梁斌超 梁品松

（萬豐派斯林機(jī)器人有限公司，紹興 312500）

成功的機(jī)器人去毛刺飛邊系統(tǒng)的幾項(xiàng)關(guān)鍵因素

梁斌超 梁品松

（萬豐派斯林機(jī)器人有限公司，紹興 312500）

分析機(jī)器人去毛刺飛邊系統(tǒng)中去毛刺工具的選擇、工件定位、視覺系統(tǒng)應(yīng)用、機(jī)器人編程這幾項(xiàng)關(guān)鍵因素。投產(chǎn)情況表明，該分析準(zhǔn)確合理，可為以后相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。

機(jī)器人 去毛刺工具 去毛刺 視覺系統(tǒng) 編程

前言

在鑄件行業(yè)里，產(chǎn)品毛坯的飛邊及機(jī)加工后的毛刺不可避免。因此，去除這些飛邊毛刺是必要的工序，且大部分去飛邊毛刺不管產(chǎn)品的初始條件如何都要求有一個(gè)相對(duì)一致的結(jié)果。目前，大多數(shù)飛邊毛刺是人工去除。雖然人的靈活性足以勝任此工作，但是容易產(chǎn)生褶皺的表面（振動(dòng)引起）和刀具離開工件時(shí)產(chǎn)生凹坑。為了得到光潔的表面，操作者必須持續(xù)調(diào)整力的大小、位置以及力的方向。因此，這門技術(shù)需要反復(fù)練習(xí)才能掌握。然而，當(dāng)操作者掌握了這門技術(shù)后，也許已經(jīng)不愿意繼續(xù)做這個(gè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、臟的、危險(xiǎn)的工作。這種循環(huán)在下一個(gè)新的操作者中繼續(xù)循環(huán)，所以研究機(jī)器人去毛刺飛邊系統(tǒng)是解決這一現(xiàn)狀的良好方案。經(jīng)過反復(fù)論證及試驗(yàn)，一個(gè)成功的機(jī)器人去毛刺飛邊系統(tǒng)有幾項(xiàng)關(guān)鍵因素。

1 去毛刺工具選擇

通常去毛刺的要求是：去毛刺飛邊的表面光滑；完全去除毛刺飛邊（去毛刺軌跡上的）；不能去除過多的工件本體材料。所以，選擇一個(gè)合適的去毛刺工具至關(guān)重要。對(duì)于不同類型的毛刺飛邊，需要選擇不同類型的毛刺清理工具及刀具。目前，市場(chǎng)上常用的機(jī)器人柔性毛刺清理工具大多數(shù)是被動(dòng)順從，主要分為軸向順從和徑向順從。被動(dòng)順從去毛刺工具在軸向或者徑向上有一定的位移補(bǔ)償，使工件輪廓允許有一定的偏差，還能簡(jiǎn)化機(jī)器人軌跡編程。順從力的大小可用氣壓調(diào)節(jié)，類似于人工去毛刺時(shí)垂直于去毛刺軌跡的力，且該順從力還具有減震效果，以有效保證去毛刺飛邊表面的光潔度。類似分型線的飛邊，可以選擇徑向順從的去毛刺工具，并且根據(jù)飛邊的大小選擇工具功率的大小。去除分型線飛邊的刀具選擇也比較多樣化，對(duì)于鋁鑄件等一些不容易排屑的材料，可以選用刃口較少的刀具，而且還要滿足輪廓的最小半徑大于刀具直徑的1.5倍；而去除機(jī)加工后的毛刺可以選擇軸向順從去毛刺工具配合錐形旋轉(zhuǎn)銼。

2 工件定位

機(jī)器人去毛刺飛邊系統(tǒng)中，工件定位一般分為機(jī)器人夾持工件和工件固定兩種。無論哪一種都需要控制工件的振動(dòng)，因?yàn)檎駝?dòng)會(huì)影響去毛刺表面的光潔度，還有可能引起刀具斷裂。兩種工件定位都需要有足夠的剛性。為了保證工件定位的一致性，盡可能使用同一分型面上的定位點(diǎn)。工件與機(jī)器人的相對(duì)位置會(huì)影響機(jī)器人的軌跡精度，不合適的位置還有可能產(chǎn)生奇異點(diǎn)。在設(shè)計(jì)工件與機(jī)器人位置時(shí)，要盡量遠(yuǎn)離機(jī)器人極限位置，最好是在機(jī)器人臂展一半附近。還有，對(duì)于六軸機(jī)器人來說，要注意五軸角度要遠(yuǎn)離0°和三軸角度遠(yuǎn)離-90°。

工件定位還要考慮自動(dòng)上下件的可行性，如有必要還可以采用高精度變位機(jī)配合定位，畢竟全自動(dòng)化機(jī)器人去毛刺才是最理想的結(jié)果。

3 視覺系統(tǒng)應(yīng)用

視覺系統(tǒng)在機(jī)器人去毛刺系統(tǒng)上的作用一般是產(chǎn)品識(shí)別與工件位置定位。雖然目前多家廠商的視覺系統(tǒng)在圖像處理及算法上已經(jīng)非常成熟，但是要得到最佳的圖像就需要選擇合理的硬件、外部環(huán)境和工裝的配合。相機(jī)和鏡頭的基本參數(shù)比較容易選擇，只需根據(jù)工件的大小及所需的精度就可以做出選擇。相對(duì)來說，光源比較難選擇。一般來說，視覺系統(tǒng)廠商會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況選擇最優(yōu)的光源。外部環(huán)境的光線對(duì)視覺系統(tǒng)成像也有一定影響，所以要盡量減少光污染。不過，合理選擇光源也能一定程度降低外部光線的干擾，但是要絕對(duì)避免陽光等強(qiáng)光的直接照射。相機(jī)的安裝過程也較為重要。由于機(jī)械加工的形位誤差不可避免，相機(jī)的傾斜角度過大會(huì)造成圖像中產(chǎn)品輪廓誤差增大。所以，在安裝相機(jī)時(shí)需要借助一些設(shè)備來調(diào)整相機(jī)與工件的垂直度。如果處理不好這些實(shí)際應(yīng)用過程中的問題，往往會(huì)導(dǎo)致在圖像處理算法設(shè)計(jì)和成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)中事倍功半。

4 機(jī)器人編程

機(jī)器人的去毛刺軌跡速度基于去毛刺工具特性，如徑向順從去毛刺工具的理想速度是300～400mm/s，軸向順從去毛刺工具的理想速度是100～200mm/s。順從方向的位移補(bǔ)償一般取中間值，以保證最大限度包容工件輪廓的偏差。機(jī)器人的軌跡速度保持勻速，會(huì)有最理想的去毛刺效果。但是，實(shí)際上由于某些產(chǎn)品輪廓存在微小的倒圓角，機(jī)器人的軌跡速度是無法保持勻速的，在處理這些地方的軌跡編程時(shí)，只能盡可能保持勻速。不同的機(jī)器人，響應(yīng)是不一樣的。同樣，參數(shù)反應(yīng)到軌跡速度上也是不一樣的。所以，對(duì)于那些微小倒圓角的軌跡編程，有可能要經(jīng)過多次試驗(yàn)才能得出最優(yōu)的速度和加速度參數(shù)。如果參數(shù)設(shè)置不合理，有可能產(chǎn)生去毛刺工具的振動(dòng)，導(dǎo)致工件產(chǎn)品褶皺的表面。某些機(jī)器人去毛刺系統(tǒng)需要滿足多種產(chǎn)品的去毛刺，如果用手動(dòng)示教的方法去記錄去毛刺軌跡點(diǎn)，工作量將會(huì)非常巨大，離線編程可以解決這個(gè)難題。某些先進(jìn)的機(jī)器人還能結(jié)合制圖軟件或者本身自帶完善的離線編程軟件，就更能節(jié)省編程的時(shí)間。另外，還要注意規(guī)避機(jī)器人的奇異點(diǎn)。對(duì)于六軸機(jī)器人簡(jiǎn)單來說，就是在直線和圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)，避免五軸角度跨越0°和三軸角度跨越-90°。

5 結(jié)語

公司研發(fā)的摩托車輪轂機(jī)器人去毛刺飛邊系統(tǒng)自2014年1月投產(chǎn)至今，運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)客戶現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后反饋，使用該系統(tǒng)后產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升，產(chǎn)品合格率從傳統(tǒng)人工作業(yè)時(shí)的95%提高到目前的99.5%，生產(chǎn)成本大幅下降，僅人工成本一項(xiàng)每年節(jié)約高達(dá)50萬元/套。此外，操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度大大下降?，F(xiàn)一個(gè)熟練員工（崗位工作半年以上）人工去毛刺產(chǎn)量約為800件/班，使用機(jī)器人去毛刺系統(tǒng)只要一般員工（只負(fù)責(zé)上下件）就可以輕松操作兩個(gè)系統(tǒng)單元，單班產(chǎn)量能達(dá)到2000件以上，如配合使用全自動(dòng)物流線，則可以完全實(shí)現(xiàn)無人化去毛刺?？梢?，合理應(yīng)用該系統(tǒng)，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而本文所做的分析與討論，可為設(shè)計(jì)人員做相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)提供參考。

[1]李科迪.機(jī)器人去毛刺浮動(dòng)式執(zhí)行器設(shè)計(jì)及分析[D].杭州：浙江大學(xué)，2016.

[2]施曉明，陸仕平，胡成博，梁雪斌.機(jī)器視覺在摩輪輪轂去毛刺加工中的應(yīng)用[J].摩托車技術(shù)，2014，（10）：37-40.

Several Key of Successful Robotic Deburring System

LIANG Binchao,LIANG Pinsong
(Wanfeng Paslin Robot Co.,Ltd., Shaoxing 312500)

Several key factors of Successful robotic deburring system like deburring tool selection、workpiece positioning、application of vision system and Robot programming are analyzed. The outcome of putting into production shows reasonable analysis. The design can provide a reference for similar designs．

industrial robot, deburring tool, burring, visual system, programming