基于機(jī)器人的沖壓組裝自動上下料工作站

□ 潘慶峰 □ 倪受東

南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動力工程學(xué)院 南京 211800

1 設(shè)計背景

在工業(yè)自動化生產(chǎn)中,隨著勞動力生產(chǎn)成本的不斷增加,工業(yè)機(jī)器人承擔(dān)著越來越重要的任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人在自動化生產(chǎn)中主要應(yīng)用于裝配、上下料、加工等需要動作重復(fù)、繁重、復(fù)雜的場合,尤其是在需要動作靈活性大、速度快的場合,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛[1-4]。

筆者針對某汽車安全氣囊發(fā)生器基座的自動化組裝生產(chǎn),設(shè)計了基于水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人的沖壓組裝自動上下料工作站。工作站的設(shè)計應(yīng)用不僅能提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和穩(wěn)定性,而且對其它同類產(chǎn)品的生產(chǎn)具有參考價值。

2 方案布局

這一沖壓組裝自動上下料工作站由一套主控可編程序控制器、兩臺2 t伺服壓機(jī)、一臺水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人、兩臺振動盤、四套視覺檢測裝置,以及基座上料輸送線、上下料移位裝置、引爆器與O形圈移位裝置、引爆器翻轉(zhuǎn)裝置、其它氣動相關(guān)裝置組成。沖壓組裝自動上下料工作站布局如圖1所示。

3 沖壓組裝自動上下料工藝

汽車安全氣囊發(fā)生器基座組件包括基座、適配器、引爆器、O形圈,是駕駛側(cè)安全氣囊發(fā)生器的承載體,生產(chǎn)組裝的工藝要求較高,裝配生產(chǎn)過程為全自動化封閉環(huán)境生產(chǎn)。由于引爆器的特殊性,因此要盡量避免人員接觸,以免發(fā)生不必要的意外。

▲圖1 沖壓組裝自動上下料工作站布局

基座和適配器均為鋼制件,O形圈為塑料件,引爆器為帶有電子元器件的外殼塑料件。組裝工藝如下:

(1) 完成O形圈和引爆器的組裝;

(2) 引爆器和O形圈的組裝件檢測合格后,放入適配器;

(3) 將放入適配器的引爆器和O形圈組裝件沖壓,使兩者成為一體,檢測合格后進(jìn)入下一個工作站。

生產(chǎn)工藝流程是組織自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵,是自動化控制的重要參考依據(jù),根據(jù)生產(chǎn)對象的裝配和工作站的整體布局規(guī)劃而成。沖壓組裝自動上下料工作站生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

▲圖2 沖壓組裝自動上下料工作站生產(chǎn)工藝流程

4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是沖壓組裝自動上下料工作站的核心,是協(xié)調(diào)各生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的邏輯控制中心。

4.1 硬件

沖壓組裝自動上下料工作站的控制系統(tǒng)由主控可編程序控制器、伺服壓機(jī)控制系統(tǒng)、水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)、視覺檢測系統(tǒng)、氣動輔助系統(tǒng)組成。可編程序控制器作為控制中心,通過通信總線與各控制系統(tǒng)進(jìn)行通信,并進(jìn)行信號反饋與動作輸出控制。

采用AB1738通信模塊將各系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作位置點的監(jiān)控信息反饋至主控可編程序控制器。主控可編程序控制器根據(jù)反饋的信息進(jìn)行判斷,發(fā)出下一步指令,完成相關(guān)動作。

4.2 系統(tǒng)通信

沖壓組裝自動上下料工作站為全自動化生產(chǎn)的工作站,需要各系統(tǒng)之間進(jìn)行邏輯聯(lián)動,通過相關(guān)協(xié)議整合,實現(xiàn)通信[5]。

沖壓組裝自動上下料工作站采用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信,將各氣缸磁性開關(guān)和各種傳感器的輸入輸出控制、組態(tài)、診斷、信息、安全、同步、運(yùn)動控制集成在一起,通過總線技術(shù)與主控可編程序控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[6-7]。通過工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信,避免了不同系統(tǒng)、不同硬件結(jié)構(gòu)與主控可編程序控制器之間繁雜的接線問題。沖壓組裝自動上下料工作站通信框圖如圖3所示。

▲圖3 沖壓組裝自動上下料工作站通信框圖

4.3 軟件

軟件功能應(yīng)盡可能滿足安全生產(chǎn)的需要,實現(xiàn)控制系統(tǒng)的模塊化,既方便生產(chǎn),又方便后期的維護(hù)和功能擴(kuò)展。

(1) 安全防護(hù)系統(tǒng)。安全防護(hù)系統(tǒng)是安全生產(chǎn)的重要防線,在自動化生產(chǎn)過程中可以避免人為意外事故。安全防護(hù)系統(tǒng)同時需要有自動報警功能,防止人為意外帶來生產(chǎn)危險。生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置安全門鎖,只有通過相關(guān)程序設(shè)置才能打開或者關(guān)閉。

(2) 自動功能。沖壓組裝自動上下料工作站用于實現(xiàn)自動化生產(chǎn),程序的功能設(shè)計要適應(yīng)自動化需要。由于工作站是封閉生產(chǎn)模式,因此系統(tǒng)程序軟件要具備生產(chǎn)缺料提示、產(chǎn)品合格與否判定、生產(chǎn)過程中異常報警提示、程序自檢等功能。

(3) 通信功能。生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計、異常處理時,需要與上位機(jī)或主控可編程序控制器進(jìn)行通信,并通過人機(jī)交互界面進(jìn)行操作[8-9]。

4.4 人機(jī)交互

沖壓組裝自動上下料工作站人機(jī)交互的重要媒介是人機(jī)交互界面,也就是觸摸屏。通過人機(jī)交互界面,生產(chǎn)人員可以對生產(chǎn)相關(guān)信息進(jìn)行查看或者設(shè)置,對產(chǎn)品進(jìn)行統(tǒng)計,將生產(chǎn)信息回傳至上位機(jī),同時可以對工作站內(nèi)出現(xiàn)的異常報警故障日志進(jìn)行查看、處理。人機(jī)交互界面主畫面如圖4所示。

▲圖4 沖壓組裝自動上下料工作站人機(jī)交互界面主畫面

4.5 生產(chǎn)節(jié)拍

產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)拍是產(chǎn)能設(shè)計的關(guān)鍵計算數(shù)據(jù),是滿足生產(chǎn)需要的重要因素?？刂葡到y(tǒng)對各結(jié)構(gòu)各系統(tǒng)之間的反應(yīng)時效,影響生產(chǎn)節(jié)拍的快慢程度,生產(chǎn)節(jié)拍也是程序軟件設(shè)計的重要參考對象。

為了便于分析生產(chǎn)節(jié)拍,對生產(chǎn)設(shè)備的各個相關(guān)組件進(jìn)行單元劃分,具體分為O形密封圈振動盤供料單元、引爆器振動盤供料單元、O形密封圈移位單元、引爆器移位單元、引爆器和O形密封圈組裝單元、機(jī)器人移位單元、二工位伺服沖壓單元、視覺檢測單元。在分析生產(chǎn)節(jié)拍時,通常以生產(chǎn)時間最慢的單元作為參考單元。沖壓組裝自動上下料工作站生產(chǎn)節(jié)拍的參考單元為O形密封圈移位單元、引爆器移位單元、引爆器和O形密封圈組裝單元,因為這三個單元采用的氣動設(shè)備比較多。設(shè)定的生產(chǎn)時間為10 h,生產(chǎn)狀態(tài)為連續(xù)生產(chǎn),日產(chǎn)能要達(dá)到3 000件,所以工作站的生產(chǎn)節(jié)拍控制為12 s,這樣才能滿足生產(chǎn)的需要。

5 結(jié)束語

筆者設(shè)計的沖壓組裝自動上下料工作站實現(xiàn)了汽車安全氣囊發(fā)生器基座的自動化組裝生產(chǎn),提高了生產(chǎn)效率及質(zhì)量,避免了人工生產(chǎn)的風(fēng)險,降低了生產(chǎn)成本,對類似部件的自動化生產(chǎn)具有參考意義[10]。