一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统技术方案

发明专利技术提供一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统，包括控制模块

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统


[0001]本专利技术涉及变位机控制系统，尤其涉及一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统
。

技术介绍

[0002]随着人们出行的频率增加，对汽车的需求量也日益增大
。
这对汽车的生产效率和质量都提出了更高的要求
。
在汽车生产过程中，车身焊接是必不可少的一个工艺，通常都是进行批量生产，生产加工时车身被固定在工装上，工装安装在滑动导轨上，待机器人末端移至指定位置后，车身会需要被托起，进行焊接工艺，目前常用的托起设备是三元智能变位机
。
[0003]在汽车行业中，三元智能变位机也通俗地被称为
NC(Numerical Control)
设备，本文特指3自由度设备
。
根据焊接车身的定位需求，三元智能变位机的数量会有不同，本文按总装升降工艺，将变位机的数量设定为
4。
在车身正式进入批量生产前，需要对变位机进行变位机点位示教，调试等工作，来保证变位机上安装的定位销能在指定时间点准确地插入车身指定的孔，托起车身至机器人指定位置
。
目前的示教工作，主要还是依靠人为手动对准，手动对准存在着对准效率低，对准精度低等问题，常常导致孔位对不准，同时在多台变位机协同示教前对准关系又没有及时被调整，从而导致某个变位机或多个变位机上的销未进入指定孔位或未完全进入指定孔位，从而导致车身在提升过程中各变位机受力不平衡，进一步使得伺服驱动器瞬间电流过载，最终导致变位机所对应伺服驱动器报错，这往往带来需要重复吊装的问题，更严重的甚至导致调试过程中重物或车身掉落引起的安全事故和经济损失
。
针对这类问题，目前发现并没有合适的解决方案来提升效率和保障安全，因此本文提出一种依靠视觉定位来使变位机准确地移动至指定位置的方案
。
[0004]目前
NC
相关配套设备生产厂家主要有精工自动化，新玛特，安川，沃恩斯和
ABB。
上述厂家中的
NC
由三个自由度组成，动作形态为直交型，即
z
轴垂直于
x
‑
y
所构成的水平面
。
关于视觉定位或视觉引导的方案均暂未包含标准解决方案，其控制系统所支持的
NC
数量一般以偶数对形式存在
(2
，4，6，
8)。
因此提出一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统的方案对提高变位机控制系统的示教的效率有重要的现实意义和对行业整体提高生产效率也有巨大的潜在应用价值
。
[0005]目前变位机示教过程中提升负载的主要方法如下：首先由天车将重物吊起并移动至变位机上方大致位置，由于相关视觉系统目前还不是标准设备，所以对于变位机的示教主要靠手工操作
。
在示教前，需要对变位机进行零位校准
。
在示教过程中，由控制器发出伺服运动指令，驱动变位机的伺服电机在
x
和
y
方向上的运动，待示教工作完成，人为认定4个变位机到达指定位置，即变位机上的定位销已对准提升平台的孔位
。
接下来控制器发出伺服运动指令，驱动变位机垂直方向的伺服电机运动，工作方式有2个变位机协同升起插入负载孔内或4个变位机协同升起插入负载空位内，这一步视具体工艺而定
。
待4个定位销均已插入孔位内，所有变位机作协同运动通过提升平台将负载提升至机器人指定操作区域
。
[0006]上述过程，即现有变位机提升重物的流程中存在的问题有以下几点：
[0007]1、
手动示教效率低，且精度不高，如果要提升定位精度，需要额外增设测量设备，费时费力
。
[0008]2、
增加测量设备后，对变位机的伺服设定位置控制模式，那么变位机在
x
‑
y
平面内的运动能得到保证，即与负载的孔位和定位销的配合能得到保证
。
但是在
z
方向，因伺服在位置控制模式下对编码器要求非常高，如果变位机在
x
‑
y
平面上的定位不准确，会导致变位机在提升负载的过程中，由于受力不均，而导致4个变位机支点的电流不稳定，那么编码器数值改变也并不一定能起到一致的效果，此时易触发伺服异常报警
。
[0009]3、
如果设定变位机的伺服运动为转矩控制模式，那么变位机在
x
‑
y
平面内的运动得不到保证，误差不仅来源于手动示教的误差，且来源于转矩控制模式的误差，此时销与孔位的定位误差将叠加，这将直接导致变位机在提升重物过程中，定位销并没有插进负载的孔位内，而是在负载的倒角边缘或完全裸露在在孔外，这会增加变位机在提升重物过程中的不稳定性因素，严重的甚至导致负载掉落等问题
。

技术实现思路

[0010]根据以上技术问题，本专利技术提供一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统，包括控制模块
、
视觉模块
、
导轨运动模块
、
标定模块
、
坐标系对齐模块
、
通信模块
、
变位机伺服模块
、
伺服精调模块，所述控制模块分别和视觉模块
、
导轨运动模块
、
标定模块
、
坐标系对齐模块
、
通信模块
、
伺服精调模块连接，所述变位机伺服模块分别和伺服精调模块
、
通信模块连接，所述坐标系对齐模块和通信模块连接，所述视觉模块
、
导轨运动模块
、
标定模块
、
坐标系对齐模块
、
通信模块
、
变位机伺服模块
、
伺服精调模块均为子模块
。
[0011]控制模块设置在控制器内部，子模块均由控制模块下发指令；
[0012]视觉模块由相机
、
相机定位架
、
光源组成；
[0013]导轨运动模块视不同工厂的调试环境而定，一般由工件负载和工件安装台组成，工件负载和工件安装台首先通过导轨被运送至指定的待提升位置，接着由变位机将安装在工件工作台上的工件提升至机器人操作区域位置
。
[0014]标定模块由变位机标定模块和相机定位架标定模块组成，变位机本身具有0位校验功能，可有检验销实现
。
[0015]相机定位架需要放置在合适的位置，方便相机拍照
。
[0016]坐标系对齐模块由所识别特征在相机坐标系下坐标和所识别特征在世界坐标系下坐标组成，涉及的坐标转换在下文阐述
。
[0017]通信模块由
EtherCAT
伺服节点通信和基于
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统，其特征在于包括控制模块
、
视觉模块
、
导轨运动模块
、
标定模块
、
坐标系对齐模块
、
通信模块
、
变位机伺服模块
、
伺服精调模块，所述控制模块分别和视觉模块
、
导轨运动模块
、
标定模块
、
坐标系对齐模块
、
通信模块
、
伺服精调模块连接，所述变位机伺服模块分别和伺服精调模块
、
通信模块连接，所述坐标系对齐模块和通信模块连接，所述视觉模块
、
导轨运动模块
、
标定模块
、
坐标系对齐模块
、
通信模块
、
变位机伺服模块
、
伺服精调模块均为子模块
。2.
按照权利要求1所述的一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统，其特征在于控制模块设置在控制器内部，子模块均由控制模块下发指令；视觉模块由相机
、
相机定位架
、
光源组成；导轨运动模块由工件负载和工件安装台组成，工件负载和工件安装台首先通过导轨被运送至指定的待提升位置，接着由变位机将安装在工件工作台上的工件提升至机器人操作区域位置
。3.
按照权利要求1所述的一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统，其特征在于标定模块由变位机标定模块和相机定位架标定模块组成，变位机本身具有0位校验功能，可有检验销实现
。4.
按照权利要求1所述的一种基于视觉定位的三元智能变位机控制系统，其特征在于坐标系对齐模块由所识别特征在相机坐标系下坐标和所识别特征在世界坐标系下坐标组成；通信模块由
EtherCAT
伺服节点通信和基于
485/232/Modbus
的信号通信
。5.
按照权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘中学，俞育堃，
申请(专利权)人：上海智殷自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：