家電壓縮機智能開箱設(shè)備及其工藝研究*

王玉琳，劉 冀

(合肥工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院，合肥 230009)

0 引言

冰箱與空調(diào)器的壓縮機箱體通常由Q235鋼板拉伸、拼焊而成，壁厚在3～4mm之間[1]?？照{(diào)壓縮機形狀以圓柱形為主，冰箱的壓縮機形狀相對復(fù)雜，截面形狀主要包括圓形、橢圓形以及帶圓角的矩形等[2]。目前，國內(nèi)外普遍采用低溫破碎、常溫擠壓、砂輪片切割、等離子弧切割、火焰切割、車床車削、仿形銑削、自學(xué)習(xí)切割等方法[3-7]進行開箱，切口質(zhì)量差、勞動強度大、效率低、成本高，且無法滿足不同形狀壓縮機箱體的要求。

為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文設(shè)計了一種能自動適應(yīng)各種壓縮機箱體形狀的智能化開箱設(shè)備，既提高了壓縮機的開箱拆解效率，又能夠保證壓縮機內(nèi)部零件的完好無損。

1 開箱設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點

圖1為筆者所研發(fā)的家電壓縮機智能開箱設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)特點如下：

(1)待拆解的壓縮機1呈豎直狀態(tài)由自動夾緊裝置2固定裝夾在工作臺3的頂面；工作臺3分層設(shè)置，其上層是由回轉(zhuǎn)層伺服電機4控制旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)層31，伺服電機4通過蝸桿-蝸輪副帶動回轉(zhuǎn)層31轉(zhuǎn)動；下層是由平移層伺服電機5控制沿水平導(dǎo)軌6左右移動的平移層32，伺服電機5通過滾珠絲杠-螺母副帶動平移層32產(chǎn)生移動。

(2)垂向滑臺9由伺服電機8通過滾珠絲杠-螺母副進行驅(qū)動；在滑臺9的左側(cè)固定設(shè)置銑刀電機10、銑刀桿11以及鋸片銑刀12；其中銑刀電機10通過銑刀桿11驅(qū)動鋸片銑刀12轉(zhuǎn)動；在垂向滑臺9的底部設(shè)置激光測距傳感器與CCD視覺相機13；激光測距傳感器與CCD視覺相機13位于鋸片銑刀12的右側(cè)，且在高度方向稍低于鋸片銑刀12。

(3)設(shè)置測控系統(tǒng)14，控制回轉(zhuǎn)層伺服電機4、平移層伺服電機5和垂向伺服電機8的轉(zhuǎn)動，并能對銑刀電機10進行變速控制，還能接收激光測距傳感器與CCD視覺相機13的反饋信息。

1.壓縮機 2.自動夾緊裝置 3.工作臺 31.回轉(zhuǎn)層 32.平移層 4.回轉(zhuǎn)層伺服電機 5.平移層伺服電機 6.水平導(dǎo)軌 7.機座 8.垂向伺服電機 9.垂向滑臺 10.銑刀電機 11.銑刀桿 12.鋸片銑刀 13.激光測距傳感器與CCD視覺相機 14.測控系統(tǒng)圖1 家電壓縮機智能開箱設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

2 開箱設(shè)備的拆解工藝

筆者所研發(fā)的家電壓縮機智能開箱設(shè)備拆解工藝如下：

(1)在圖1中，當(dāng)待拆解壓縮機1就位夾緊后，開啟CCD視覺相機13，控制垂向滑臺9下移；測控系統(tǒng)14根據(jù)CCD視覺相機采集圖像，直至采集到壓縮機箱體的焊接環(huán)縫時，滑臺9停止移動，關(guān)閉CCD視覺相機。

(2)啟動銑刀電機10，開啟激光測距傳感器13，測控系統(tǒng)14測量鋸片銑刀12左側(cè)外緣與壓縮機箱體之間的距離，并通過平移層伺服電機5控制壓縮機逐漸靠近鋸片銑刀，待徑向切入指定深度后，測控系統(tǒng)14自動記錄此時激光測距傳感器與壓縮機箱體之間的距離L0。

(3)開啟回轉(zhuǎn)層伺服電機4，壓縮機開始旋轉(zhuǎn)，周向切割開始，測控系統(tǒng)14根據(jù)激光測距傳感器13反饋的位移，控制平移層伺服電機5不斷修正壓縮機箱體與激光測距傳感器之間的距離，使之保持恒定值L0。

(4)當(dāng)壓縮機旋轉(zhuǎn)360°時，鋸片銑刀保持恒定切深已經(jīng)切割一周，壓縮機上、下箱體徹底脫開，關(guān)閉激光測距傳感器13。

(5)測控系統(tǒng)14控制平移層32和垂向滑臺9先后自動回到原位，夾具松開，取下壓縮機，開箱結(jié)束。

上述所有動作均由測控系統(tǒng)14自動控制，操作者將壓縮機就位后，只需按一下“啟動”按鈕，測控系統(tǒng)14隨即自動完成開箱流程，真正實現(xiàn)了壓縮機箱體的智能化、自動化拆解。

3 開箱設(shè)備的智能實現(xiàn)

(1)壓縮機自動裝夾

切割之前壓縮機的裝夾直接影響拆解的效率，為了適應(yīng)不同截面形狀的壓縮機(包括圓形、橢圓形和帶圓角的矩形等)，需要設(shè)計一種通用型浮動夾緊機構(gòu)，以實現(xiàn)壓縮機箱體的快速夾緊與快速松開。

(2)刀具自動搜索壓縮機高度方向切入位置

面對形狀迥異的各種壓縮機，采用圖像智能識別技術(shù)判定環(huán)形焊縫在壓縮機高度方向的位置，控制切割刀具自動尋找切入點。

(3)壓縮機箱體形狀智能識別與刀具跟蹤

針對形狀各異的待拆解壓縮機，采用高精度的激光測距傳感器在壓縮機的周長方向跟蹤壓縮機箱體的環(huán)形焊縫。激光測距傳感器與切割刀具同步安裝，測控系統(tǒng)根據(jù)激光測距傳感器反饋的位移，控制壓縮機邊旋轉(zhuǎn)、邊移動、邊切割，自動調(diào)節(jié)刀具的切深，從而實現(xiàn)跟蹤切割，真正做到“即測即割”，保證切深恒定，不會損傷壓縮機內(nèi)部零件。

(4)壓縮機運動的智能控制

協(xié)調(diào)控制壓縮機的回轉(zhuǎn)運動與直線平移運動，根據(jù)激光測距傳感器測得的壓縮機箱體與激光傳感器之間的距離，控制壓縮機的直線運動，同時使壓縮機能夠平穩(wěn)回轉(zhuǎn)，在圓周方向上繞刀具轉(zhuǎn)一周。

4 開箱設(shè)備的測控系統(tǒng)

4.1 測控系統(tǒng)組成

如圖2所示，測控系統(tǒng)基于Dallas公司的高速微處理器DS80C320，擴展了一片 W27C512芯片作為EPROM，儲存測控系統(tǒng)底層程序；擴展了一片HM6264作為SRAM芯片，存儲用戶設(shè)定的參數(shù)以及系統(tǒng)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)；擴展了一片可編程接口8255芯片，用以完成測控系統(tǒng)相關(guān)信號的輸入與輸出[8]；擴展一片8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832用于控制銑刀電機的變頻器；激光測距傳感器的信號是通過12位A/D轉(zhuǎn)換器AD1674芯片進行采集的；人-機接口芯片借助于8279芯片和2051單片機。

4.2 位置傳感器選擇

(1)壓縮機箱體環(huán)形焊縫識別

壓縮機箱體環(huán)形焊縫的識別選用IMI- technology公司的IMx-4050FT 型CCD視覺相機。事先對CCD相機進行參數(shù)標(biāo)定[9-11]，將環(huán)形焊縫圖像預(yù)存在CCD相機中，當(dāng)相機開啟后，把采樣拍攝的圖片與預(yù)存的焊縫圖片進行比對，只有遇到極為相似的焊縫時CCD視覺相機才會輸出一個有效的信號給測控系統(tǒng)，從而完成開箱過程的對刀工作。

(2)壓縮機箱體環(huán)形焊縫跟蹤

選用BANNER公司生產(chǎn)的LE250型激光測距傳感器實時檢測激光頭與壓縮機箱體焊縫之間的距離。LE250型激光測距傳感器的有效測量行程為100～400mm，對應(yīng)輸出0～10V的直流電壓，模擬電壓采集選用AD公司的12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD1674，最終檢測分辨力可達0.07mm/LSB。

圖2 家電壓縮機智能開箱設(shè)備測控系統(tǒng)方框圖

5 結(jié)束語

本文所述的壓縮機智能開箱設(shè)備及其開箱工藝已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)[12]，該設(shè)備樣機已經(jīng)投入試運行。來自壓縮機拆解回收示范線的結(jié)果表明：

(1)借助激光測距傳感器測量刀具與壓縮機箱體之間的距離，使刀具自動跟蹤壓縮機圓周方向的箱體形狀，可實現(xiàn)各種形式家電壓縮機的智能化、自動化拆解，并可保證切深恒定，確保內(nèi)部零件完好無損，切口光潔平整，修理后易于焊接。

(2)采用圖像智能識別技術(shù)搜索壓縮機環(huán)形焊縫在高度方向所處位置，并自動控制刀具尋找切入點，可適應(yīng)不同高度的壓縮機，節(jié)省了手動對刀時間，提高了拆解效率。

(3)基于高性/價比的8位微處理器DS80C320設(shè)計開箱設(shè)備的測控系統(tǒng)，在保證可用性、可靠性的前提下，大大節(jié)約了研發(fā)成本。

該設(shè)備的研制為廢棄家電制冷壓縮機的大規(guī)模、高效率、自動化拆解回收提供了借鑒，具有一定的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。