軌道交通電機座槽口精整工藝

□ 陳開銀 □ 彭 鴿 □ 楊景香

1.湖南宇環智能裝備有限公司 長沙 410100 2.永清環保股份有限公司 長沙 410330

1 研究背景

電機座槽口精整是軌道交通電機生產中的一項關鍵制造工藝[1],如果槽口精整不到位,在嵌線時會將線刮傷,可能引起短路,引發安全事故。某軌道交通制造企業在進行槽口精整時,仍然依靠人工用銼刀將尖角倒鈍,自動化程度低,生產效率低,勞動強度大。

使用機器人代替傳統人工進行打磨拋光作業在各行各業已經得到迅速發展。筆者對軌道交通電機座槽口精整工藝進行研究,實現多關節機器人懸掛與混流生產工件自動識別功能,建立雙目視覺系統,有助于軌道交通制造業向智能制造發展[2]。

2 精整系統功能單元模塊

筆者對精整工藝進行分析與論證,在了解市場需求的基礎上,形成了如圖1所示精整系統功能單元模塊。

圖1 精整系統功能單元模塊

精整系統采用工作范圍大、變換靈活、精度高的多關節機器人作為打磨單元主體,配備十六進制編碼器對托盤進行識別,由激光傳感器進行初始尋位,由恒力氣浮馬達提供打磨動力,可以對累積誤差進行自動補償[3]。

3 工藝流程

在確定精整系統功能后,結合工廠實際情況,形成如圖2所示精整系統工藝流程。

圖2 精整系統工藝流程

在精整系統中,由人工吊裝上料。完成上料后,在人機界面中輸入工件型號,工件由輸送線自動輸送至待料工位。在待料工位通過編碼識別技術對工件進行標識,并與人工輸入的工件型號進行對比。匹配一致后,工件送至打磨工位,否則工件流出至下料位。在打磨工位,通過雙目視覺系統完成工件的粗定位與精定位,并引導多關節機器人對工件進行打磨精整。

4 總體布局

設計時,遵循模塊化設計原則,先進行總體布局設計,然后對各模塊進行設計,最后組成電機座槽口精整系統,布局如圖3所示。軌道交通電機座槽口精整系統以精整工位為中心,在精整工位周邊設置輸送單元、產品上下料單元、防護單元、產品信息監控單元等。為便于自動識別產品進行高精度加工和混流加工,精整系統中集成了多關節機器人、雙目視覺系統等[4]。

圖3 精整系統布局

5 多關節機器人精整工藝

傳統的軌道交通電機座槽口精整采用人工方式,不僅勞動強度大,而且加工精度與效率也不高。為了減輕勞動強度,提升加工精度與效率,筆者采用多關節機器人來代替人工打磨。多關節機器人精整加工如圖4所示。

圖4 多關節機器人精整加工

為驗證多關節機器人精整加工的可行性,筆者進行了大量模擬試驗。為了減小系統累積誤差對加工精度的影響,在加工過程中采用集恒力氣浮馬達和柔性打磨頭于一體的精整系統[5],這一系統可以自動補償軌跡誤差。

6 多關節機器人懸掛功能

針對軌道交通電機座種類、形狀、槽口多樣性的特點,對槽口結構的共性問題進行研究,設計了一種多關節機器人懸掛支架,實現多關節機器人懸掛功能。應用有限元軟件對多關節機器人懸掛支架進行變形分析,確保其具有足夠的剛性。多關節機器人懸掛支架變形云圖如圖5所示。多關節機器人倒置安裝在懸掛支架頂部,由系統發出信號并引導雙目相機拍照,通過雙目相機信號引導柔性打磨頭至指定點位打磨工件。多關節機器人如圖6所示。

圖5 多關節機器人懸掛支架變形云圖

7 混流生產工件自動識別功能

在托盤識別工位中,托盤上表面鑄有編號,托盤下方設置四個感應凸塊,如圖7所示。對于不同編號的托盤,感應凸塊安裝的數量、位置不同。在打磨工位軌道上對應的位置安裝四個光電開關。工作時,工人將電機座吊裝至托盤上,同時在人機界面的托盤編號處輸入工件型號。當托盤到達打磨工位后,將反映光電開關通斷狀態的輸入、輸出信號反饋至系統,識別托盤,進而識別工件種類,實現不同種類電機座的實時混流生產。以上方法成本低,可靠性高。為了避免人為輸入錯誤,由雙目視覺系統對精確識別工件類別進行保障。

圖7 感應凸塊設置位置

8 雙目視覺系統

筆者采用雙目視覺系統來實現電機座種類的自動識別及電機座槽口的精準定位[6]。電機座種類的自動識別依靠雙目相機與激光傳感器組合實現,電機座槽口的精準定位由激光傳感器與雙目相機、電荷耦合元件光源、雙目相機有機結合實現[7-8]。雙目視覺系統如圖8所示。

圖8 雙目視覺系統

多關節機器人頭部設有激光傳感器,將雙目相機與激光傳感器相結合,可以實現電機座種類的自動識別,并確定電機座的空間姿態[9-10]。

由于工件種類多樣,不同工件的直徑大小不一,因此在開始精整之前需要對工件軸線所在位置和起刀點進行標定[11]。

筆者開發了一套基于雙目視覺系統的測量、定位與坐標轉換處理軟件,實現電機座種類自動識別、電機座姿態判定、槽口三維坐標建立、打磨起點與打磨姿態確定等功能,可以自動運行多關節機器人對工件進行打磨。

9 結束語

筆者對軌道交通電機座槽口精整工藝進行了研究,設計了集恒力氣浮馬達、柔性打磨頭于一體的可自動補償軌跡誤差的精整系統,實現了多關節機器人懸掛功能和混流生產工件自動識別功能。

在精整加工中應用雙目視覺系統,結合激光傳感器技術對工件動態位置進行標定,解決了工件姿態不確定而引起的定位難、檢測難等問題。