空調(diào)附件雙物料自動(dòng)拾取裝配技術(shù)研究與應(yīng)用

蘇 濱 劉 波 陳章勇

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

引言

空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)以及家用電器在生產(chǎn)中會(huì)用到大量的小件物料。例如，空調(diào)生產(chǎn)中打包附件小件物料較多，目前采用人工取裝的方法進(jìn)行裝配，效率低、重復(fù)動(dòng)作多且方法落后，已經(jīng)難于適應(yīng)產(chǎn)線自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，在新型空調(diào)基地如“黑燈工廠”的生產(chǎn)模式下，產(chǎn)線自動(dòng)化水平更高，強(qiáng)制要求產(chǎn)線自動(dòng)化覆蓋率要達(dá)到90 %以上，對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化、精益化提出了更高要求。

1 開發(fā)難點(diǎn)分析

1）雙物料夾取裝置，其外形尺寸、結(jié)構(gòu)合理性如何定義、設(shè)計(jì)及與具體產(chǎn)線協(xié)調(diào)配合？

定義：開發(fā)的夾取裝置分別要夾取排水接頭、包扎帶，并整合在一起。排水接頭夾取方向不同，可以選擇豎著夾取或橫著夾取兩種方向。在豎著夾取過程（圖1），有兩方面的因素影響較大，一是排水接頭豎著放置，排水接頭的定位、出料、過程移動(dòng)控制難度大，二是夾取時(shí)排水接頭夾具要較長(zhǎng)尺寸，這樣會(huì)增大整個(gè)夾具的空間尺寸。因此，設(shè)計(jì)上優(yōu)先確定排水接頭臥式定位，過程移動(dòng)出料采用滑軌形式為宜。在具體產(chǎn)線協(xié)調(diào)裝配位置時(shí)，因夾具為一體化，存在夾具與其它零部件存在干涉，如安排布局在原崗位進(jìn)行自動(dòng)化裝配，已經(jīng)裝配的零部件會(huì)影響裝配效果。

圖1 立式夾取

2）底盤部件裝配孔位尺寸大小不一致，夾取裝配過程多種規(guī)格孔位導(dǎo)致夾取區(qū)域變化，即使是同種物料每批次也會(huì)存在來料模具偏差有偏差，如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位？

如圖2所示，底盤泡沫孔位置有不同規(guī)格尺寸，有不同廠家生產(chǎn)，常有公差級(jí)的允許范圍內(nèi)的尺寸差異，同時(shí)涉及流水線對(duì)底盤裝配部件定位偏差，夾取過程物料擺放位置導(dǎo)致夾取偏差等，上述都不約而同的作用于機(jī)械手裝配排水接頭的精度。我司泡沫組件規(guī)格種類既有內(nèi)銷又有出口產(chǎn)品，數(shù)量達(dá)10種以上，對(duì)其中的5款產(chǎn)品的泡沫孔測(cè)量分析，孔徑尺寸最小的?15 mm，最大的?18 mm不等，識(shí)別孔位的差異性范圍和精度都需要考慮在內(nèi)。

圖2 不同泡沫孔位現(xiàn)狀

按此常規(guī)的流水線旁邊設(shè)置視覺捕捉定位，上述各種因素交集發(fā)生，此種視覺定位方式造成①光源范圍過寬，普通光源打光效果不良，需要增加高精度光源2～3個(gè)，勢(shì)必增加裝置的整體造價(jià)成本；②定位約束過多，需要考量產(chǎn)品擺放位置、機(jī)械手夾取點(diǎn)及裝配孔位，容易導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，自動(dòng)化裝配一致性很難保證。

3）如何實(shí)現(xiàn)排水接頭、包扎帶順序出料

包扎帶、排水接頭在軌道上須及時(shí)排列到位，關(guān)系到后續(xù)夾取物料的姿勢(shì)正確，同時(shí)需要滿足生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的要求，如何避免卡料問題，送料及時(shí)性是關(guān)鍵，項(xiàng)目通過在軌道設(shè)置振動(dòng)器、吹氣裝置，合理設(shè)置設(shè)備參數(shù)及優(yōu)化程序等方法，解決了出料過程物料擁堵、排列卡料問題，同時(shí)排水接頭來料，存在注塑不良、瑕疵，聯(lián)合質(zhì)量管理部門及生產(chǎn)廠家，采取物料出模時(shí)全檢自檢方式，并劃線確認(rèn)，檢驗(yàn)部門按每批次5 %比例隨機(jī)抽查檢測(cè)，建立起物料來料全檢機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)跟進(jìn)整改，對(duì)異常情況進(jìn)行責(zé)任單位追責(zé)，杜絕來料不良情況。

2 技術(shù)開發(fā)

2.1 夾具系統(tǒng)與視覺定位系統(tǒng)一體化工藝技術(shù)開發(fā)

如圖3所示，根據(jù)以上提出的外形尺寸、定位不精確的問題，項(xiàng)目創(chuàng)造性的開發(fā)了夾具裝置與視覺定位系統(tǒng)一體式結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)物料夾取、定位及裝配動(dòng)作。

圖3 夾具裝置總方案

1）夾具系統(tǒng)兩側(cè)設(shè)置有L型和∏型氣動(dòng)夾取機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)采用氣缸驅(qū)動(dòng)，L型夾取機(jī)構(gòu)匹配排水接頭排列布局為平躺式放置，其空間尺寸更加緊湊；包扎帶∏型夾取結(jié)構(gòu)，夾取包扎帶兩側(cè)平面，相較于圓弧方向方便夾取，內(nèi)側(cè)裝有防形優(yōu)力膠結(jié)構(gòu)，避免夾傷物料。

具體實(shí)施動(dòng)作：機(jī)械手夾取裝置到達(dá)排水接頭擺放位置上方——?dú)飧昨?qū)動(dòng)L型夾取機(jī)構(gòu)夾取排水接頭——機(jī)械手移位至包扎帶擺放位置上方——?dú)飧昨?qū)動(dòng)∏型夾取機(jī)構(gòu)夾取包扎帶——機(jī)械手夾取裝置到達(dá)物料裝配位置上方——視覺識(shí)別裝配物料定位孔——機(jī)械手夾取裝置將排水接頭、包扎帶裝配到位——機(jī)械手夾取裝置返回原位。

2）光源系統(tǒng)采用平衡架結(jié)構(gòu)，平衡架通過氣缸與夾具安裝板聯(lián)接固定，其兩側(cè)搭載2根條形光源。光源可調(diào)節(jié)角度，雙側(cè)打光，燈光覆蓋產(chǎn)品范圍更廣，如圖4。

圖4 平衡架&條形光源安裝圖

3）視覺系統(tǒng)中相機(jī)固定在安裝板中心點(diǎn)位置，與條形光源高度差控制在（100～150）mm之間，通過氣缸伸縮，條形光源可調(diào)節(jié)高度位置，解決裝配產(chǎn)品視覺環(huán)境亮度大小問題，視覺定位更準(zhǔn)確，保證相機(jī)能拍攝到更加清晰的圖片。同時(shí)，視覺程序以最小孔位φ15 mm 為基準(zhǔn)條件，程序限制燈光覆蓋合理范圍內(nèi)，保證視覺定位精確，如圖5。

圖5 視覺系統(tǒng)方案示意圖

4）夾具安裝板通過機(jī)械手連接板與機(jī)器人連接，機(jī)械手的原點(diǎn)與相機(jī)的中心點(diǎn)設(shè)置重合，減小因機(jī)械手姿態(tài)偏差的自由度，導(dǎo)致相機(jī)實(shí)時(shí)捕捉點(diǎn)偏差，如圖6。

圖6 相機(jī)安裝圖

通過以上的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及小批驗(yàn)證到批量使用，效果良好，極大解決行業(yè)內(nèi)雙物料裝配的難點(diǎn)，為空調(diào)附件多物料自動(dòng)拾取和自動(dòng)裝配奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 物料振動(dòng)排列工藝定位方法

1）振動(dòng)盤的料盤上方安裝有用于向振動(dòng)盤供料的料倉，料倉經(jīng)支架安裝在臺(tái)面上，料倉的作用是可提前準(zhǔn)備物料，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)一定數(shù)量的工件，避免僅通過振動(dòng)盤儲(chǔ)存物料，導(dǎo)致加料頻繁，如圖7。

圖7 料倉與振動(dòng)盤安裝圖

2）振動(dòng)盤的輸出導(dǎo)軌末端旁側(cè)安裝有夾取檢測(cè)紅外傳感器，夾取檢測(cè)紅外傳感器檢測(cè)到輸出導(dǎo)軌末端沒有排水接頭或和包扎帶時(shí)，反饋信號(hào)給控制器，控制器啟動(dòng)振動(dòng)盤和振動(dòng)器。振動(dòng)盤底盤中的脈沖電磁鐵，使得料倉做垂直方向振動(dòng)，料倉里面的排水插頭或包扎帶受到這種振動(dòng)而沿著螺旋軌道移動(dòng)。

工件從振動(dòng)盤內(nèi)按一定順序平臥輸出，當(dāng)輸出直線導(dǎo)軌上的工件移動(dòng)至輸出直線導(dǎo)軌末端，隨后，夾取檢測(cè)紅外傳感器檢測(cè)到輸出直線導(dǎo)軌末端有工件，反饋信號(hào)給控制器信號(hào)，控制器將關(guān)閉振動(dòng)器和料倉，如圖8。

圖8 振動(dòng)器&紅外傳感裝置

3）實(shí)施過程，排水接頭從振動(dòng)盤內(nèi)移動(dòng)到導(dǎo)軌過程中，與生產(chǎn)取料裝配節(jié)拍匹配是關(guān)鍵，項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式是尤如物流高速公路上，每隔一段距離就有工件，但沿路上工件不能堵料。項(xiàng)目組創(chuàng)新性在物料移動(dòng)過程中設(shè)置了吹氣裝置，在中間段設(shè)置吹氣裝置加大吹氣力度，使工件盡快進(jìn)入輸出導(dǎo)軌末端即候料區(qū)，候料區(qū)內(nèi)設(shè)置的吹氣裝置改變吹氣角度，目的是調(diào)整物料的移動(dòng)角度偏差，使其在候料軌道內(nèi)整齊排列，如圖9。

圖9 候料軌道上的吹氣裝置

3 應(yīng)用成果

目前項(xiàng)目先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)投入產(chǎn)線使用，使用效果反映好，能很好的分流員工作業(yè)，工序崗位提效50 %，產(chǎn)線自動(dòng)化水平顯著提高。

4 結(jié)語

項(xiàng)目首創(chuàng)空調(diào)行業(yè)多物料自動(dòng)化裝配技術(shù)的先例，開發(fā)的夾具結(jié)構(gòu)合理，采用的視覺系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，靈活準(zhǔn)確，能有效的識(shí)別、定位裝配物件，供料系統(tǒng)做到及時(shí)供料，在滿足功能需求同時(shí)最大化適應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)能要求，項(xiàng)目具很強(qiáng)的復(fù)制性、行業(yè)借鑒性、推廣應(yīng)用價(jià)值，推廣后可給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。