基于工業(yè)視覺的壓縮機搬運工作站設(shè)計

摘 要：空調(diào)室外機組裝時需要裝配壓縮機，但由于壓縮機較重（15 kg左右），且每天裝配次數(shù)多達兩千余次，因此使用人工裝配，體力勞動重復性高且十分繁重。為了解決此問題，并進一步提升企業(yè)的自動化水平，設(shè)計了一套壓縮機搬運工作站。該工作站使用兩套工業(yè)視覺系統(tǒng)分別識別壓縮機在棧板、底盤上的位置和角度，再通過機器人夾爪上的激光測距傳感器測得夾爪距壓縮機高度，從而準確獲取壓縮機位置，借助六軸工業(yè)機器人及夾爪實現(xiàn)壓縮機的自動抓取和裝配。此外，裝配后利用兩套讀碼器分別讀取底盤和壓縮機上SN碼并進行比對，防止兩者型號不匹配，實現(xiàn)了品質(zhì)防呆。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;工業(yè)視覺;自動裝配;讀碼

中圖分類號：TP242.2? 文獻標志碼：A? 文章編號：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重[1]，同時年輕人“寧送外賣不進工廠”，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)型升級已迫在眉睫。當前，以自動化、數(shù)字化、信息化為代表的先進制造技術(shù)正悄然興起，使得機器換人成為一種應對用工問題行之有效的解決途徑。針對人工裝配壓縮機存在的勞動強度大、員工流失率高的問題，筆者使用工業(yè)機器人并借助定制夾爪和視覺檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)壓縮機裝配的全自動識別、定位、取料和裝配，再通過讀碼器獲取底盤和壓縮機上SN碼并進行比對，判斷兩者型號是否匹配;此外，通過PLC與企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的通信，實現(xiàn)對產(chǎn)品型號、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，完成對設(shè)備的有效監(jiān)控管理。

1??? 裝配工藝分析

空調(diào)室外機底盤部件包括紙托、底泡、底板和緩沖墊，其上裝配壓縮機后如圖1所示。

根據(jù)人工裝配壓縮機的工藝流程進行動作分解，經(jīng)調(diào)整優(yōu)化后，制訂出適合自動化生產(chǎn)的工藝路線，如圖2所示。

從圖2可以看出，自動裝配壓縮機整個流程節(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

壓縮機搬運工作站由3段滾筒線、4套擋停機構(gòu)、1套底盤定位機構(gòu)、2套讀碼裝置、1套視覺裝置、1臺Kawasaki RS050N六軸機器人、定制夾爪、棧板定位裝置、電控柜配套氣動系統(tǒng)等組成，壓縮機搬運工作站布局如圖3所示。

2.2??? 機器人夾爪設(shè)計

機器人夾爪需兼容22種不同直徑的壓縮機，壓縮機直徑范圍為96～119 mm。為了兼容直徑范圍內(nèi)所有壓縮機，選用SMC三爪氣缸MHSL3-125D;為了確定壓縮機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、高分辨率鏡頭和環(huán)形光源等組成的視覺系統(tǒng);安裝激光測距傳感器KEYENCE LR-TB5000，用于測量夾爪距壓縮機的高度，有了壓縮機位置、角度和高度信息，就可以確定壓縮機抓取位置;在一個夾爪工件上安裝Omron接近開關(guān)TL-Q5MD1，用于檢測夾爪內(nèi)有無壓縮機，以防壓縮機抓取失敗或者意外掉落。機器人夾爪如圖4所示。

2.3??? 控制系統(tǒng)設(shè)計

壓縮機搬運工作站是全自動生產(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[2]，其控制系統(tǒng)主要由可編程序控制器（簡稱PLC）、機器人控制系統(tǒng)、工業(yè)視覺檢測系統(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)進行通信[3]，并收集信號反饋、做出判斷后，輸出動作指令。通信框圖如圖5所示。

工作站人機交互通過WEINVIEW MT8071IE觸摸屏進行，可在觸摸屏上顯示機器人、線體、視覺和讀碼器運行狀態(tài)，修改設(shè)備相關(guān)參數(shù)，記錄設(shè)備報警信息，監(jiān)視I/O信息，也可隨時查看產(chǎn)量、合格率、節(jié)拍等實時數(shù)據(jù)信息，最終達到可視化管理的目的[4]。人機交互主界面如圖6所示。

3??? 技術(shù)難點及解決措施

3.1??? 底盤與壓縮機型號配對防呆

同一型號室外機中的底盤部件與壓縮機型號是匹配的，為了防止用錯型號，在底盤部件底泡和壓縮機上貼有SN碼，裝配壓縮機后需分別使用讀碼器讀取兩者SN碼，上傳到MES系統(tǒng)中進行比對。原來使用人工掃碼費時費力，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，可自動讀取SN碼，省時省力。

3.2??? 斷氣壓縮機掉落

當機器人夾爪上有壓縮機時，若突然斷氣，夾爪上三爪氣缸無法提供夾緊力，壓縮機因重力掉落，此時會造成壓縮機損壞甚至安全事故。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;

（2）選擇五位三通中封式電磁閥，當收到斷氣信號后立即轉(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）增加一個儲氣罐，斷氣后可在一段時間內(nèi)繼續(xù)向夾爪氣缸供氣，等待人工將壓縮機取走。

4??? 結(jié)語

筆者設(shè)計的壓縮機搬運工作站，不僅實現(xiàn)了壓縮機的自動裝配，而且通過自動掃碼獲取底盤部件和壓縮機的SN碼并進行比對，實現(xiàn)了品質(zhì)防呆。該工作站在企業(yè)內(nèi)部已批量復制推廣，相信在不久的將來會給企業(yè)帶來更多的利潤和價值。

[參考文獻]

[1] 陸旸.中國人口紅利的變化趨勢和對策建議[J].人民論壇，2021（17）：70-73.

[2] 王鴻博，李建東，崔曉暉，等.基于工業(yè)機器人的分揀生產(chǎn)線群控通信系統(tǒng)設(shè)計[J].制造技術(shù)與機床，2016（3）：93-98.

[3] 戴騰清.基于PROFIBUS現(xiàn)場總線在機器人沖壓自動化線的設(shè)計與實現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學，2015.

[4] 呂會安.密封工件自動上下料生產(chǎn)線設(shè)計與實現(xiàn)[J].機電信息，2021（30）：54-55.

收稿日期：2022-04-21

作者簡介：王峰（1986—），男，河南周口人，機械工程師，研究方向：機械設(shè)計及自動化。