基于视觉识别的自动取封盖装置设计探讨

基于视觉识别的自动取封盖装置设计探讨

韩柱,,于冠军

山东莱茵科斯特智能科技有限公司  山东淄博  255000

摘要：在目前的生产领域中，取封盖装置在很多行业都有一定应用，对应不同的需求，取封盖装置也出现了很多不同形式和功能，可以适应小型化的生产车间，也可以在大批量规模化生产中应用。相对于国外发达国家而言，我国的取封盖技术研究和应用起步较晚，这些也阻碍了行业以及国家工业的发展进程。我国取封盖装置在部分领域还没有得到有效推广应用，本文是以视觉识别技术为基础的自动取封盖装置进行方案设计，为相关产业对这一装置有效开发和应用提供一些思路。

关键词：视觉识别技术；自动取封盖装置；设计

取封盖装置适用于劳动力大、危险性操作场合，而在具体的操作中，精准定位比较困难，其操作流程也比较繁琐，需要合理设计，确保自动化操作水平提升。视觉识别为取封盖装置的自动化设计提供了技术支持，本文研究视觉识别下的自动取封盖装置设计思路，这对于该装置优化设计具有一定参考价值。

1. 自动取封盖装置应用优势

在一些特殊的工作环境中，人力直接进行操作是存在很大风险大。如，在核辐射环境中，通过远程操作装置以及装置自动运行可以实现对核电站的自动化管控，实现对于核废料的有效处理。这样可以有效避免人力参与，保证核电运行安全性不断提升[1]。自动开封盖装置是水泥固化线中的精密仪器设备，可以在低放射性废物的金属桶中实现开盖以及封盖操作，整体操作流程比较复杂，对于自动化以及智能化的要求严格。目前在特殊工作环境中的自动开封装置研究并不多，相关技术积累有限，且防辐射材料的成本高，工程样机出现后无法进行修改和完善。所以，研究自动取封盖装置设计方案，可以更好的把握核心设备设计和系统集成技术，形成相应技术系统，可以为自动化装置设计提供有效支持，促进整体设备造价和成本控制目标实现[2]。

2. 装置设计思路概述

2.1设备性能

设计自动开封盖装置，该装置应包含拧紧轴、取盖气爪、定位装置、桶盖存放架等。设计时可以在综合控制系统中对于开封盖装置进行手动或者是自动操作设置。

第一步，水泥固化线系统可以结合相应控制命令，辊道传输线可以将金属桶运输到装置下方位置，实现对金属桶的取盖或者是封盖操作[3]。在取盖操作中，装置可以结合实际的定位精度需要，对于相应金属桶做好定位。开封盖装置扳手以及金属桶上的螺栓要处于正中位置，将螺栓拆除。这一步操作后，可以将桶的盖子和螺栓一起进行提升，确保桶盖和金属桶分离开来，在取盖后，将金属桶运到后续的工位上。

取下的桶盖可以暂时放在开封盖装置存放架上，这样装置可以连续进行取盖和封盖操作，一般存放架能够存放至少两个桶盖。而在封盖操作中，具体的开封盖装置需要基于对应的精度要求，做好桶盖定位工作。再调整开封盖装置的桶盖角度，确保桶上螺纹孔和螺栓对中，全部完成后可以将桶盖移动到桶上，结合设定扭矩将螺栓拧紧。最后，装置和金属桶脱离接触，自此整个自动开封盖操作就完成了[4]。

2.2设计要求

设计基于视觉识别的自动开封盖装置，相应装置设计要尽可能降低定位装置的误差，这是提升系统性能可靠性的需要。废物桶的精确定位需要借助开封盖装置定位系统来进行。考虑到废物桶在定位完成后，或是直接存放于架上进行定位，桶盖的螺栓相对力矩扳手还会有很大误差，自动开封盖装置需要确保自身的适应力较强。

此外，装置的抓具以及力矩扳手也需要确保型号合适，性能可靠。在定位装置、抓具、力矩扳手失效的状况下，或者是在工作误差范围较大的情况下，自动开封盖装置可以进行自动检测，在考虑对于其他设备不产生损害的情况下，自动进入到安全状态中，在人工解除安全状况后，即可恢复正常。

3. 系统设计

现阶段，网络在各行各业都有广泛应用，相关互联网技术也在不断发展更新，人工智能技术开始渗透到社会生产生活的众多领域。而就自动取封盖装置发展而言，目前其自动化、无人操作车间发展比较快速。全自动以及无人化操作需要智能加工设备在加工中保证相关桶加工部位定位精准，所以需要做好桶定位工作，借助视觉识别技术确保机械定位准确。视觉识别技术定位功能是通过识别组件中安装的微型摄像机来完成的[5]。

目前，在技术领域，已经实现了通过视觉识别技术应用来研发多台不同型号不同功能的自动化机床以及智能化车床加工设备的目标，相关设备在生产加工中可以替代部分的人工作业，如机械上下料、机械分拣等操作，可以大大解放劳动力，实现生产过程的自动化。如，在自动取封盖装置中，借助视觉识别技术，可以对于PCB板在切割机中的精准定位以及自动化上下料，大大提升生产效率。识别组件定位能力关键在于其上端安装的微型摄像头数量及像素，一般可以使用100万像素的微型摄像机，在此基础上安装的摄像机数量越多，整体识别组件对加桶的定位精准度就越高。

3.1系统安全设计

要确保自动开封盖装置系统安全，在电气系统环节以及机械系统中可以增加限位以及反馈装置，在系统运行异常或者是出现断电情况下，可以及时反馈到控制器来处理。要实现设备安全设计，需要从软件、电气、机械这三方面进行。

而在控制系统上，如果出现异常断电，自动开封盖装置会进入锁定状态，相关执行机构可以保持动作，在恢复电源后，及时给出报警提示，在装置恢复正常后，人工解除锁定情况，保证后续动作执行。此外，电气系统方面，因为包含电流过载保护模块，在相应运动模块设置限位传感器。这类设备以并联为主，可以再出现传感器失效情况下，确保系统安全性。在机械设计中，各个运动方向都需要添加机械限位，确保运功模块在失控时，被限制在安全运动范围内，就不会导致结构干涉问题。在出现断电状况时，整体模块能够进行机械自锁，确保在原始状态下，到控制器发出相应指令后解锁。

3.2定位设计

自动开封盖装置借助平动模块、升降模块、旋转模块带动拧紧机头实施水平、升降以及旋转模块运动。浮动机构在平动机构滑块上，通过拧紧机头可实现垂直于水平运动方向的浮动和锁定。旋转机构下是旋转圆盘，靠抓取桶盖抓具、拧螺钉的力矩扳手以及定位装置来构成。而定位装置将桶盖法兰外圆周作为基础，在进行桶盖夹紧中，通过浮动机构可以实现机头拧紧，让其和金属桶中心自动对中。拧紧机头在旋转机构作用下，可以借助传感器找到螺钉位置，实现力矩扳手以及螺钉中心的对中。

自动开封盖装置的机械主体有：定平台、移动平台以及定位平台，机械结构设计需要达到刚度以及强度要求，需要适当减轻其自身负荷，确保系统响应快速。

总结：针对特殊工作环境，基于视觉识别的自动取封盖装置设计具备多种应用优势，在具体装置系统设计中，关键是做好定位设计，其次是确保装置的安全性能，这样的自动取封盖装置才能更好的应用在相关行业的取封盖操作中，避免人工操作，提升自动化控制和生产水平。

参考文献：

[1] 贾占举,刘文磊,范继珩,等. 放射性废物固化桶自动取封盖装置调研对比分析[J]. 机械工程师,2021(4):79-81.

[2] 中国核电工程有限公司. 包装容器、自动取封盖装置、自动取封盖系统及方法:CN202210310475.5[P]. 2022-07-15.

[3] 江苏希捷新能源工程技术有限公司. 一种核废料钢桶自动取封盖系统用定位旋转装置:CN201921063729.8[P]. 2020-07-10.

[4] 通裕重工股份有限公司. 用于核废料钢桶的自动取封盖装置及其用途:CN201810844380.5[P]. 2018-11-23.

[5] 六安索伊电器制造有限公司. 一种智能化数字营养冲调机用饮料杯压盖加注装置:CN202111515292.9[P]. 2022-03-11.

韩柱，性别：男，民族：汉族，出生年月：1980.04，籍贯：山东省淄博市，学历：本科，职称：中级，研究方向：智能控制

于冠军，女，汉族，出生年月：1979.2.3，籍贯：山东省淄博市，大学本科，高级讲师，研究方向控制工程