玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手的開(kāi)發(fā)*

□ 周 晶 □ 李俊陶 □ 葉兆杰 □ 鄧楊逍

東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 廣東東莞 523808

1 開(kāi)發(fā)背景

微電子用玻璃面板加工過(guò)程中,需要將來(lái)料的大板玻璃切割成小板,然后再人工運(yùn)送到玻璃貼標(biāo)機(jī)上進(jìn)行貼標(biāo)加工。這種操作方式工作效率不高,并且轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中由于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)操作,容易失誤，造成人員受傷。通過(guò)改造設(shè)備，利用可編程序控制器控制電磁閥的通閉來(lái)控制氣動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng),通過(guò)傳感器的感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)元件上下運(yùn)動(dòng)，由氣動(dòng)夾頭控制物料的抓取與放置,進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)物料的加工和搬運(yùn)。張?jiān)柿嫉萚1]設(shè)計(jì)了帶平轉(zhuǎn)功能的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體抓取機(jī)械手,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體毛坯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、輸送運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等進(jìn)行了較深入的分析。李小賓等[2]將改造后的內(nèi)圓切片機(jī)并聯(lián)為機(jī)組，配合自行設(shè)計(jì)的上下料機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行全自動(dòng)生產(chǎn)，形成全新的生產(chǎn)模式。朱華炳等[3]設(shè)計(jì)了機(jī)械手與拋光設(shè)備控制系統(tǒng)，兩者之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)形式實(shí)現(xiàn)信息交換和連鎖對(duì)接[3]。

筆者開(kāi)發(fā)了玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)物料的運(yùn)送加工。利用氣動(dòng)部件運(yùn)轉(zhuǎn)物料，由真空機(jī)搬運(yùn)物料，通過(guò)可編程序控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)各種輸入信號(hào)的分析、處理,做出一定的邏輯判斷后,對(duì)各個(gè)輸出元件,如傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、指示燈等下達(dá)執(zhí)行命令,完成自動(dòng)運(yùn)料、加工及搬運(yùn)等一整套全自動(dòng)作業(yè)流程[4-6]。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手通過(guò)按鈕、光電傳感器將信號(hào)傳給可編程序控制器，控制電磁閥、電機(jī),同時(shí)由電磁閥控制氣缸、真空發(fā)生器運(yùn)轉(zhuǎn),達(dá)到整體自動(dòng)化運(yùn)行的目的。玻璃貼標(biāo)機(jī)共分為三個(gè)單元：上料單元、加工單元、下料單元,各個(gè)單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)以氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為主,加工單元為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)[7]。上下料機(jī)械手在這三個(gè)單元中起傳輸物料的作用。

上下料機(jī)械手的基本功能如下:上料單元按需將待貼標(biāo)的工件放在物料臺(tái)上,由氣缸自動(dòng)推送到物料臺(tái)并夾緊；傳感器感應(yīng)到物料后,加工單元開(kāi)始貼標(biāo)；通過(guò)真空發(fā)生器與回轉(zhuǎn)氣缸的配合,將工件旋轉(zhuǎn)90°搬運(yùn)至下料單元。

玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通過(guò)玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手,實(shí)現(xiàn)對(duì)待加工玻璃進(jìn)行加工、搬運(yùn)等全自動(dòng)工作流程,通過(guò)架構(gòu)優(yōu)化,

▲圖1 玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手結(jié)構(gòu)

▲圖2 玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手氣動(dòng)回路

減輕重力,提高產(chǎn)品性能。上下料機(jī)械手的三個(gè)單元安裝在底板上,位置合理?？刂粕a(chǎn)過(guò)程的可編程序控制器等安裝在電氣控制柜內(nèi),機(jī)械裝置和電氣裝置安裝在設(shè)備臺(tái)上，便于各個(gè)機(jī)械及氣動(dòng)部件的拆卸與安裝、控制線(xiàn)路的布線(xiàn)、氣動(dòng)電磁閥及氣管的安裝。上料單元和下料單元采用最為靈活的拆裝式模塊結(jié)構(gòu),最大限度滿(mǎn)足綜合性設(shè)計(jì)的要求[8]。

上下料機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)為能在一個(gè)穩(wěn)定牢固的支架中保證各氣動(dòng)元件工作的穩(wěn)定性,具有足夠的運(yùn)動(dòng)空間,實(shí)現(xiàn)夾取與放置物品的功能。筆者選用4080與3030型材作為底盤(pán)支架,用連接件進(jìn)行固定。確定好布局圖后，將各氣動(dòng)元件及其它零件裝配好,最后再根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整部分機(jī)構(gòu)的裝配。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中用到的材料包括四根4080型材、六根3030型材、六塊鋁合金加工物料、若干螺栓、一條自動(dòng)軸承鋼精致滑軌、一塊軸用固定塊等。

3 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)

玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手的氣動(dòng)回路如圖2 所示。玻璃面板由上下料機(jī)械手送料至玻璃貼標(biāo)機(jī),由氣缸推送到貼標(biāo)位置。當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)傳感器。傳感器發(fā)出反饋信號(hào)或者指令至主控制器,主控制器發(fā)出輸出信號(hào)至電磁閥,用于控制氣動(dòng)回路工作。上下料機(jī)械手末端采用真空吸盤(pán)抓取玻璃面板。貼上標(biāo)簽之后,由上下料機(jī)械手運(yùn)送至后續(xù)加工位置。根據(jù)標(biāo)簽對(duì)玻璃面板傳送路徑進(jìn)行合理規(guī)劃并編碼。加工完成后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),不合格的玻璃面板進(jìn)入后續(xù)工位進(jìn)行加工處理,合格的玻璃面板傳送至指定位置[9]。

整個(gè)氣動(dòng)回路的動(dòng)力來(lái)源于空氣壓縮機(jī)。氣體經(jīng)過(guò)氣動(dòng)三聯(lián)件進(jìn)行過(guò)濾處理,除去水、灰塵、油漬。然后通過(guò)調(diào)節(jié)連接在翻轉(zhuǎn)氣缸、升降氣缸上的調(diào)壓閥,使進(jìn)口壓力滿(mǎn)足氣缸伸縮工作要求。三位五通換向電磁閥1、2、4、5控制氣缸的伸縮,當(dāng)處于中位時(shí),氣缸處于靜止?fàn)顟B(tài)。另外,當(dāng)真空吸盤(pán)接觸到合格玻璃時(shí),真空發(fā)生器可以將空氣壓縮機(jī)提供的正氣壓轉(zhuǎn)換為所需要的負(fù)壓力值,然后通過(guò)主控制器控制兩位兩通換向電磁閥6換向,最終將合格的玻璃面板碼放在碼垛上,達(dá)到分揀的目的[10]。

氣缸是氣動(dòng)回路中的重要執(zhí)行元件,筆者采用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)型氣缸。根據(jù)工件的尺寸和質(zhì)量,采用SMC系列CDJ2KB16X75-B型氣缸,缸徑為16 mm,最大行程為75 mm,工作壓力為0.04～0.98 MPa。

上下料機(jī)械手所選用的空氣壓縮機(jī)型號(hào)為OUTSTANG 750W-30L,氣動(dòng)回路中過(guò)濾減壓閥型號(hào)為 AFC2000,三位五通直流24 V電磁換向閥型號(hào)為亞德客4V110-06,兩位兩通電磁換向閥型號(hào)為德力西4V210-08?？諝膺^(guò)濾器、減壓閥、三位五通電磁閥、兩位兩通電磁閥都安裝在電氣柜后部,方便氣動(dòng)回路的連接。

吸盤(pán)臂上安裝兩個(gè)吸盤(pán),吸盤(pán)直徑R滿(mǎn)足:

(1)

式中:G為玻璃重力,N;t為安全因數(shù),當(dāng)玻璃水平吸附時(shí),t≥4,當(dāng)玻璃豎直吸附時(shí),t≥8;n為吸盤(pán)數(shù)量;p為吸盤(pán)真空度,MPa。

對(duì)式(1)變形，可得吸盤(pán)真空度p滿(mǎn)足：

(2)

在滿(mǎn)足式(2)的前提下，吸盤(pán)臂上的兩個(gè)吸盤(pán)真空度應(yīng)該取最大真空度的40%～60%,這樣保證既能夠使吸盤(pán)吸附,又可以隨時(shí)控制吸盤(pán)松開(kāi)。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選用三菱PLCFx3N-48MR型可編程序控制器,具有24點(diǎn)輸入、24點(diǎn)輸出,并可擴(kuò)展到128點(diǎn)。這一可編程序控制器自帶兩路輸入電位器，具有8 000步存儲(chǔ)容量,可以連接多種擴(kuò)展模塊。這一可編程序控制器屬于晶體管輸出型可編程序控制器，能同時(shí)輸出兩點(diǎn)100 kHz脈沖。配備有七條特殊定位指令,包括零返回、絕對(duì)或相對(duì)地址表達(dá)、特殊脈沖輸出等?？删幊绦蚩刂破骺砂惭bFX1N-5DM顯示模塊,能監(jiān)控和編輯定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器，并且支持RS232、RS485、RS422網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信功能?？删幊绦蚩刂破鞯慕泳€(xiàn)如圖3所示,設(shè)備輸入、輸出分配分別見(jiàn)表1、表2。

玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手可編程序控制器程序流程如圖4所示。

▲圖3 可編程序控制器接線(xiàn)圖

表1 設(shè)備輸入分配

表2 設(shè)備輸出分配

▲圖4 可編程序控制器程序流程

部分可編程序控制器程序如圖5所示。

▲圖5 可編程序控制器程序

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者開(kāi)發(fā)了玻璃貼標(biāo)機(jī)上下料機(jī)械手，通過(guò)可編程序控制器控制電磁閥通斷及傳感器感應(yīng),實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng),使氣動(dòng)真空吸盤(pán)對(duì)物料進(jìn)行抓取與放置,進(jìn)而達(dá)到加工和搬運(yùn)物料的目的。目前，玻璃貼標(biāo)機(jī)已投入生產(chǎn),運(yùn)行穩(wěn)定,貼標(biāo)精度高于0.05 mm,良品率在99.62% 以上。