磁吸式掃碼器固定調(diào)節(jié)裝置的研究

黃素丹 王金龍

引言

目前生產(chǎn)車間設(shè)備類型多種多樣，快供分揀許多采用人工分揀，勞動(dòng)強(qiáng)度大效率低，易造成漏揀、誤揀和快件損壞等。加之智能化信息化的優(yōu)化，大量設(shè)備增加了視覺識(shí)別系統(tǒng)，其中核心裝置就是掃碼器以及工業(yè)相機(jī)等。

一 關(guān)于視覺識(shí)別系統(tǒng)固定裝置的分類

當(dāng)前，關(guān)于視覺識(shí)別系統(tǒng)固定裝置的研究已經(jīng)開展多年，國內(nèi)外根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行了大量的研究， 從實(shí)用性及可靠性來講，具有代表性的有以下幾種：

1 旋轉(zhuǎn)掃碼裝置，裝置中包括旋轉(zhuǎn)裝置其上方連接導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱上安裝底座，底座上安裝有掃碼器支架，掃碼器支架上安裝有掃碼器，掃碼器支架包括連接頭和旋轉(zhuǎn)支架，連接頭的一端安裝在底座上，連接頭的另一端開有弧形孔，旋轉(zhuǎn)支架通過弧形孔與連接頭連接，旋轉(zhuǎn)支架可相對(duì)連接頭轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)支架上安裝有掃碼器安裝板，掃碼器安裝板可相對(duì)于旋轉(zhuǎn)支架轉(zhuǎn)動(dòng)。通過旋轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)了掃碼，復(fù)位等連續(xù)掃碼的過程，通過導(dǎo)柱上安裝底座的位置實(shí)現(xiàn)掃碼位置的調(diào)整。這類裝置調(diào)節(jié)方便，但設(shè)計(jì)制作較為復(fù)雜，對(duì)空間要求比較大，此外，也很難實(shí)現(xiàn)所有角度都進(jìn)行快速可靠的調(diào)節(jié)。

2 板材掃碼裝置，裝置包括底板，在底板上設(shè)有支座，在支座上設(shè)有安裝板，在安裝板上連接滑軌和推動(dòng)氣缸，所述滑軌與掃碼器支架上的滑塊滑動(dòng)連接，所述推動(dòng)氣缸的推桿連接掃碼器支架，在掃碼器支架上連接掃碼器，所述推動(dòng)氣缸的推桿帶動(dòng)掃碼器左右移動(dòng)掃碼，所述安裝板帶動(dòng)掃碼器上下移動(dòng)掃碼。該裝置成本較低，但有許多角度是不能夠有效調(diào)節(jié)的，比如傾斜角度要求較高的情況，這就存在較大的局限性。

3 太陽模擬器用掃碼器支架。裝置包括沿豎直方向固定于太陽模擬器外部的底座，底座上可滑動(dòng)地設(shè)置有沿水平方向延伸的支撐臂，支撐臂的外端可滑動(dòng)地連接與掃碼器相配合的掃碼器安裝架，掃碼器安裝架與支撐臂位于同一水平面內(nèi)，且掃碼器安裝架與支撐臂相垂直。使用過程中，將掃碼器安裝于掃碼器安裝架上后，通過底座與支撐臂間的滑動(dòng)配合，能夠?qū)崿F(xiàn)在豎直方向?qū)叽a器位置的移動(dòng)，通過支撐臂與掃碼器安裝架間的滑動(dòng)配合，能夠?qū)崿F(xiàn)在水平方向上對(duì)掃碼器位置的移動(dòng)，整個(gè)操作過程簡便易行，且整個(gè)操作過程無需工作人員對(duì)掃碼器進(jìn)行手動(dòng)拿取，避免了因頻繁拿取而對(duì)掃碼器造成的磨損，從而使得掃碼器的使用壽命得以相應(yīng)延長。該裝置可靠性高，但調(diào)節(jié)角度依然存在很大的局限性。

4 掃碼器支架。支架包括托板，還包括設(shè)置在托板上的第一支管以及與第一支管聯(lián)通的第二支管，第一支管與托板呈45°-60°的角度固定連接，第二支管垂直固定在第一支管上，第一支管用于走線，第二支管用于放置掃碼器的手柄。具有固定安裝、穩(wěn)定性好、可隱藏收納掃碼器電線的優(yōu)點(diǎn)。但不僅調(diào)節(jié)角度有局限性，而且不夠智能。

綜上可見，雖然國內(nèi)對(duì)于固定裝置均進(jìn)行了大量研究，并研制出了多種多樣的固定裝置但依然都存在不同程度的不足。隨著科技的發(fā)展及生產(chǎn)車間的多樣化，視覺識(shí)別系統(tǒng)固定裝置對(duì)于技術(shù)的需求也原來越高，比如旋轉(zhuǎn)角度、調(diào)節(jié)時(shí)間、調(diào)節(jié)難易程度、控制方式等，均向著可旋轉(zhuǎn)、無死角和遠(yuǎn)程、易調(diào)節(jié)等方向發(fā)展。

基于此，當(dāng)前不同生產(chǎn)車間中，視覺識(shí)別系統(tǒng)在運(yùn)行過程中由于環(huán)境不同，會(huì)產(chǎn)生不同的識(shí)別干擾，本文通過研究一種固定裝置解決以下問題：

（1）避免普通掃碼器支架固定不牢固的現(xiàn)象；

（2）消除普通視覺識(shí)別裝置的固定機(jī)構(gòu)調(diào)整角度盲區(qū)；

（3）避免裝置因使用久而不靈敏、固定不穩(wěn)。

二 設(shè)計(jì)方案

本文研究內(nèi)容針對(duì)一種磁吸式掃碼器固定調(diào)節(jié)裝置，主要涉及的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

1 抗干擾保護(hù)罩。因視覺識(shí)別裝置對(duì)電磁和外圍環(huán)境要求較高，因此要慎重考慮保護(hù)罩的材質(zhì)。

2 磁鐵形狀的研究。為達(dá)到旋轉(zhuǎn)無死角的功能，需要將磁鐵設(shè)計(jì)為空心球形，或磁鐵相連接的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為空心球形，便于實(shí)現(xiàn)掃碼裝置攝像頭的無死角轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 磁鐵通斷電功能選擇。為了達(dá)到通電易調(diào)節(jié)，斷電強(qiáng)磁力，選擇電磁鐵為失電型電磁鐵。

三 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

根據(jù)本文設(shè)計(jì)思路，機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 底座俯視圖

上述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中，1-4 為尼龍螺釘，5 為線孔，6為電磁鐵電線通道，7 為半球形金屬，8 為失電型電磁鐵，9 為銜接螺桿，10 為固定底座，11 為螺釘，12-13 為螺栓孔，14 為防護(hù)罩。

上述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)功能，可以作如下描述：

圖中14（防護(hù)罩）是整個(gè)包圍掃碼器的外罩，材料是塑膠，整體圖的左邊是掃碼器的鏡頭側(cè)，整體圖的右邊是掃碼器保護(hù)罩的背面，也就是掃碼器中鏡頭的反方向。

圖中的1、2、3、4 是尼龍螺釘，可以直接擰進(jìn)14（防護(hù)罩），當(dāng)掃碼器放入14（防護(hù)罩）中，就可以通過1、2、3、4（尼龍螺釘）從四個(gè)方向進(jìn)行固定，塑膠材料的使用以及尼龍螺釘，既節(jié)約成本，也容易加工，同時(shí)對(duì)掃碼器也沒有傷害作用，并且從四個(gè)方向固定，可以使固定非常牢固，通過螺釘擰進(jìn)到防護(hù)罩的方式，不僅能快速固定，也能夠便于調(diào)節(jié)不同方向的固定深度。為了適應(yīng)不同掃碼裝置的尺寸，將螺釘帶螺紋部分直徑確定為5mm-8mm，可以達(dá)到節(jié)約成本，有效固定的效果。

圖中5（線孔）是防護(hù)罩后面留的兩個(gè)孔，當(dāng)前許多的掃碼器需要有2 條線，其中一條是供電線（用于連接電源），另一條是通訊線（用于連接計(jì)算機(jī)等主控設(shè)備），這兩個(gè)孔的作用就是給掃碼器固定后，能夠方便的將兩條線連接，既起到固定作用，又能避免繞線而帶來的不便利，也能夠使連接部分在防護(hù)罩內(nèi)被保護(hù)，避免撞擊、塵土。根據(jù)不同電源線及通訊線的尺寸，為起到通用效果，可將防護(hù)罩的線孔直徑確定為6mm-10mm。

圖中7 是一種半球形的能夠被失電型電磁鐵吸附的金屬，為了節(jié)約成本，使用鐵質(zhì)材料就可以實(shí)現(xiàn)，與14（防護(hù)罩）通過強(qiáng)力膠進(jìn)行固定，保證牢固可靠。8（失電型電磁鐵）的原理是當(dāng)給它通電，該磁鐵的磁性就會(huì)消失，失電時(shí)候，磁性就會(huì)產(chǎn)生，作用就是和金屬材料的7 相連接，二者之間恰好緊密接觸。當(dāng)給電磁鐵供電時(shí)，電磁鐵8（失電型電磁鐵）可以和7（之間隨意旋轉(zhuǎn)，沒有阻力，這就達(dá)到了可以整個(gè)空間無死角旋轉(zhuǎn)的效果，也通過旋轉(zhuǎn)找到掃碼器的最合適角度，調(diào)整到合適角度后，將8（失電型電磁鐵）斷電，這時(shí)候就瞬間有了磁性，同時(shí)產(chǎn)生極大的磁力，兩者之間牢牢固定。選用失電型電磁鐵，目的之一就是固定時(shí)候，不需要通電，起到節(jié)約電能的作用，目的之二就是能夠通過磁力，牢牢的和7 球形金屬固定，使其不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間久出現(xiàn)的磨損而導(dǎo)致固定不穩(wěn)。圖中6（電磁鐵電線通道）的作用就是將電磁鐵的電線放入其中，從而能夠跟電源連接，6（電磁鐵電線通道）的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省空間，避免電線從外面繞出來，也能夠通過放置在14（防護(hù)罩）下邊部分的內(nèi)部，起到防塵防撞的目的。

圖中9（銜接螺桿）的頂端是圓柱形結(jié)構(gòu)8（失電型電磁鐵），下端是帶有螺紋的螺釘結(jié)構(gòu)，頂端的作用是與8（失電型電磁鐵）有效銜接，可以通過加工成帶有螺紋的結(jié)構(gòu)，也可以用強(qiáng)力膠固定，與上端共同起到調(diào)節(jié)作用，下端作用是擰到10（固定底座）中的12（螺栓孔一），11（螺釘）的作用是擰進(jìn)10（固定底座）中的13（螺栓孔二），根據(jù)兩點(diǎn)確定一條直線的原理，一旦掃碼器位置確定好，那么就將10（固定底座）中的12（螺栓孔一）位置固定，13（螺栓孔二）根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)確定，確定好后，將9（銜接螺桿）的頂端擰進(jìn)12（螺栓孔一）和設(shè)備中的螺栓孔，將11（螺釘）的擰進(jìn)10（固定底座）中的13（螺栓孔二）設(shè)備中的螺栓孔，起到可調(diào)節(jié)、固定的作用。為能夠支撐整個(gè)裝置的重量，并且能夠有效將裝置固定在設(shè)備商，底座的螺栓孔大小可以確定為6mm-12mm。同時(shí)，考慮到當(dāng)前大部分工廠生產(chǎn)傳送帶主體結(jié)構(gòu)為鐵制材料，因此底座部分可以設(shè)計(jì)成磁性材料，這樣可以直接吸附安裝，也可以進(jìn)行螺釘擰緊固定。

四 電氣部分設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案要求，本裝置可以分為遠(yuǎn)程控制通斷電和本地控制。其中，本地控制的特征就是當(dāng)技術(shù)人員調(diào)整掃碼裝置攝像頭方向時(shí)，通過船形開關(guān)控制調(diào)整裝置中的失電型電磁鐵，進(jìn)而調(diào)節(jié)攝像頭方向。遠(yuǎn)程控制方式的優(yōu)勢(shì)就是增加調(diào)節(jié)裝置的智能化水平，核心思路是通過遠(yuǎn)程開關(guān)控制電磁鐵得電和斷電，這就避免了調(diào)節(jié)過程中必須沒有電氣基礎(chǔ)的人員能夠在技術(shù)人員的遠(yuǎn)程指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)節(jié)，節(jié)約了人工成本。

電氣回路原理圖如上圖3 所示：