[发明专利]一种网络变压器的精准整脚装置

权利要求书

1.一种网络变压器的精准整脚装置，包括机架（1）、定位器（2）、上料器（3）、下料板（4）、整形头（5）、移动机构（6）、摄像头（7）、运动控制器和工业电脑；其特征在于：所述的机架（1）上装有定位器（2）；定位器（2）一端呈倾斜状连接有上料器（3）；定位器（2）另一端呈倾斜状连接有下料板（4）；定位器（2）内侧的机架（1）上通过移动机构（6）装有整形头（5）；定位器（2）上方通过支架装有摄像头（7）；摄像头（7）与工业电脑连接；工业电脑通过运动控制器与移动机构（6）和定位器（2）电连接；

所述的定位器（2）包括定位座（8）、压紧汽缸（9）、推送汽缸（12）和照明灯珠（13）；所述的定位座（8）的中部设置有导向滑槽（14）；导向滑槽（14）一侧通过压紧汽缸（9）装有压紧头（15）；导向滑槽（14）一端的机架（1）上装有推送汽缸（12）；导向滑槽（14）两侧上方的定位座（8）上对称设置有一排照明灯珠（13）；

所述的上料器（3）包括底板（37）、压块（38）和下料汽缸（39）；定位座（8）一端呈倾斜状连接有底板（37）；底板（37）上设置有储料滑槽（18）；储料滑槽（18）的底端设置有限位块（16）；限位块（16）一侧设置有导向溜槽（17）；导向溜槽（17）与储料滑槽（18）连通；储料滑槽（18）另一端上方的底板（37）上装有压块（38）；压块（38）与底板（37）之间设置有导管卡孔（19）；导管卡孔（19）与储料滑槽（18）连通；所述的储料滑槽（18）下端另一侧装有下料汽缸（39）；下料汽缸（39）与导向溜槽（17）呈相向设置；

所述的下料板（4）上设置有接料滑槽（20）；接料滑槽（20）与定位座（8）的导向滑槽（14）一端连通；

所述的移动机构（6）包括纵向丝杆（21）、横向丝杆（22）、纵移滑板（23）、横移滑块（24）、驱动电机A（25）、驱动电机B（26）、蜗杆（27）和蜗轮（28）；机架（1）上通过滑轨滑动装有纵移滑板（23）；纵移滑板（23）下方的机架（1）上通过轴承座对称装有两组纵向丝杆（21）；纵向丝杆（21）与纵移滑板（23）相连接；纵向丝杆（21）一端的机架（1）上通过驱动电机A（25）装有蜗杆（27）；蜗杆（27）通过蜗轮（28）与纵向丝杆（21）一端相连接；所述的纵移滑板（23）上通过滑轨滑动装有横移滑块（24）；横移滑块（24）下方的纵移滑板（23）上通过驱动电机B（26）装有横向丝杆（22）；横向丝杆（22）与横移滑块（24）相连接；横移滑块（24）上装有整形头（5）；

所述的整形头（5）包括立板（29）、转轮（33）、传动带（34）、整形电机（32）、整形针管（10）、升降条（31）、连接块（35）、缓冲弹簧（36）和衔接套（11）；横移滑块（24）上固装有立板（29）；立板（29）上通过对称设置的导轮（30）滑动装有升降条（31）；升降条（31）上方的立板（29）上通过整形电机（32）装有转轮（33）；转轮（33）的一侧通过传动带（34）与升降条（31）的上端连接；升降条（31）的前端端面固装有连接块（35）；连接块（35）的下端通过缓冲弹簧（36）连接有衔接套（11）；衔接套（11）的下端装有整形针管（10）。

2.根据权利要求1所述的一种网络变压器的精准整脚装置，其特征在于：该网络变压器的精准整脚装置的工作步骤如下：

1）、使用校机样品，得到样品图像；

准备一只合格的校机样品，用游标卡尺量得两排针脚排距Y1，脚间距X1；将校机样品放置到摄像头（7）下方定位座（8）的导向滑槽（14）的内部，随后启动压紧汽缸（9），使其通过压紧头（15）从侧面压紧的方式将校机样品压紧固定在导向滑槽（14）的内部；

启动照明灯珠（13）和摄像头（7），启动工业电脑中的sherlock视觉软件，软件通过网口给相机发送拍照指令，摄像头（7）拍照完成后将拍摄到的样品图像传送至工业电脑上；

2）、样品图像预处理；

sherlock视觉软件自动获取当前样品图像，建立一个1455x590像素大小的面形感兴趣区域以获得需要处理的像素范围，相当于将图像进行裁剪只获取有用部分，得到实时特征图片；

用sherlock软件中Draw、Dilate、Smooth、Erode、Threshold预处理将实时特征图片做简单的排躁处理以排除部分干扰；以得到预处理之后的样品图像；

3）、求样品针脚点坐标点阵；

用sherlock软件中的Crawler算法获取预处理之后的样品图像中的所有像素点的坐标得到点阵1以及每个轮廓点的像素点个数赋值给样品数组1、每个轮廓的起始像素点在点阵1中的位置赋值给样品数组2；

获取样品数组1中的第一个数字及样品数组2中的第一个数字用GetRange 指令从点阵1中获取构成样品第一个轮廓点的所有像素点坐标的点阵，再求这个点阵中所有点的中心点坐标得到第一个样品轮廓点的中心点坐标，循环操作得到所有样品针脚中心点坐标点阵2；

获取样品针脚中心点坐标点阵2中的第一个点求与样品针脚中心点坐标点阵2中其他点的距离筛选其中最小的距离并判断是否小于15个像素距离，如果小于15个像素距离则获取与其距离最小的点并与第一个点合并点，同时更改样品数组2和样品数组1的内容，循环操作将所有点判断合并一次，这样即可得到一个合并后的样品数组2和样品数组1；

获取合并后的样品数组2中的第一个数字和合并后样品数组1中的第一个数字用GetRange 指令从点阵1中获取构成样品第一个轮廓点的所有像素点坐标的点阵，用Extrema获取此点阵中的最左、最右、最上、最下的点坐标值，随后用最右坐标减去最左坐标得到横向长度，用最下坐标减去最上坐标得到纵向长度，用横向长度乘以纵向长度得到面积，判断横向长度是否小于40像素距离、是否大于10像素距离；纵向长度是否小40像素距离、是否大于10像素距离；面积是否小于1000像素；若全部满足要求则用此点阵中所有像素点拟圆得到圆心坐标和直径大小，若直径大于6个像素大小且小于30个像素大小将圆心坐标存入样品点阵3，以此循环得到所有样品轮廓中点坐标样品点阵3；因此产品为标准校机样品所以无噪点，故此点阵3中的每一个点都代表样品图像针脚点的中心点即得到样品针脚中心点坐标点阵3；

4）、求x尺寸像素比、y尺寸像素比

用样品针脚中心点坐标点阵3中所有点的坐标求得样品针脚点坐标点阵3的中心位置的中心点坐标，获取样品针脚中心点坐标点阵3中的第一个点，用第一个点的Y坐标减中心点Y坐标得到一个结果判断其正负，若正则将第一个点放入新建的样品针脚点坐标点阵4 ；为负则放入新建的样品针脚点坐标点阵5，以此循环将样品针脚中心点坐标点阵3中的所有点分别放入样品针脚中心点坐标点阵4和样品针脚中心点坐标点阵5；

用PtsToBestLine指令自动取样品针脚中心点坐标点阵4中80%的点拟合一条直线即上排拟合线，用PtsToBestLine指令自动取样品针脚中心点坐标点阵5中80%的点拟合一条直线即下排拟合线，取样品针脚中心点坐标点阵4中的中心位置点，过此中心位置点作上排拟合线的垂线，求上排拟合线和下拟合线之间的距离，得到图像上下两排针脚的像素距离Y同时将Y除以2得到的数字存入变量B；

分别将样品针脚中心点坐标点阵4、样品针脚中心点坐标点阵5中的所有点按x坐标的大小从小到大排序依次计算相邻两个点的距离并取所有距离的平均值得到像素脚间距X；

用游标卡尺量得的样品上下两排针脚之间的实际距离Y1除以上下两排针脚的像素距离Y得到y尺寸像素比；用游标卡尺量得的实际脚间距离X1除以像素脚间距X得到x尺寸像素比；这样即分别得到标准的实际尺寸与像素尺寸的比值即x尺寸像素比，y尺寸像素比；

5）、建立世界坐标系B；

按校机样品针脚顺时针方向建立一个标准的点阵模型，分别获取标准模型的左上、左下、右上、右下四个角点的像素坐标点；

在Input Box指令中用键盘输入校机样品的四个角点世界坐标值，将输入的四个角点理论世界坐标值通过串口发送给运动控制器以驱动整形头分别移动至校机样品的左上、左下、右上、右下四个角点针脚的上方，不断校正直到整形头移动到校机样品的四个角点针脚的正上方，此时的坐标值即为实际世界坐标值，同时记录下来；用calibrate usingpoints、四个角点的像素坐标点与四个角点的实际世界坐标点建立一个坐标系，即得到世界坐标系B;取出标准校机样品待上货正常整脚；

6）、待整脚工件的自动上料；

首先将装有待整脚工件的包装管插入到上料器（3）的导管卡孔（19）内，此时包装管内的工件在自身重力的作用下，将沿着储料滑槽（18）下滑至与限位块（16）抵触，此时包装管内的待整脚工件将依次排列在储料滑槽（18）的内部，位于最末端的待整脚工件与限位块（16）抵触；

装有待整脚工件的包装管装配完毕后，将另外一个空的包装管放置在下料板（4）的接料滑槽（20）上；随后启动该精准整脚装置，此时照明灯珠（13）亮起；而后工业电脑通过运动控制器控制下料汽缸（39），使其将储料滑槽（18）中末端的待整脚工件推送至导向溜槽（17）后复位；随后储料滑槽（18）中的待整脚工件将在重力作用下滑落至与限位块（16）抵触；进入到导向溜槽（17）的待整脚工件将沿着其斜面滑落至定位器（2）的导向滑槽（14）的内部；随后运动控制器控制推送汽缸（12）动作；推送汽缸（12）动作将待整脚工件推送至压紧头（15）一侧后复位；随后压紧汽缸（9）带动压紧头（15）动作通过从侧面压紧的方式将待整脚工件压紧固定在导向滑槽（14）的内部；

7）、摄像头（7）采集原始图片，工业电脑对原始图片进行预处理得出点阵模型：

7.1、sherlock视觉软件自动获取当前产品图像，建立一个1455x590大小的面形感兴趣区域以获得需要处理的像素范围，相当于将图像进行裁剪只获取有用部分，得到产品实时特征图片；

7.2、产品实时特征图片初步去噪；

用sherlock软件中Draw、Dilate、Smooth、Erode、Threshold预处理将产品实时特征图片做简单的排躁处理以排除部分干扰；以得到初步预处理之后的产品图像；

7.3、用初步去噪之后产品图像获取轮廓点；

用sherlock软件中的Crawler算法获取初步预处理之后的图像中的所有像素点的坐标得到产品点阵1以及每个轮廓点的像素点个数赋值给产品数组1、每个轮廓点的起始像素点在产品点阵1中的位置赋值产品数组2；

获取产品数组1中的第一个数字及产品数组2中的第一个数字用GetRange 指令从产品点阵1中获取构成第一个产品轮廓点的所有像素点坐标，再求这些像素点坐标的中心点坐标得到产品第一个轮廓点的中心点坐标，循环操作得到产品所有轮廓点中心点坐标点阵2；

获取产品中心点坐标点阵2中的第一个点求与其他点的距离筛选其中最小的距离并判断是否小于15像素距离，如果小于15像素距离则获取与其距离最小的点并与第一个点合并，同时更改产品数组2和产品数组1的内容，循环操作将所有点判断合并一次，其目的是为了避免有些产品因针脚横截面不平导致一个针脚出现两个轮廓点从而干扰测试，这样即可得到一个合并后的产品数组2和产品数组1；

获取产品数组2中的第一个数字和产品数组1中的第一个数字用GetRange 指令从产品点阵1中获取构成产品的第一个轮廓点的所有像素点的坐标，用Extrema获取此产品轮廓点中的最左、最右得点的横坐标值、最上、最下的点纵坐标值，用最右的点的横坐标值减去最左的点的横坐标值得到此产品轮廓点的横向长度，用最下的点纵坐标值减去最上的点的纵坐标值得纵向长度，用横向长度乘以纵向长度得到此产品轮廓点的面积，判断横向长度是个小于40像素大小且大于10像素大小、纵向长度是否小于40像素且大于10像素大小、面积是否小于1000像素且大于100像素大小；若全部满足要求则用此产品轮廓点中的所有像素点拟圆得到圆心和直径，判断直接是否小于40且大于10，若满足要求则将圆心存入点阵3，以此循环得到一个产品点阵3；

7.4、将获取的像素点阵分成上下两排建立产品点阵模型

用产品针像素点坐标点阵3中所有点的坐标求得产品针脚点坐标点阵3的中心位置的中心点坐标，获取点阵3中的第一个点，用第一个点的Y坐标减中心点的Y坐标得到一个结果判断其正负，若为正则将第一个点放入产品点阵4 为负则放入产品点阵5，以此循环将产品点阵3中的所有点分别放入产品点阵4和产品点阵5；

7.5、对获取产品点阵4和产品点阵5进行纵向去噪点；

用PtsToBestLine指令自动取产品点阵4中80%的点拟合一条直线即上排拟合线，用PtsToBestLine指令自动取产品点阵4中80%的点拟合一条直线即下排拟合线，用上、下两排拟合线拟合一条中心平分线，求产品点阵4中所有的点到中间平分线的距离，获取最大的距离判断，用之前校机得到的变量B乘以1.4，随后和获取的最大距离比较大小，若小于最大距离则删除产品点阵4中最大距离所对应的那个坐标点；获取点阵4中所有点到中间平分线的距离中的最小距离，用之前校机得到的变量B乘以0.6，判断此数是否小于最小距离若不满足则删除产品点阵4中最小距离所对应的那个点；循环执行待产品点阵4中的点到平分线最大的距离小于1.4倍的变量B最小距离大于0.6倍的变量B都成立为止；

求产品点阵5中所有的点到中间平分线的距离，获取最大的距离判断，用之前校机得到的变量B乘以1.4，随后和获取的最大距离比较大小，若小于最大距离则删除产品点阵5中最大距离所对应的那个坐标点；获取点阵5中所有点到中间平分线的距离中的最小距离，用之前校机得到的变量B乘以0.6，判断此数是否小于最小距离若不满足则删除产品点阵5中最小距离所对应的那个点；循环执行待产品点阵5中的点到平分线最大的距离小于1.4倍的变量B最小距离大于0.6倍的变量B都成立为止；这样即可排除纵向噪点得到排去纵向噪点之后的产品点阵4和产品点阵5；

7.6、对纵向除燥之后的点阵模型横向去噪处理得到完全去噪点之后的产品针脚中心点阵；

将除去纵向噪点的产品点阵4按x坐标由小到大排序，将除去纵向噪点的产品点阵5按x坐标由小到大排序，获取排序后的点阵4的第一个点，获取排序后的点阵5的第一个点 求两个点的x方向上的像素距离，用像素距离乘以x尺寸像素比得到产品点阵4中最左边的点到产品点阵5中的最左边的点在X轴方向上的实际距离，判断距离是否小于1mm若不满足要求再比较两个点的x坐标的大小，将x坐标小的点删除，这样排去最左边的噪点；

将排最左边的噪点之后的产品点阵4、产品点阵5按x坐标由大到小排序，获取排序后的产品点阵4的第一个点，获取排序后的产品点阵5的第一个点 求两个点的x方向上的像素距离，用像素距离乘以x尺寸像素比得到产品点阵4中最右边的点到产品点阵5中最右边的点的实际距离，判断距离是否小于1mm若不满足要求再比较两个点哪个的x坐标的大小 将x坐标大的点删除；这样排去最右边的噪点；

将排去最左和最右边噪点的产品点阵4、由小到大排列，获取第一个点坐标 ，获取第二个点坐标计算出两点距离，然后获取第三个点计算第二点和第三点的距离，将两个距离相加判断是否大于2.5mm若不满足则删除产品点阵4中的第二个点，循环执行将产品点阵4中的所有点都判断一遍即可得到排去相连两点之间的噪点得到去噪之后的产品点阵4；

将排去最左和最右边噪点的产品点阵5、由小到大排列，获取第一个点坐标 ，获取第二个点坐标计算出两点距离，然后获取第三个点计算第二点和第三点的距离，将两个距离相加判断是否大于2.5mm若不满足则删除产品点阵5中的第二个点，循环执行将点阵5中的所有点都判断一遍即可得到排去相连两点之间的噪点得到完全去噪之后的产品点阵5；

7.7、用完全去噪之后点阵建立产品坐标系A；

用完全去噪之后的产品点阵4拟合一条直线获取直线的斜率k1；用完全去噪之后的产品点阵5拟合一条直线获取斜率k2；求k1和k2的平均值k3；将产品点阵4和产品点阵5合并成一个新的点阵6，获取点阵6中所有点的中心点坐标，用中心点的坐标和k3以及x尺寸像素比和y尺寸像素比建立一个产品坐标系A；

8）、根据步骤7）得到的点阵6，工业电脑对进行计算后得出整形头5的移动路径；

将步骤7）产品点阵6中的所有像素点通过产品坐标系A逐一转换成产品坐标系下的点并存入产品点阵7中，即得到产品针脚在产品坐标系下的一个产品点阵7；

用标准产品在产品坐标系下每个针脚的的坐标建立一个标准点阵9，获取标准点阵9中第一个标准点点a1，求第一个点到产品点阵7中所有点的距离，将最小距离乘以2之后在加上标准产品针脚的直径，将得到的数字和0.7mm进行比较，若大于0.7mm则此针脚需要进行修整，获取最小距离的点在产品点阵7中的位置，随后获取产品点阵6中这个位置的点a2，即点a2为不良点；将点a2存入新建产品点阵8；计算点a1与点a2之间的距离得到d1，用d1乘以杠杆比值即整形头的有效长度与产品针脚长度的比值10得到d2,用d1除以d2得到长度比值，获取标准点点a1的横坐标x1、获取不良点点a2的横坐标x2，用x2减x1得到的数字乘以长度比值再加上x1得到x3；获取标准点a1的纵坐标y1、获取不良点点a2的纵坐标y2，用y2减y1得到的数字乘以长度比值再加上y1得到y3；用x3，y3生成一个修正点a3存入产品点阵8中；将标准点a1也存入产品点阵8中；循环执行将所有需要修整的针脚按照不良点、修正点、标准点的顺序存入到了产品点阵8中；因产品点阵中的每一个点都是像素坐标系中的像素点，所以再用校机得到的世界坐标系将产品点阵8中的每一个点按顺序依次转换成世界坐标系中点并存入新建的修整点阵9中即得到整形头（5）的修整路径；

9）、工业电脑根据步骤8）得到的整形头（5）的移动路径，控制其动作完成垂直度不合格针脚的整形工作后复位；其具体过程如下：

首先获取产品修整点阵9中的第一个点即不良针脚的世界坐标，发送指令控制移动机构（6）的驱动电机A（25）和驱动电机B（26）相互配合动作将整形头（5）推送至不合格针脚的正上方；而后整形头（5）中的整形电机（32）带动转轮（33）转动一定角度，使升降条（31）在重力的作用下下移，当升降条（31）上的整形针管（10）插入到不合格针脚上后，整形电机（32）停止动作；随后获取修整点阵9中的第二个点即修正点的世界坐标发送指令驱动电机A（25）和驱动电机B（26）相互配合动作带动整形头（5）精准动作将该不合格针脚修正后，获取修整点阵9中的第三个点即标准点世界坐标发送指令驱动电机A（25）和驱动电机B（26）相互配合带动整形头（5）复位；由此完成单个不合格针脚的修正工作；依次将修整点阵7中的所有点取出驱动移动机构（6）和整形头（5）重复单个不合格针脚的修正工作，当其将所有不合格针脚完成修正后，移动机构（6）和整形头（5）复位并再次测试，使待整脚工件经过整脚修正后形成合格工件；

10）、合格工件下料；

随后压紧汽缸（9）带动压紧头（15）复位松开合格工件；而后该网络变压器的精准整脚装置反复重复步骤6）、7）、8）和9）完成下个待整脚工件的整脚修正工作，在这一过程中，先期完成整脚的合格工件，将会被后续的合格工件顶出导向滑槽（14），使其最终沿着下料板（4）上的接料滑槽（20）进入到其内部的包装管中，完成包装工作。