面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)和變壓器鐵芯，該面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)可以通過(guò)機(jī)械臂和其上的抓取部自動(dòng)抓取和安裝硅鋼片以構(gòu)成變壓器鐵芯，通過(guò)圖像采集部和標(biāo)定板預(yù)先對(duì)抓取位姿進(jìn)行標(biāo)定，然后根據(jù)標(biāo)定的位姿在實(shí)際抓取過(guò)程中計(jì)算抓取硅鋼片位姿的差異量，從而修正抓取操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)于硅鋼片更加準(zhǔn)確的抓取和安裝。
【專利說(shuō)明】面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變壓器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片 自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)和一種變壓器鐵芯。

【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器鐵芯的疊裝是變壓器制造過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。如圖1A至圖1D所示，常見(jiàn) 鐵芯結(jié)構(gòu)形式有單相三柱、單相四柱、三相三柱、三相五柱及單相雙框式鐵芯。變壓器鐵芯 疊裝通常是數(shù)個(gè)軛\柱作為一個(gè)整體疊裝制造。變壓器的每個(gè)軛\柱鐵芯，由大量幾種不 同尺寸的硅鋼片堆疊組成。不同寬度規(guī)格的硅鋼片組成的鐵芯的橫截面近似為橢圓形。在 使用同一種規(guī)格的硅鋼片形成的一段當(dāng)中，各層之間通過(guò)多級(jí)步進(jìn)結(jié)構(gòu)，錯(cuò)開(kāi)每層中的硅 鋼片之間的邊緣縫隙，避免形成連續(xù)的空隙。典型的硅鋼片步進(jìn)有5級(jí)步進(jìn)、3級(jí)步進(jìn)、2級(jí) 步進(jìn)。
[0003] 在硅鋼片堆疊組裝過(guò)程中，要求硅鋼片平整無(wú)損傷無(wú)變形、相鄰的同一高度的硅 鋼片無(wú)重合疊壓、硅鋼片之間縫隙控制在很小的范圍內(nèi)，否則會(huì)造成變壓器鐵損過(guò)大、幾 何變形無(wú)法完場(chǎng)后續(xù)工序、機(jī)械強(qiáng)度不足等問(wèn)題。
[0004] 生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)硅鋼片上的工藝定位孔保證每一片安放在期望的位置，并以膠 木塊擊打硅鋼硅鋼片邊緣修正位置，令相鄰兩層對(duì)齊。在安放了一定厚度的硅鋼硅鋼片后， 暫停安裝，使用特制的金屬棒插入工藝定位孔形成的孔洞中檢測(cè)這一部分的連貫程度、使 用膠木塊擊打這一部分的邊緣保證豎直，并測(cè)量已經(jīng)疊放的鐵芯高度，檢查是否符合要求 的范圍。
[0005] 在現(xiàn)有技術(shù)中，硅鋼片的層層堆疊主要由人工完成。當(dāng)前生產(chǎn)中，面臨人工疊裝的 生產(chǎn)速度慢、需要間歇停止進(jìn)行檢測(cè)、效率有待提高、難以連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)、人力成本較高、 可能出現(xiàn)人為錯(cuò)誤、可能出現(xiàn)人身安全事故等的問(wèn)題。
[0006] 為了保證人工疊裝的精度，需要在硅鋼片上打孔用于工藝定位，用于輔助定位以 及生產(chǎn)過(guò)程中定期精度檢查。由于工藝定位孔的存在，定位孔在變壓器內(nèi)部形成聯(lián)通的空 間，造成變壓器具有一定的固有磁阻，相應(yīng)影響到變壓器的損耗與效率。
[0007] 同時(shí)由于前述步進(jìn)錯(cuò)開(kāi)要求，每一層相同規(guī)格硅鋼片上定位孔位置都不同，疊裝 需要使用相同尺寸規(guī)格、但是不同定位孔的硅鋼片按照特定順序進(jìn)行，對(duì)于硅鋼片的剪切 環(huán)節(jié)、輸送環(huán)節(jié)提出了附加的要求，一旦出錯(cuò)將影響到產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，如何提高變壓器鐵芯中硅鋼片的抓取和安裝效 率，提高硅鋼片的抓取和安裝精度，降低人工成本和變壓器的損耗。
[0009] 為此目的，本發(fā)明提出了一種面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，包 括：機(jī)械臂、控制單元、計(jì)算單元，其中，所述機(jī)械臂包括抓取部和位于所述抓取部一端的第 一圖像采集部以及位于所述抓取部另一端的第二圖像采集部；
[0010] 以所述中轉(zhuǎn)區(qū)的中心為原點(diǎn)，以所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面為X〇y面，以豎直向上 為Z軸正方向建立空間直角坐標(biāo)系中，所述控制單元控制所述抓取部移動(dòng)至初始位姿 Rob(Xl，yi，Zl，0i)，使所述抓取部所在平面到所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面的距離為Zl，其中Xi，yi， Zi分別為空間直角坐標(biāo)系中的x軸坐標(biāo)、y軸坐標(biāo)和z軸坐標(biāo)，0i為所述抓取部相對(duì)于xoy 面內(nèi)指定直線的偏轉(zhuǎn)角，
[0011] 所述中轉(zhuǎn)區(qū)為位于抓取部下方的水平操作平臺(tái)，在所述中轉(zhuǎn)區(qū)兩側(cè)的對(duì)稱位置上 設(shè)置有可拆卸的第一標(biāo)定板和第二標(biāo)定板，所述第一標(biāo)定板和第二標(biāo)定板在所述抓取部位 于所述第一位置時(shí)，分別與所述第一圖像采集部的成像范圍和第二圖像采集部的成像范圍 相對(duì)應(yīng)，所述第一標(biāo)定板和第二標(biāo)定板為全等的正方形的黑白相間的棋盤(pán)格，所述第一標(biāo) 定板的右上角到所述第二標(biāo)定板的右上角距離為S，且所述第一標(biāo)定板中的格子與所述第 二標(biāo)定板中的格子平行，且以通過(guò)所述中轉(zhuǎn)區(qū)中心的預(yù)定直線為對(duì)稱軸，
[0012] 所述控制單元控制所述第一圖像采集部和第二圖像采集部分別采集所述第一標(biāo) 定板ImagaO和第二標(biāo)定板的圖像ImagbO,鏡頭畸變參數(shù)矩陣分別為Da和Db，單應(yīng)性矩陣 分別為Ha和Hb，以所述第一標(biāo)定板中的右上角為原點(diǎn)，以所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面為xoy面生 成直角坐標(biāo)系Corda(X，y)，以所述第二標(biāo)定板中的右上角為原點(diǎn)以所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面為 xoy面生成直角坐標(biāo)系Cordb(x，y)，Corda(x，y)和Cordb(x，y)中的x軸和y軸正方向相 同；設(shè)統(tǒng)一坐標(biāo)系Cord(x，y)中的坐標(biāo)相對(duì)于Corda(x，y)不做變化，相對(duì)于Cordb(x，y)沿 y軸正方向平移距離S;
[0013] 所述控制單元控制所述抓取部抓取硅鋼片，控制所述抓取部移動(dòng)至位姿 Rob(Xl，yi，0, 0:)放下硅鋼片，控制所述抓取部返回所述初始位置，控制所述第一圖像采集 部和第二圖像采集部分別采集娃鋼片的圖像Imagal和Imagbl，根據(jù)所述矩陣Da和Db去除 畸變，

【權(quán)利要求】
1. 一種面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，其特征在于，包括：機(jī)械臂、控 制單元、計(jì)算單元，其中， 所述機(jī)械臂包括抓取部和位于所述抓取部一端的第一圖像采集部以及位于所述抓取 部另一端的第二圖像采集部； 以中轉(zhuǎn)區(qū)的中心為原點(diǎn)，以所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面為X0y面，以豎直向上為Z軸正方向建 立空間直角坐標(biāo)系中，所述控制單元控制所述抓取部移動(dòng)至初始位姿RoMx1,Y1,Z1,θJ， 使所述抓取部所在平面到所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面的距離為Z1，其中Xi, yi，^分別為空間直角 坐標(biāo)系中的X軸坐標(biāo)、y軸坐標(biāo)和Z軸坐標(biāo)，Θi為所述抓取部相對(duì)于xoy面內(nèi)指定直線的 偏轉(zhuǎn)角， 所述中轉(zhuǎn)區(qū)為位于抓取部下方的水平操作平臺(tái)，在所述中轉(zhuǎn)區(qū)上兩側(cè)的對(duì)稱位置設(shè)置 有可拆卸的第一標(biāo)定板和第二標(biāo)定板，所述第一標(biāo)定板和第二標(biāo)定板在所述抓取部位于所 述第一位置時(shí)，分別與所述第一圖像采集部的成像范圍和第二圖像采集部的成像范圍相對(duì) 應(yīng)，所述第一標(biāo)定板和第二標(biāo)定板為全等的正方形的黑白相間的棋盤(pán)格，所述第一標(biāo)定板 的右上角到所述第二標(biāo)定板的右上角距離為S，且所述第一標(biāo)定板中的格子與所述第二標(biāo) 定板中的格子平行，且以通過(guò)所述中轉(zhuǎn)區(qū)中心的預(yù)定直線為對(duì)稱軸， 所述控制單元控制所述第一圖像采集部和第二圖像采集部分別采集所述第一標(biāo)定板ImagaO和第二標(biāo)定板的圖像ImagbO，鏡頭畸變參數(shù)矩陣分別為Da和Db，單應(yīng)性矩陣分別為 Ha和Hb，以所述第一標(biāo)定板中的右上角為原點(diǎn)，以所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面為xoy面生成直角 坐標(biāo)系Corda (X，y)，以所述第二標(biāo)定板中的右上角為原點(diǎn)以所述中轉(zhuǎn)區(qū)所在平面為xoy面 生成直角坐標(biāo)系Cordb(X，y)，Corda(X，y)和Cordb(X，y)中的X軸和y軸正方向相同；設(shè)統(tǒng) 一坐標(biāo)系Cord(X，y)中的坐標(biāo)相對(duì)于Corda (X，y)不做變化，相對(duì)于Cordb (X，y)沿y軸正 方向平移距離S; 所述控制單元控制所述抓取部抓取硅鋼片，控制所述抓取部移動(dòng)至位姿Rob(Xl，yi，0,G1)放下硅鋼片，控制所述抓取部返回所述初始位置，控制所述第一圖像采集 部和第二圖像采集部分別采集娃鋼片的圖像Imagal和Imagbl，根據(jù)所述矩陣Da和Db去除 畸變， Imagali =DaXImagal, Imagbl'=DbXImagbl， 獲取娃鋼片在111^31'和111^131'中頂角點(diǎn)的坐標(biāo)？11(1￡11，7 ￡11)和？11(1131，7131)，所述 計(jì)算單元根據(jù)所述矩陣Ha和Hb將Pix(xal，yal)和Pix(xbl，ybl)換算為在坐標(biāo)系Corda(x， y)和坐標(biāo)系Cordb (X，y)中的坐標(biāo)Corda (xal，yal)和Cordb (xbl，ybl)，將坐標(biāo)Corda (xal，yal) 和Cordb(xbl，ybl)換算為在統(tǒng)一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Cord(xal，yal)和Cord(xbl，ybl); 所述控制單元控制所述抓取部從位姿RoMx1,Y1,0，ΘD抓取娃鋼片返回所述初始位 置，控制所述抓取部沿中心所在軸線旋轉(zhuǎn)角度ΔΘ到位姿R〇b(Xl，yi，Ζι，θ2)，控制所述抓 取部移動(dòng)至位姿Rob(Xl，yi，0,Θ2)，將硅鋼片放回所述中轉(zhuǎn)區(qū)，控制所述抓取部返回所述 初始位置，控制所述第一圖像采集部和第二圖像采集部分別采集硅鋼片的圖像Imaga2和 Imagb2,根據(jù)所述矩陣Da和Db去除畸變， Imaga2, =DaXImaga2? Imagb2' =DbXImagb2， 獲取娃鋼片在Imaga2'和Imagb2'中頂角點(diǎn)的坐標(biāo)Pix(xa2,ya2)和Pix(xb2,yb2)，所述 計(jì)算單元根據(jù)所述矩陣Ha和Hb將Pix(xa2,ya2)和Pix(xb2,yb2)換算為在坐標(biāo)系Corda(x， y)和坐標(biāo)系Cordb (X，y)中的坐標(biāo)Corda (xa2，ya2)和Cordb (xb2，yb2)，將坐標(biāo)Corda (xa2，ya2) 和Cordb(xb2,yb2)換算為在統(tǒng)一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Cord(xa2,ya2)和Cord(xb2,yb2); 所述計(jì)算單元計(jì)算Cord(xal，yal)和Cord(xbl，ybl)的中垂線方程E1，和Cord(xa2，ya2)和Cord(xb2,yb2)的中垂線方程E2，計(jì)算EjPlE2的交點(diǎn)坐標(biāo)（X。，y。)，并將（X。，y。）換算為在統(tǒng) 一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Cord(x。，y。)，根據(jù)Cord(xal，yal)、Cord(xbl，ybl)和Cord(x。，y。）計(jì)算參 數(shù)L和M
設(shè)所述抓取部中心在所述中轉(zhuǎn)區(qū)上投影的期待位置為Cord(xstd，ystd)，其中，
計(jì)算娃鋼片的期待傾j
所述控制單元控制所述抓取部從所述中轉(zhuǎn)區(qū)抓取硅鋼片移動(dòng)至位 姿Rob(X1,Y1,Z1,Θ2)，并沿空間直角坐標(biāo)系的y軸方向平移Δ1至位姿 RoMxpydAhz1,θ2)，控制所述抓取部移動(dòng)至位姿R〇b(X1JjA1，〇，θ2)放下娃鋼片，控 制所述抓取部返回所述初始位置，控制所述第一圖像采集部和第二圖像采集部分別采集硅 鋼片的圖像Imaga3和Imagb3,根據(jù)所述矩陣Da和Db去除畸變， ImagaSi =DaXImaga3? Imagb3' =DbXImagb3， 獲取娃鋼片在Imaga3'和Imagb3'中頂角點(diǎn)的坐標(biāo)Pix(xa3,ya3)和Pix(xb3,yb3)，所述 計(jì)算單元根據(jù)所述矩陣Ha和Hb將Pix(xa3,ya3)和Pix(xb3,yb3)換算為在坐標(biāo)系Corda (x， y)和坐標(biāo)系Cordb (X，y)中的坐標(biāo)Corda (xa3,ya3)和Cordb (xb3,yb3)，將坐標(biāo)Corda (xa3,ya3) 和⑶噸匕^又"換算為在統(tǒng)一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)⑶^^^又^和⑶^^^又^^^所述抓取 部的中心在所述中轉(zhuǎn)區(qū)的投影為Cord(x'。，y'。)，
所述控制單元控制所述抓取部移動(dòng)至所述初始位置，控制所述第一圖像采集部和第二 圖像采集部分別采集娃鋼片的圖像ImagaA和ImagbB，根據(jù)所述矩陣Da和Db去除畸變， ImagAi =DaXImagaAi ImagB'=DbXImagbB， 獲取娃鋼片在ImagA'和ImagB'中邊沿的坐標(biāo)Pix(xa，ya)和Pix(xb，yb)，所述計(jì)算單 元根據(jù)所述矩陣Ha和Hb將Pix(xa，ya)和Pix(xb，yb)換算為在坐標(biāo)系Corda(X，y)和坐標(biāo) 系Cordb(x，y)中的坐標(biāo)Corda(xa，ya)和Cordb(xb，yb)，將坐標(biāo)Corda(xa，ya)和Cordb(xb，yb)換算為在統(tǒng)一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)C〇rd(xa，ya)和Cord(xb，yb); 硅鋼片的中心在所述中轉(zhuǎn)區(qū)上投影的期待位置為Cord(Xc;u，yj，其中，
所述計(jì)算單元計(jì)算Cord(Xa^ycJ與Cord(xstd，ystd)的差值 Cord(ΔX，Δy) =Cord(xcu,ycu)-Cord(xstd,ystd), 計(jì)算所述控制單元的控制偏差量
計(jì)算硅鋼片的表征傾角
計(jì)算所述表征傾角與所述期待傾角的差值Δθ=θ_-θ^， 所述控制單元控制所述抓取部從所述初始位置移動(dòng)至位置 尺〇13(11+〇1，71+〇7,〇，01+八0)抓取娃鋼片，并在目標(biāo)安放位置為1? 〇13(1(|，7(|，2(|，0(|)時(shí)，控 制所述抓取部移動(dòng)至位置Rob(Xtl+ΔX，yfΔy,Zci,Θ J安放抓取到的娃鋼片形成鐵芯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，其特征在 于，所述抓取部包括橫梁，所述橫梁下方設(shè)置有多個(gè)吸盤(pán)，用于抓取硅鋼片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，其特征在 于，所述抓取部還包括：設(shè)置于所述橫梁下方的可活動(dòng)支架，其中，所述多個(gè)吸盤(pán)設(shè)置于所 述可活動(dòng)支架下方，所述控制單元在控制所述抓取部抓取硅鋼片時(shí)，控制所述可活動(dòng)支架 兩端向上彎曲，使抓取到的硅鋼片兩端隨所述可活動(dòng)支架兩端向上彎曲，與水平面形成5° 至10°傾角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，其特征在 于，所述多個(gè)吸盤(pán)為可伸縮吸盤(pán)，所述控制單元在控制所述抓取部抓取硅鋼片時(shí)，控制所述 橫梁中部的吸盤(pán)伸長(zhǎng)或控制所述橫梁兩端的吸盤(pán)收縮，使抓取到的硅鋼片兩端隨所述可活 動(dòng)支架兩端向上彎曲，與水平面形成5°至10°傾角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，其特征在 于，所述抓取部還包括設(shè)置于所述橫梁上的探桿，其中，所述探桿與所述橫梁通過(guò)轉(zhuǎn)軸連 接，且所述探桿與所述轉(zhuǎn)軸垂直，并可通過(guò)所述轉(zhuǎn)軸在垂直所述橫梁的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn) 軸的軸線與所述橫梁平行，且與所述多個(gè)吸盤(pán)所在平面平行，并與所述多個(gè)吸盤(pán)所在平面 相距h; 所述控制單元在控制所述抓取部抓取硅鋼片時(shí)，控制所述探桿沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，獲取所 述探桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角Ci1，計(jì)算娃鋼片在所述探桿順時(shí)針?lè)较虻膶挾萕1=h/tan(arπ/2)，控 制所述探桿沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，獲取所述探桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角a2，計(jì)算硅鋼片在所述探桿逆時(shí)針?lè)较?的寬度W2=h/tan(α2-π/2)，計(jì)算硅鋼片的寬度W=Wi+W2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，其特征在 于，還包括： 判斷單元，將硅鋼片的寬度W與預(yù)設(shè)寬度比較，判斷誤差是否處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若處于 預(yù)設(shè)范圍以內(nèi)，則使所述控制單元繼續(xù)操作，若誤差處于預(yù)設(shè)范圍以外，則發(fā)出提示信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)，其特征在 于，所述控制單元根據(jù)硅鋼片的厚度，由厚到薄控制所述抓取部抓取和安裝硅鋼片，以完成 鐵芯從中心到一端的安裝，然后在鐵芯被壓緊、固定和翻轉(zhuǎn)后，控制由厚到薄控制所述抓取 部抓取和安裝硅鋼片，以完成鐵芯從中心到另一端的安裝。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系 統(tǒng)，其特征在于，還包括： 接近傳感器，設(shè)置于所述抓取部，在所述抓取部接近硅鋼片的過(guò)程中，判斷所述抓取部 與硅鋼片的距離，并在所述抓取部與硅鋼片的距離小于安全距離時(shí)，向所述控制單元發(fā)送 減緩信號(hào)，使所述控制單元降低所述抓取部向硅鋼片的接近速度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的面向變壓器鐵芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系 統(tǒng)，其特征在于，還包括： 支撐部，包括多節(jié)支撐臂，用于支撐所述抓取部，并根據(jù)所述控制單元的指令控制所述 抓取部運(yùn)動(dòng)。
10. -種變壓器鐵芯，其特征在于，通過(guò)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的面向變壓器鐵 芯制造的硅鋼片自動(dòng)化疊裝系統(tǒng)抓取和安裝的硅鋼片構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】B65G61/00GK104444401SQ201410612785
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】邱建雄, 郝國(guó)棟, 郭璠, 邱瑋, 唐琎, 羅興赤 申請(qǐng)人:邱建雄