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

摘 要：空調(diào)室外機(jī)組裝時(shí)需要裝配壓縮機(jī)，但由于壓縮機(jī)較重（15 kg左右），且每天裝配次數(shù)多達(dá)兩千余次，因此使用人工裝配，體力勞動(dòng)重復(fù)性高且十分繁重。為了解決此問題，并進(jìn)一步提升企業(yè)的自動(dòng)化水平，設(shè)計(jì)了一套壓縮機(jī)搬運(yùn)工作站。該工作站使用兩套工業(yè)視覺系統(tǒng)分別識(shí)別壓縮機(jī)在棧板、底盤上的位置和角度，再通過機(jī)器人夾爪上的激光測(cè)距傳感器測(cè)得夾爪距壓縮機(jī)高度，從而準(zhǔn)確獲取壓縮機(jī)位置，借助六軸工業(yè)機(jī)器人及夾爪實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的自動(dòng)抓取和裝配。此外，裝配后利用兩套讀碼器分別讀取底盤和壓縮機(jī)上SN碼并進(jìn)行比對(duì)，防止兩者型號(hào)不匹配，實(shí)現(xiàn)了品質(zhì)防呆。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;工業(yè)視覺;自動(dòng)裝配;讀碼

中圖分類號(hào)：TP242.2? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）13-0041-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.012

0??? 引言

近年來，中國人口紅利正在消失，老齡化問題越來越嚴(yán)重[1]，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12 s，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)Kawasaki RS050N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96～119 mm。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KEYENCE LR-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Omron接近開關(guān)TL-Q5MD1，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)[2]，其控制系統(tǒng)主要由可編程序控制器（簡稱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[3]，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WEINVIEW MT8071IE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/O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[4]。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COGNEX DataMan262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

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)帶來更多的利潤和價(jià)值。

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收稿日期：2022-04-21

作者簡介：王峰（1986—），男，河南周口人，機(jī)械工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化。