基于工業(yè)視覺的壓縮機(jī)搬運(yùn)工作站設(shè)計(jì)

引言

近年來,中國(guó)人口紅利正在消失,老齡化問題越來越嚴(yán)重,同時(shí)年輕人"寧送外賣不進(jìn)工廠",使傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨著招工難、用工成本增加等問題,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)已迫在眉睫。當(dāng)前,以自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化為代表的先進(jìn)制造技術(shù)正悄然興起,使得機(jī)器換人成為一種應(yīng)對(duì)用工問題行之有效的解決途徑。針對(duì)人工裝配壓縮機(jī)存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、員工流失率高的問題,筆者使用工業(yè)機(jī)器人并借助定制夾爪和視覺檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)裝配的全自動(dòng)識(shí)別、定位、取料和裝配,再通過讀碼器獲取底盤和壓縮機(jī)上SN碼并進(jìn)行比對(duì),判斷兩者型號(hào)是否匹配:此外,通過PLC與企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的通信,實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)量、設(shè)備狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和顯示控制,完成對(duì)設(shè)備的有效監(jiān)控管理。

1裝配工藝分析

空調(diào)室外機(jī)底盤部件包括紙托、底泡、底板和緩沖墊,其上裝配壓縮機(jī)后如圖1所示。

根據(jù)人工裝配壓縮機(jī)的工藝流程進(jìn)行動(dòng)作分解,經(jīng)調(diào)整優(yōu)化后,制訂出適合自動(dòng)化生產(chǎn)的工藝路線,如圖2所示。

從圖2可以看出,自動(dòng)裝配壓縮機(jī)整個(gè)流程節(jié)拍是12S,滿足效率要求。

2工作站開發(fā)過程

2.1工作站布局

壓縮機(jī)搬運(yùn)工作站由3段滾筒線、4套擋停機(jī)構(gòu)、1套底盤定位機(jī)構(gòu)、2套讀碼裝置、1套視覺裝置、1臺(tái)KawaSakiRS050N六軸機(jī)器人、定制夾爪、棧板定位裝置、電控柜配套氣動(dòng)系統(tǒng)等組成,壓縮機(jī)搬運(yùn)工作站布局如圖3所示。

2.2機(jī)器人夾爪設(shè)計(jì)

機(jī)器人夾爪需兼容22種不同直徑的壓縮機(jī),壓縮機(jī)直徑范圍為96~119mm。為了兼容直徑范圍內(nèi)所有壓縮機(jī),選用SMC三爪氣缸MHSL3-125D:為了確定壓縮機(jī)在棧板上的位置及放置角度,需在夾爪上安裝一套由500萬像素相機(jī)、高分辨率鏡頭和環(huán)形光源等組成的視覺系統(tǒng):安裝激光測(cè)距傳感器KEYENCELR-TB5000,用于測(cè)量夾爪距壓縮機(jī)的高度,有了壓縮機(jī)位置、角度和高度信息,就可以確定壓縮機(jī)抓取位置:在一個(gè)夾爪工件上安裝0mron接近開關(guān)TL-o5MD1,用于檢測(cè)夾爪內(nèi)有無壓縮機(jī),以防壓縮機(jī)抓取失敗或者意外掉落。機(jī)器人夾爪如圖4所示。

2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓縮機(jī)搬運(yùn)工作站是全自動(dòng)生產(chǎn)的工作站,需要內(nèi)部各控制系統(tǒng)之間按照程序設(shè)定的邏輯聯(lián)動(dòng),其控制系統(tǒng)主要由可編程序控制器(簡(jiǎn)稱PLC)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、工業(yè)視覺檢測(cè)系統(tǒng)、線體控制系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)等組成。PLC作為控制核心,通過CC-Link通信總線與各控制系統(tǒng)進(jìn)行通信,并收集信號(hào)反饋、做出判斷后,輸出動(dòng)作指令。通信框圖如圖5所示。

工作站人機(jī)交互通過wEINVIEwMT8071IE觸摸屏進(jìn)行,可在觸摸屏上顯示機(jī)器人、線體、視覺和讀碼器運(yùn)行狀態(tài),修改設(shè)備相關(guān)參數(shù),記錄設(shè)備報(bào)警信息,監(jiān)視I/0信息,也可隨時(shí)查看產(chǎn)量、合格率、節(jié)拍等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,最終達(dá)到可視化管理的目的。人機(jī)交互主界面如圖6所示。

3技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

3.1底盤與壓縮機(jī)型號(hào)配對(duì)防呆

同一型號(hào)室外機(jī)中的底盤部件與壓縮機(jī)型號(hào)是匹配的,為了防止用錯(cuò)型號(hào),在底盤部件底泡和壓縮機(jī)上貼有SN碼,裝配壓縮機(jī)后需分別使用讀碼器讀取兩者SN碼,上傳到MES系統(tǒng)中進(jìn)行比對(duì)。原來使用人工掃碼費(fèi)時(shí)費(fèi)力,取消人工后在滾筒線兩側(cè)各安裝一套讀碼裝置,如圖7所示,其上安裝有C0GNExDataMan262讀碼器,可自動(dòng)讀取SN碼,省時(shí)省力。

3.2斷氣壓縮機(jī)掉落

當(dāng)機(jī)器人夾爪上有壓縮機(jī)時(shí),若突然斷氣,夾爪上三爪氣缸無法提供夾緊力,壓縮機(jī)因重力掉落,此時(shí)會(huì)造成壓縮機(jī)損壞甚至安全事故。為了解決該問題,在氣路系統(tǒng)中采取以下措施:

(1)氣路增加壓力開關(guān)用于檢查氣壓,如發(fā)現(xiàn)氣壓突然減小,則判定為斷氣并立即給出斷氣信號(hào):

(2)選擇五位三通中封式電磁閥,當(dāng)收到斷氣信號(hào)后立即轉(zhuǎn)換到中封位,將氣管內(nèi)壓縮空氣封住,防止夾爪氣缸松開:

(3)增加一個(gè)儲(chǔ)氣罐,斷氣后可在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)向夾爪氣缸供氣,等待人工將壓縮機(jī)取走。

4結(jié)語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)搬運(yùn)工作站,不僅實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)的自動(dòng)裝配,而且通過自動(dòng)掃碼獲取底盤部件和壓縮機(jī)的SN碼并進(jìn)行比對(duì),實(shí)現(xiàn)了品質(zhì)防呆。該工作站在企業(yè)內(nèi)部已批量復(fù)制推廣,相信在不久的將來會(huì)給企業(yè)帶來更多的利潤(rùn)和價(jià)值。