本实用新型涉及上料设备技术领域，尤其涉及一种工件上料装置。
背景技术：
工件生产或输送过程中有些工件是叠放的，如有种栈板工件是一种为方便零散物品的摆放和出货要求而制成的底座，一般为方形或长方形。这种叠放方式的工件在上料时需要抓取机构对单个工件抓取进行上料，但对于工件的来料较高时，由于抓取机构的下降程度有限，无法抓取底层的工件进行搬运上料，在一定程度上限制了其应用。
技术实现要素：
本实用新型的实用新型目的在于提供一种工件上料装置，采用本实用新型提供的技术方案解决了工件来料较高时底层工件无法上料的技术问题。
为了达到上述实用新型目的，本实用新型提出一种工件上料装置，包括抓取机构、中转机构、出料机构和第一升降机构；
抓取机构，用于抓取顶层工件并传送至中转机构；
中转机构，用于承接抓取后的顶层工件并传送至出料机构；
出料机构，用于承接中转后的工件并出料；
第一升降机构，用于驱动顶层工件进行升降。
优选的，还包括用于对叠置工件进行上料的上料机构。
优选的，所述上料机构、出料机构均为滚筒线。
优选的，所述第一升降机构包括固定于上料机构底部的提升板以及用于驱动提升板进行升降的第一驱动机构。
优选的，所述第一驱动机构包括第一电机以及与第一电机传动连接的联动组件。
优选的，所述联动组件包括固定于第一电机输出端的第一传动杆、与第一传动杆垂直的第二传动杆、以及与第一传动杆和第二传动杆所在的平面垂直的三根螺杆，第一传动杆与第二传动杆通过齿轮组件传动连接，三根螺杆分别通过齿轮组件与第一传动杆或第二传动杆传动连接。
优选的，还包括用于驱动中转机构进行升降的第二升降机构。
优选的，所述第二升降机构包括第二电机、固定于第二电机输出端的齿轮以及与齿轮啮合的齿条。
优选的，还包括用于对顶层工件的放置方向进行检测的检测机构。
优选的，还包括用于将检测后的反向工件进行翻转的翻转机构。
优选的，所述翻转机构包括两个相对设置且用于将检测后的反向工件进行翻转的翻转组件以及用于驱动两个翻转组件相对移动的第二驱动机构。
优选的，所述翻转组件包括用于承接抓取后的顶层工件并将反向工件进行翻转的夹持件。
优选的，所述第二驱动机构包括用于驱动两个翻转组件相对移动的第三电机和单轴机械手。
优选的，还包括用于将叠置的工件进行码齐的码齐机构。
优选的，所述码齐机构包括两个相对设置且用于将叠置的工件进行码齐的码齐组件以及用于驱动两个码齐组件相对移动的第三驱动机构。
优选的，所述码齐组件包括用于将叠置的工件进行码齐的码齐板和固定于码齐板外侧的框架，码齐板的一端滑动连接有两根第一滑轨，框架的另一端滑动连接有两根第二滑轨。
优选的，所述上料机构设置有用于感应工件来料的第一传感器；所述中转机构设置有用于感应工件到位的第二传感器。
优选的，还包括用于安装抓取机构、中转机构、出料机构和第一升降机构的机架。
由上可知，应用本实用新型提供的技术方案可以得到以下有益效果：通过采用用于驱动顶层工件进行升降的第一升降机构，当顶层的工件完成上料后，第一升降机构将抓取机构无法直接下降搬运的工件进行提升，抓取机构再对工件进行搬运，中转机构承接抓取后的工件传送至出料机构进行出料，以实现工件上料的自动化控制。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型工件上料装置的立体结构示意图；
图2为本实用新型工件上料装置的使用状态图。
图3为本实用新型工件上料装置另一视角的立体结构示意图；
图4为本实用新型工件上料装置另一视角的立体结构示意图；
图5为本实用新型第一升降机构的立体结构示意图；
图6为本实用新型抓取机构的结构示意图；
图7为本实用新型抓取机构的部分结构示意图；
图中：1为上料机构、11为第一传感器、2为中转机构、21为夹持件、22为第三电机、23为单轴机械手、24为第二传感器、3为出料机构、4为第一升降机构、41为提升板、42为第一电机、43为第一传动杆、44为第二传动杆、45为螺杆、46为齿轮组件、47为轴承组件、48为连接板、5为第二升降机构、51为第二电机、52为齿轮、53为齿条、6为码齐机构、61为码齐板、62为框架、63为第一滑轨、64为第二滑轨、7为机架、71为滑轨；
500为感应组件，600为三轴传动组件，110为夹爪，120为工件检测组件，130为伺服电机，140为旋转螺母，150为双向丝杆，510为抵靠块，520为感应器，610为旋转螺母，620为丝杆，630为安装板。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1-5所示，本实施例提出一种工件上料装置，包括包括抓取机构、中转机构、出料机构3和第一升降机构4；
抓取机构，用于抓取顶层工件并传送至中转机构；
中转机构，用于承接抓取后的顶层工件并传送至出料机构3；
出料机构3，用于承接中转后的工件并出料；
第一升降机构4，用于驱动顶层工件进行升降。
为了便于上料，本实施例的工件上料装置还包括用于对叠置工件进行上料的上料机构1。上料机构1用于放置来料的叠置工件，方便工件上料到位。具体的，上料机构1、出料机构3均为滚筒线，可有驱动源或无驱动源。本实施例的上料机构1设置有用于感应工件来料的第一传感器11。具体的，第一传感器11为对射光电传感器，第一传感器11感应工件来料，来料时，上料装置不动作。
本实施例的第一升降机构4包括固定于上料机构1底部的提升板41以及用于驱动提升板41进行升降的第一驱动机构。具体的，第一驱动机构包括第一电机42以及与第一电机42传动连接的联动组件。进一步的，联动组件包括固定于第一电机42输出端的第一传动杆43、与第一传动杆43垂直的第二传动杆44、以及与第一传动杆43和第二传动杆44所在的平面垂直的三根螺杆45，第一传动杆43与第二传动杆44通过齿轮组件46传动连接，三根螺杆45分别通过齿轮组件46与第一传动杆43或第二传动杆44传动连接。第一驱动机构还可以采用其它驱动机构代替，只要能驱动提升板41升降即可，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
见图4-5，第一传动杆43和第二传动杆44均设置有轴承组件47，以使第一传动杆43和第二传动杆44可以旋转；三根螺杆45分别设置于第一传动杆43的起始端以及第二传动杆44的两端，呈三角形设置；齿轮组件46为两个相互啮合且垂直设置的斜齿轮；传动杆、螺杆45及齿轮组件46的相互配合实现联动，对工件进行提升。
本实施例的第一升降机构4是通过将放置有叠置工件的上料机构1固定在提升板41上，实现叠置工件的整体提升，当然，第一升降机构4也可以采用只夹取顶层工件提升的方式来实现，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
由于抓取机构的下降程度有限，为了方便承接抓取后的工件，本实施例的工件上料装置还包括用于驱动中转机构进行升降的第二升降机构5。具体的，第二升降机构5包括第二电机51、固定于第二电机51输出端的齿轮52以及与齿轮52啮合的齿条53。第二电机51驱动齿轮52转动，齿条53与齿轮52配合实现中转机构的升降。第二升降机构5还可以采用其它驱动机构代替，只要能驱动中转机构升降即可，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。在不采用第二升降机构5的情况下，也可以采用机械手或其它机构代替。
本实施例的上述工件上料装置可以对一个方向叠置的工件进行上料，为了对正反顺序叠置的工件进行上料，本实施例的工件上料装置还包括用于对顶层工件的放置方向进行检测的检测机构。检测机构可以独立设置，也可以集成在检测机构上，为了使用方便，本实施例的检测机构安装于抓取机构上。
本实施例的检测机构包括感应最顶层工件顶面平整性的感应组件500。感应组件500包括向下延伸且可向上缩回的抵靠块510以及感应抵靠块510缩回的感应器520。抵靠块510的底面于竖直方向高于夹爪110的夹取位，且高度差不小于工件的板材厚度。
本实施例的抓取机构包括两组夹爪110和驱动夹爪110移动的三轴传送组件600。三轴传动组件600于竖直方向的驱动部件与感应组件500信号连接，组成高度检测组件。两组夹爪110的驱动部件包括伺服电机驱动的旋转螺母140和设置于旋转螺母140上的双向丝杆150；两组夹爪110分别设置于双向丝杆150的两端。
本实施例的抓取机构还包括工件检测组件以及移动距离检测组件；工件检测组件与夹爪110同步移动，并在夹爪110到达最顶层工件的侧边时产生触发信号；移动距离检测组件，获得工件检测组件启动至产生触发信号过程夹爪110移动的距离；两组夹爪110，根据移动距离检测组件获得的距离移动至最顶端工件的正上方，并下移完成对工件的抓取。工件检测组件为设置于其中一夹爪110上的对射感应器，且感应光线与夹爪110的末端呈一竖直面上。
由于整摞工件的长度和宽度与工件的规格相关，可以根据工件的宽度和支撑脚的宽度相加获得。而整摞工件的高度与工件的规格和叠置的数量相关，为此无法仅从规格获取，需要借助外界测量组件完成整摞工件的高度测量，以下将对高度获取做详细说明。
完成整摞工件的技术参数获取后，需对其高度完成检测，以便控制夹爪的抓取高度，另外还需最顶层工件的偏移距离进行获取。在偏移距离获取过程中，假设整摞工件排列整齐，相邻两层的工件交错设置，其偏移距离则为整摞工件与一张工件之间的宽度差的一半，可以结合工件的规格和测量得到的数据计算得到，也可以采用外界测量组件获取。
请参见图6-7，在高度获取过程中，本实施例采用高度检测组件完成，高度检测组件包括通过弹性部件向下延伸的抵靠块510和感应抵靠块510顶端的感应器520组成，当高度检测组件下移令抵靠块510抵靠在最顶层工件顶面时，高度检测组件继续向下移动，使得抵靠块510向上顶起，当顶起至其顶端触发感应器520时，感应器520产生信号或发生信号中断，则判定高度检测组件已经到达最顶层工件处，此时计算获得高度检测组件下降的高度，再结合高度检测组件的初始高度，最终获得整摞工件的高度。为此，在高度检测组件中，需下降至工件处完成高度获取。
此时即完成整摞工件的技术参数的获取，包括整摞工件的高度，宽度，以及最顶层工件的偏移距离。其中整摞工件的高度为了实现夹爪110抓取过程中的控制；整摞工件的宽度和偏移距离则为了实现最顶层工件的偏移方向以及中心点判断。
为了判断工件是正面朝上还是反面朝上，还需完成最顶层工件的方向检测。在工件结构中，正面为平整面，反面中，为了确保其承重力，在反面的中轴线位置均固定有加强凸棱。针对该结构，正反面检测步骤可以通过检测最顶层工件的顶面平整度达到检测正反面的效果。
在本实施例中，在正反面检测过程中，采用的硬件需包括两组位于工件上方的感应组件500，一组感应组件500位于整摞工件的中轴线处，另一组感应组件500位于整摞工件的中轴线以外。在工件正面朝上时，由于顶面为平整面，两组感应组件500在下移过程均可获得感应信号；在工件反面朝上时，由于工件的结构特性，在反放的工件顶面存在加强凸棱，位于中轴线处的感应组件500能够获得感应信号，而位于中轴线以外的感应组件500则无法获得感应信号，为此两组感应组件500在下移过程中，仅一组感应组件500获得感应信号。
完成工件的方向检测后，即可对工件的中心点完成检测。在本实施例中，采用在夹爪110上设置的工件检测组件120完成检测。
由于高度检测组件、方向检测组件、夹爪110和工件检测组件120均存在下移过程，为此，为了降低整个装置的占用空间，在本实施例中可将上述高度检测组件、方向检测组件、夹爪110和工件检测组件120设置在三轴传动组件600上，具体结构如下所述：
三轴传动组件600包括通过伺服电机驱动的旋转螺母610，与旋转螺母610连接的丝杆620，在丝杆620的底端固定有安装板630。其中旋转螺母610和伺服电机均固定在工件上方的支架上。
高度检测组件和方向检测组件均由感应组件500构成。区别在于，高度检测组件由一组感应组件500构成，当该感应组件500获得感应信号后，即判定高度检测组件移动到位，计算获得三轴传动组件600下降的高度即可获得整摞工件的高度；方向检测组件则由两组感应组件500构成，检测过程参见以上说明，在此不另做说明。
工件检测组件120和夹爪110均固定在安装板630上，并且在安装板630上还固定有伺服电机130驱动的旋转螺母140，旋转螺母140连接有双向丝杆150，两组夹爪110分别固定在双向丝杆150的两端；工件检测组件120可以为对射传感器，固定设置在其中一个夹爪110上。
在方向检测组件完成工件的方向检测后，三轴传动组件600带动夹爪110和工件检测组件120移动，在此过程中，夹爪110的初始位置位于以整摞工件中轴线为轴心沿工件宽度方向对称设置，工件检测组件120位于左侧的夹爪110上时，移动过程则向右移动，工件检测组件120位于右侧的夹爪110上时，移动过程则向左移动。
在此需要说明的是，三轴传动组件600带动夹爪110和工件检测组件120移动过程中，为了避免感应组件500和夹爪110与工件发生碰撞，两组夹爪110之间的距离需根据获得的整摞工件的宽度调整至大于其宽度，并且三轴传动组件600需先上移，直至感应组件500的抵靠块510脱离最顶层工件。
当工件检测组件120感应到工件的侧边时，计算获得夹爪110的移动距离。最终通过计算判断最顶层工件的偏移方向和偏移距离。设定工件检测组件120位于左侧的夹爪110上，具体判断过程如下所述：
若e≈b d/2，判定最顶层工件的中心点偏向右侧的夹爪110，且偏移距离为b/2；
若e≈d/2，判定最顶层工件的中心点偏向左侧的夹爪110，且偏移距离为b/2。
其中e为工件检测组件120获得信号时，夹爪110移动的距离；b为整摞工件与一张工件之间的宽度差；d为避免夹爪110与工件发生碰撞，两组夹爪110之间的距离需根据获得的整摞工件的宽度调整后的宽度，与整摞工件的宽度之间的差值。
通过上述结构特征以及检测步骤，最终获得整摞工件的高度、最顶层工件的偏移方向和偏移距离。三轴传动组件600控制夹爪110回到初始位置，再根据上述参数将夹爪110准确移动到最顶层工件的正上方，完成抓取动作。
对顶层工件的放置方向进行检测后，对于正面朝上放置的工件，直接卸下使用即可，对于反面朝上放置的工件，还需要翻转卸下使用，无疑增加了劳动力，降低了加工生产效率。为此，本实施例的工件上料装置还包括用于将检测后的反向工件进行翻转的翻转机构2。翻转机构2可以但单独设置，如可以采用多轴机械手进行翻转，也可以集成在中转机构上，为了使用方便，本实施例的翻转机构2安装于中转机构上。具体的，所述翻转机构2包括两个相对设置且用于将检测后的反向工件进行翻转的翻转组件以及用于驱动两个翻转组件相对移动的第二驱动机构。进一步的，翻转组件包括用于承接抓取后的顶层工件并将反向工件进行翻转的夹持件21。第二驱动机构包括用于驱动两个翻转组件相对移动的第三电机22和单轴机械手23。第二驱动机构还可以采用其它驱动机构代替，只要能驱动两个翻转组件相对移动即可，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
夹持件21对抓取后的工件进行夹持承接，对于正向工件则直接放入出料机构进行出料，对于反向来料工件，则经过翻转后放入出料机构进行出料；第三电机22驱动单轴机械手23使两个翻转组件靠近或远离，以实现对工件的夹持，同时也可实现对工件宽度的兼容。本实施例的翻转机构2设置有用于感应工件到位的第二传感器24。具体的，第二传感器24为对射光电传感器，第二传感器24感应工件到位，然后夹持件21对工件进行夹持承接。具体的，当检测的工件为正面朝上时，第二升降机构5驱动翻转机构2上升，第二传感器24感应到夹爪110传送的工件，启动夹持件21完成对工件的夹持动作，然后第二升降机构5驱动翻转机构2下降，夹持件21将正向工件直接放置在出料机构3上进行出料；当检测的工件为反面朝上时，第二升降机构5驱动翻转机构2上升，第二传感器24感应到夹爪110传送的工件，启动夹持件21完成对工件的夹持动作，再对夹持的工件进行180°翻转，翻转完成后，第二升降机构5驱动翻转机构2下降，夹持件21将翻转后的工件放置在出料机构3上进行出料。在翻转过程中，为了确保两组夹持件21翻转的同步性，在本实施例提供的翻转机构2中，其中一组夹持件21采用电机驱动旋转，另一组夹持件21则采用旋转气缸完成复位。在翻转机构2完成翻转动作时，三轴传动组件600需驱动夹爪110离开至工件翻转路径以外的位置，避免翻转的工件对夹爪110发生撞击。
为了解决工件的中轴线与叠置工件的中轴线不重叠的问题，本实施例的工件上料装置还包括用于将叠置的工件进行码齐的码齐机构6。具体的，码齐机构6包括两个相对设置且用于将叠置的工件进行码齐的码齐组件以及用于驱动两个码齐组件相对移动的第三驱动机构。进一步的，码齐组件包括用于将叠置的工件进行码齐的码齐板61和固定于码齐板61外侧的框架62，码齐板61的一端滑动连接有两根第一滑轨63，框架62的另一端滑动连接有两根第二滑轨64。
码齐板61对工件进行码齐即规整定位，为避免码齐板61过重，对单臂滑轨负荷过大，导致单臂滑轨易损，本实施例采用两根第一滑轨63和两根第二滑轨64。第一滑轨63和第二滑轨64的设置用于码齐组件在第三驱动机构的作用下相对移动，将工件的左右两侧进行码齐。第三驱动机构可以为气缸或其它驱动机构，只要能驱动两个码齐组件相对移动即可，在不脱离本实用新型构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。
为了提高装置的整体性，本实施例的工件上料装置还包括用于安装抓取机构、中转机构、出料机构3和第一升降机构4的机架7。上料机构1、检测机构、翻转机构2、第二升降机构5、码齐机构6也安装于机架7，机架7由多根方通构成，起加强作用。具体的，抓取机构可滑动地安装于机架7的顶部，检测机构安装于抓取机构上，翻转机构2安装于中转机构上，上料机构1和第一升降机构4安装于机架7的一侧，中转机构、出料机构3和第二升降机构5安装于机架7的另一侧，码齐机构6安装于上料机构1的两侧。
见图4，本实施例的提升板41顶部对应三根螺杆45的位置固定有连接板48，机架7对应三根螺杆45的位置设置有滑轨71，连接板48通过滑块与滑轨71滑动连接，实现提升板41滑动升降。
综上，本实用新型实施例提供的技术方案，通过采用用于驱动顶层工件进行升降的第一升降机构4和用于驱动中转机构进行升降的第二升降机构5，当顶层的工件完成上料后，第一升降机构4将抓取机构无法直接下降搬运的工件进行提升，抓取机构再对工件进行搬运，同时，第二升降机构5驱动中转机构上升，中转机构对抓取后的工件进行夹持承接，对于正向工件则直接放入出料机构3进行出料，对于反向来料工件，则经过翻转后放入出料机构3进行出料，以实现工件上料的自动化控制。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
1.一种工件上料装置，其特征在于：包括抓取机构、中转机构、出料机构(3)和第一升降机构(4)；
抓取机构，用于抓取顶层工件并传送至中转机构；
中转机构，用于承接抓取后的顶层工件并传送至出料机构(3)；
出料机构(3)，用于承接中转后的工件并出料；
第一升降机构(4)，用于驱动顶层工件进行升降。
2.根据权利要求1所述的工件上料装置，其特征在于：还包括用于对叠置工件进行上料的上料机构(1)。
3.根据权利要求2所述的工件上料装置，其特征在于：所述第一升降机构(4)包括固定于上料机构(1)底部的提升板(41)以及用于驱动提升板(41)进行升降的第一驱动机构。
4.根据权利要求3所述的工件上料装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括第一电机(42)以及与第一电机(42)传动连接的联动组件。
5.根据权利要求1所述的工件上料装置，其特征在于：还包括用于驱动中转机构进行升降的第二升降机构(5)。
6.根据权利要求1所述的工件上料装置，其特征在于：还包括用于对顶层工件的放置方向进行检测的检测机构。
7.根据权利要求6所述的工件上料装置，其特征在于：还包括用于将检测后的反向工件进行翻转的翻转机构(2)。
8.根据权利要求7所述的工件上料装置，其特征在于：所述翻转机构(2)包括两个相对设置且用于将检测后的反向工件进行翻转的翻转组件以及用于驱动两个翻转组件相对移动的第二驱动机构。
9.根据权利要求1所述的工件上料装置，其特征在于：还包括用于将叠置的工件进行码齐的码齐机构(6)。
10.根据权利要求9所述的工件上料装置，其特征在于：所述码齐机构(6)包括两个相对设置且用于将叠置的工件进行码齐的码齐组件以及用于驱动两个码齐组件相对移动的第三驱动机构。
技术总结