：响应于抬升信号，控制升降平台11抬升对中部件；
[0099]
步骤s3：获取对中部件的当前方位信息和目标方位信息；
[0100]
步骤s4：根据当前方位信息与目标方位信息，控制抬升机构1和/或承载调节机构2
调节对中部件的方位。
[0101]
在该实施例中，本发明通过比对对中部件的当前方位信息和目标方位信息，并采用抬升机构1、或承载调节机构2、或抬升机构1和承载调节机构2的配合来将对中部件调整到目标方位，该自动对中过程无需人工参与，避免了人工调节定位所造成的磕碰。
[0102]
进一步地，步骤s3还包括：
[0103]
在对中部件被抬升到达目标高度的情况下，获取对中部件的当前三维坐标信息和目标三维坐标信息；其中，当前方位信息包括当前三维坐标信息，目标方位信息包括目标三维坐标信息。
[0104]
为了方便对对中部件的三维坐标信息进行获取，首先在对中部件上预先设置标记点，通过3d相机3来获取标记点处的三维坐标信息，通过对比对中部件上标记点的目标三维坐标和当前三维坐标之间的偏移，从而计算整个对中部件移动到目标位置时所需要的三维坐标偏移位移。
[0105]
步骤s4包括：
[0106]
根据当前三维坐标信息和目标三维坐标信息计算对中部件的三维坐标偏移位移；
[0107]
根据三维坐标偏移位移，控制抬升机构1和/或承载调节机构2调节对中部件的方位。
[0108]
其中，所述根据三维坐标偏移位移，控制抬升机构1和/或承载调节机构2调节对中部件的方位的步骤，包括：
[0109]
获取电磁吸附件8的目标中心位置坐标；
[0110]
根据对中部件的三维坐标偏移位移和电磁吸附件8的目标中心位置坐标计算电磁吸附件8的当前中心位置坐标；
[0111]
根据电磁吸附件8的当前中心位置坐标和目标中心位置坐标信息，获取电磁吸附件8的中心偏移位移；
[0112]
根据电磁吸附件8的中心偏移位移计算底部移动平台22和顶部移动平台21所需要移动的位移量；
[0113]
通过底部移动平台22和顶部移动平台21的移动配合来调节对中部件的方位。
[0114]
在本发明的实施例中，所述获取电磁吸附件8的目标中心位置坐标的步骤包括：
[0115]
获取对中部件的初始三维坐标信息和目标三维坐标信息；
[0116]
标定电磁吸附件8的初始中心位置坐标信息；
[0117]
将电磁吸附件8的初始中心位置坐标信息和对中部件的初始三维坐标信息形成耦合关系；
[0118]
利用耦合关系和对中部件的目标三维坐标信息计算电磁吸附件8的目标中心位置坐标。
[0119]
由于在车架7移动过程中，电磁吸附件8是固定设于顶部移动平台21上，在对车架7进行对中位置调整时，因此可以利用电磁吸附件8与车架7之间的位置耦合来确定车架7所需要移动的位移。具体地，在对中开始之前，将车架7放置于升降平台11后，首先标定电磁吸附件8的初始中心位置坐标并记录，并记录此时车架7的标定点处的初始三维坐标；根据车架7的型号信息可以得到人为设定的车架7最终所要达到的目标三维坐标，那么利用电磁吸附件8和车架7之间的位置耦合关系，利用车架7的标定点处的初始三维坐标、电磁吸附件8
的初始中心位置坐标以及车架7的目标三维坐标，便可计算得出在车架7到达目标位置后，电磁吸附件8的中心所在的目标中心位置坐标。
[0120]
在本技术中，由于3d相机3位于车架7的上方，这样车架就将3d相机3完全遮挡，因此3d相机3就无法拍摄到电磁吸附件8的图像，基于这个问题，只能通过3d相机3来获取车架7的当前位置图像信息，再根据车架7的目标位置和当前位置对比来计算车架所需要移动的位移；而驱动车架7移动的是下方带有电磁吸附件8的移动平台，因此可以计算电磁吸附件8所需要移动的位移，进而实现对车架7的位置调整。也就是说，本技术通过电磁吸附件8和车架7之间的耦合关系来计算车架7所要移动的三维坐标位移，这种方式能够提高车架7对中的精准性，并且实现了自动化装配精准定位的要求。
[0121]
为了进一步地理解本发明的对中方法，如下以车架7作为对中部件为例进行说明整个对中过程，在实际过程中，对中装置的数量为两组且间隔布置且中间形成供承载车辆6穿梭的对中通道：
[0122]
1、接到生产指令后，对中装置的左右的升降平台11均处于最低位，四个底部移动平台22、四个顶部移动平台21均处于初始位置，此时标定四个电磁吸盘的初始中心位置坐标信息分别为(x
10
，y
10
，z
10
)、(x
20
，y
20
，z
20
)、(x
30
，y
30
，z
30
)、(x
40
，y
40
，z
40
)；
[0123]
2、承载车辆6沿对中通道移动到两组对中装置之间，并将车架7输送到升降平台11的上方；
[0124]
3、顶升油缸12升至中位，驱动左右两个升降平台11上升至与车架7接触并继续顶升，至车架7与承载车辆6脱离，电磁吸盘通电，将下车架7吸附住；
[0125]
4、控制单元100调取对应车架7型号的目标高度z’，顶升油缸12将左右两侧的升降平台11顶升至目标高度；
[0126]
5、车架7上升至目标高度后，3d相机3扫描车架7此时当前的三维坐标信息，得出车架7的当前实际的三维坐标信息(x
11
，y
11
，z
11
)、(x
21
，y
21
，z
21
)、(x
31
，y
31
，z
31
)、(x
41
，y
41
，z
41
)，控制单元100根据对应的车型的目标三维坐标(x1’
，y1’
，z1’
)、(x2’
，y2’
，z2’
)、(x3’
，y3’
，z3’
)、(x4’
，y4’
，z4’
)，计算车架7的调整到目标状态时四个电磁吸盘所需要的中心偏移位移(
△
x1，
△
y1，
△
z1)、(
△
x2，
△
y2，
△
z2)、(
△
x3，
△
y3，
△
z3)、(
△
x4，
△
y4，
△
z4)，四个电磁吸盘的中心偏移位移分别与车架7表面四周所标定的四点坐标偏移位移相同，因此可以按照电磁吸盘的中心偏移位移来对应调整车架7的位置；其中，三维坐标的三个坐标值分别代表x向、y向以及z向所需要调节的距离；
[0127]
6、四个x向伺服电缸、四个y向伺服电缸、四个顶升油缸12按照计算结果，分别驱动四个底部移动平台22、四个顶部移动平台21移动、左右两侧的升降平台11，将车架7调整到目标对中位置状态；此过程通过四个底部移动平台22、四个顶部移动平台21、2个升降平台11，共计10个运动轴的联动，可实现车架7的上、下、前、后、左、右六个方向的移动；
[0128]
7、3d相机3再次扫描车架7的当前三维坐标，并将数据传输给控制单元100进行复核，如果此时车架7的当前三维坐标和目标三维坐标还存有偏差，重复第5步进行微调；
[0129]
8、等待装配作业完成后，顶升油缸12收缩，左右两侧升降平台11降至中位，车架7落到承载车辆6上，顶部移动平台21上的电磁吸盘断电，解除对车架7的吸附；
[0130]
9、顶升油缸12继续收缩，顶升油缸12驱动左右两侧相应的升降平台11降低至最低位，顶部移动平台21与车架7脱离，四个底部移动平台22、四个顶部移动平台21复位，承载车
辆6运输装配后的车架7进入下一工序，对中装置等待下一个车架7的作业循环。
[0131]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0132]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0133]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0134]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。