本發明涉及鋁合金車輪機械加工自動化機械領域。具體地說涉及一種輪轂表面二維碼的激光刻錄讀取設備與方法。
技術背景
在輪轂行業生產加工中，對輪轂信息精準追溯的要求越發強烈，目前國內外在輪轂表面進行二維碼激光刻錄與讀取方面，已經有一定的相應產品和技術發展，如中國專利cn201210475956.8公開了一種輪轂打碼系統，適用于不同尺寸的輪轂。中國專利cn201320464624.x公開了一種打碼機，打碼機本體上設有墨盒和導軌，導軌上設有打碼裝置。中國專利cn201410022300.x公開了一種打碼機，其包括用于承載待打碼件的機臺和用于檢測所述待打碼件位置的位置檢測裝置，其中，所述打碼機還包括用于調整所述待打碼件位置的位置調整裝置，當所述位置檢測裝置檢測到設置在所述機臺上的所述待打碼件偏離于預設位置時，所述位置調整裝置能夠將所述待打碼件移動至所述預設位置。中國專利cn201510619315.9公開了一種應用于鋼材的激光在線高效蝕刻及產品防偽溯源系統，其特征在于：包括數據加密系統、激光刻碼系統、數據存儲系統及防偽查詢系統，所述激光刻碼系統采用激光將形成的加密二維碼蝕刻至鋼材上，通過對二維碼的識別判斷產品的真偽性。
但目前上述設備和方法均有不同程度上的局限性，對多種輪型不同模具的區分方面，還沒有成熟的技術方案與成型的設備。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提出了一種輪轂表面二維碼的激光刻錄讀取設備與方法，具有精準識別不同輪型不同模具等信息的能力，具有穩定快速對生產線上的輪轂進行加工。設備的工作流程精練，系統分步工作實現了多工位加工過程，很大程度上提高了設備的穩定性和節省了生產節拍。
本發明完整的技術方案包括：
一種輪轂表面二維碼刻錄與讀取設備，包括輪轂流轉輥道、輪轂居中定位裝置、頂升裝置、旋轉裝置，3d識別裝置，六軸工業機器人，2d識別裝置，焦距確認裝置，二維碼激光刻錄裝置，二維碼讀碼裝置、電氣控制柜以及控制系統；
所述六軸工業機器人位于輪轂流轉輥道一側，其工作區域位于輥道正上方；
所述頂升裝置位于輪轂流轉輥道下方，安裝高度低于輪轂流轉輥道上表面，所述輪轂居中定位裝置位于輪轂流轉輥道上，頂升裝置的兩側；
所述3d識別裝置固定在輪轂流轉輥道遠離工業機器人的一側；
所述2d識別裝置，焦距確認裝置，二維碼激光刻錄裝置，二維碼讀碼裝置集成安裝在輪轂流轉輥道遠離工業機器人的一側的電氣控制柜上，所述2d識別裝置，焦距確認裝置，二維碼激光刻錄裝置，二維碼讀碼裝置的中心保持在同一水平線上，所述二維碼激光刻錄裝置用以根據預定的設置開始對輪轂進行二維碼的刻錄，所述焦距確認裝置，用于校驗激光刻錄器與輪轂表面刻碼位置之間的距離，所述二維碼讀碼裝置，用于二維碼刻錄完成后的讀取校驗，所述2d識別裝置用以當輪轂到達其對特征點的識別區域后，2d識別裝置拍照尋找特征點。
優選的，所述輪轂居中定位裝置為輪轂居中定位抱爪，所述頂升裝置為頂升十字鐵架，所述旋轉裝置為伺服電機，所述3d識別裝置為3d相機，所述2d識別裝置為2d相機，所述焦距確認裝置為激光傳感器，所述二維碼激光刻錄裝置為激光刻錄器，所述二維碼讀碼裝置為讀碼相機。
優選的，所述頂升十字鐵架表面帶有螺紋。
優選的，所述輪轂居中定位抱爪下方設有與其連接的氣缸與電磁閥，監控其夾緊松開的狀態。
優選的，所述3d相機，由金屬支架固定在輪轂流轉輥道遠離工業機器人的一側，相機安裝高度與輪轂頂升后外輪輞字符的高度保持一致，安裝角度能夠調節。
優選的，所述3d相機通過識別輪轂外輪輞上的字符，以識別輪轂的輪型號與模具號。
優選的，所述2d相機通過識別輪轂內法蘭盤內的特征點，以確定二維碼的刻錄位置。
優選的，所述六軸工業機器人通過夾緊松開動作抓取輪轂輪唇，實現輪轂的大范圍內的位移。
優選的，所述控制系統由工控機和plc工業電路組成，用以監控各類信號并發送動作指令。
利用本發明所設計的輪轂表面二維碼刻錄與讀取設備進行輪轂表面二維碼刻錄與讀取的方法，包括：
(1)輪轂輪型的識別：輪轂進入激光刻錄工作區域后首先由輪轂居中定位裝置對輪轂進行居中定位，頂升裝置將居中后的輪轂頂起，旋轉裝置，帶動輪轂旋轉180°，位于輥道旁邊的3d識別相機采集旋轉的輪轂表面字符信息，控制系統通過對采集的字符信息進行處理，判斷輪轂的輪型信息。
(2)刻碼位置的確定：六軸工業機器人夾取輪轂對輪轂內法蘭盤進行拍照，找到其特征點并與標準位置進行比較，計算出旋轉角度，六軸工業機器人帶動輪轂旋轉，確定二維碼刻錄位置。
(3)二維碼的刻錄與讀取：六軸工業機器人帶動輪轂到達二維碼刻錄位置后，控制系統觸發刻碼信號，二維碼激光刻錄裝置根據預定的設置開始對輪轂進行二維碼的刻錄，刻錄完成后機器人帶動輪轂到達讀碼位置，二維碼讀碼裝置對刻錄的二維碼進行識別，輸出識別結果完成設備工作。
優選的，所述輪轂居中定位裝置為輪轂居中定位抱爪，所述頂升裝置為頂升十字鐵架，所述旋轉裝置為伺服電機，所述3d識別裝置為3d相機，所述2d識別裝置為2d相機，所述焦距確認裝置為激光傳感器，所述二維碼激光刻錄裝置為激光刻錄器，所述二維碼讀碼裝置為讀碼相機。
優選的，包含兩處識別定位：
1.通過3d相機識別輪轂外輪輞上的字符來識別輪轂的輪型號與模具號；
2.通過2d相機識別輪轂內法蘭盤內的特征點來確定二維碼的刻錄位置。
優選的，輪轂外輪輞上的字符與內法蘭盤上的特征點都是通過低壓鑄造機鑄造時形成的，字符和特征點具有一些特定的規范要求，或特征以便于識別。
優選的，步驟(1)中，3d相機在輪轂旋轉過程中通過發送接收條形光束的形式不斷采集外輪輞表面的特定字符，系統對采集的字符進行識別，生成需要的輪型信息與二維碼編碼信息。
優選的，步驟(1)中，當光電開關檢測到輪轂到達指定位置時，輪轂居中定位抱爪夾緊，電磁閥檢測到輪轂居中定位抱爪壓力到達設定值時輪轂居中定位抱爪打開，完成居中定位；
優選的，步驟(1)中，頂升氣缸托舉上方的十字鐵架，由氣缸控制其頂升下降動作，當系統檢測到輪轂居中定位抱爪動作已完成時氣缸頂升十字鐵架，當系統檢測到伺服電機反轉信號完成時氣缸帶動十字架下降，完成頂升下降動作；
優選的，步驟(1)中，伺服電機連接十字鐵架帶動輪轂旋轉，當系統檢測到頂升動作完成時伺服電機開始順時針旋轉，當系統檢測到機器人已取料信號時伺服電機開始逆時針旋轉至原位，完成旋轉動作；
優選的，步驟(1)中，3d相機由支架固定在輥道旁邊角度可調，3d相機安裝高度與輪轂頂升后外輪輞上的字符高度保持一致。
優選的，步驟(2)中，刻錄位置的確認步驟為：輪轂到達2d相機對特征點的識別區域后，2d相機拍照尋找特征點，控制系統內預設不同輪型的特征點與二維碼刻錄位置的位移值，控制系統據此判斷二維碼刻錄位置是否在允許范圍內，如果二維碼刻錄位置不在允許范圍內，控制系統根據特征點位置計算并進行輪轂位置調整，重復2d相機拍照尋找過程，重復判斷過程；
當控制系統判斷二維碼刻錄位置已經在允許范圍內，輪轂運動到下一工序位置，當相機不能找到特征點或者控制系統判斷輪轂累計旋轉角度的絕對值之和大于180°時，機器人將輪轂放置在輥道下料位置，輸出刻碼失敗信號。
優選的，步驟(3)中，刻錄焦距確認步驟為：輪轂到達焦距確認位置，激光傳感器對焦距信號進行測量，測量結果未在焦距的刻錄允許范圍內時，控制系統根據測量結果調整輪轂與激光刻錄器的距離，調整完成后激光傳感器再次對焦距信號進行測量，測量結果仍未在焦距的允許范圍內，機器人將輪轂放置在輥道下料位置，輸出刻碼失敗信號，測量結果在焦距的允許范圍內，輪轂運動到激光刻錄確認位置開始激光刻錄工作，刻錄完成后輪轂到達讀碼位置，讀碼相機對刻錄的二維碼信息進行讀取工作。
特別是，在本發明中，輪轂居中定位裝置、頂升裝置、旋轉裝置主要實現了輪轂沿軸中心的勻速旋轉，旋轉過程中3d相機同步采集輪轂表面圖像，系統通過對圖像進行分析，識別出外輪輞上的字符，判斷出輪型信息與模具信息。系統內部存儲有對應輪型的一系列信息包括輪轂高度、輪唇厚度、減重窩位置等，系統會根據輪轂輪型和對應的輪型信息，調整機器人的動作；系統還會根據判斷出來的輪型生成相應的二維碼編碼。輪轂表面二維碼刻錄與讀取設備應用六軸工業機器人來實現輪轂的各種動作。輪型識別完成后，系統會給六軸工業機器人發送動作指令，機器人去取料點通過氣缸夾緊夾爪抓取輪轂輪唇，來實現六軸機器人帶動輪轂大范圍位移的目的。輪轂首先到達輪轂刻錄位置識別區域，2d相機對輪轂內法蘭盤進行拍照，系統對圖像進行識別，找到法蘭盤上的特征點，特征點與二維碼刻錄位置具有確定的位移關系，不同的輪型對應不同的位移關系，系統會根據輪型分析拍照時特征點的位置與設定位置的偏差，給機器人發送動作指令，完成位置調整；一次調整完成后系統發送指令拍照、判斷、調整，調整完成的指令是特征點達到設定的區域范圍內，調整失敗的指令是2d相機拍照不能找到特征點或者系統判斷輪轂累計旋轉角度的絕對值之和大于180°。輪轂法蘭盤內的特征點到達設定的區域范圍后，機器人動作輪轂到達焦距確認位置，激光傳感器對焦距信號進行測量，測量結果未在焦距的刻錄允許范圍內時，系統根據測量結果調整輪轂與激光刻錄器的距離，調整完成后激光傳感器再次對焦距信號進行測量，測量結果仍未在焦距的允許范圍內，機器人將輪轂放置在輥道下料位置，輸出刻碼失敗信號，測量結果在焦距的允許范圍內，輪轂運動到激光刻錄確認位置開始激光刻錄工作，刻錄完成后輪轂到達讀碼位置，讀碼相機對刻錄的二維碼信息進行讀取工作。
本發明與現有技術相比具有如下優點：
1、設備分為多工位生產，很大程度上提高了設備的穩定性，節省了加工節拍，提高了加工效率。
2、與其他打碼設備相比，輪轂表面二維碼刻錄與讀取設備增加了識別功能，使刻錄的二維碼包含更多信息，實現了輪轂信息精準追溯。
3、輪轂內法蘭面結構比較復雜，用于二維碼刻錄的區域范圍有限，輪轂表面二維碼刻錄與讀取設備實現了刻錄位置的準確定位，提高了設備二維碼的刻錄與讀取成功率。
附圖說明
圖1是本發明的輪轂表面二維碼的激光刻錄讀取設備結構示意圖。
圖中：1-3d相機、2-輪轂居中定位抱爪、3-頂升十字鐵架、4-六軸工業機器人、5-讀碼相機、6-激光傳感器、7-激光刻錄器、8-2d識別相機。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步描述。
如圖1所示，一種輪轂表面二維碼刻錄與讀取設備，包括輪轂流轉輥道、輪轂居中定位抱爪2、頂升十字鐵架3、伺服電機，3d相機1，六軸工業機器人4，2d相機8，激光傳感器6，激光刻錄器7、讀碼相機5、電氣控制柜以及控制系統；
3d相機1由金屬支架固定在輥道遠離工業機器人的一側，3d相機安裝高度與輪轂頂升后外輪輞字符的高度保持一致，安裝角度可調，其通過識別輪轂外輪輞上的字符，以識別輪轂的輪型號與模具號；
輪轂居中定位抱爪2連接下方的氣缸與電磁閥，監控其夾緊松開的狀態，其位于輪轂流轉輥道上，頂升裝置的兩側；
頂升十字鐵架3表面帶有螺紋，安裝高度低于輥道上表面，頂升旋轉時螺紋可以增大與輪轂的摩擦，實現十字鐵架與輪轂能夠同步旋轉；
六軸工業機器人4位于輪轂流轉輥道一側，主要工作區域位于輥道正上方；其通過夾緊松開動作抓取輪轂輪唇，實現輪轂的大范圍內的位移。
讀碼相機5，用于二維碼刻錄完成后的讀取校驗，安裝位置在激光刻錄器后同一水平線上；
激光傳感器6，用于校驗激光刻錄器與輪轂表面刻碼位置之間的距離；激光刻錄器7，安裝要求激光傳感器之間的距離盡可能的小，保證激光傳感器測量結果的準確性；
2d相機8保證與激光傳感器、激光刻錄器、讀碼相機的中心保持在同一水平線上，2d相機通過識別輪轂內法蘭盤內的特征點，以確定二維碼的刻錄位置。
所述控制系統由工控機和plc工業電路組成，用以監控各類信號并發送動作指令。