張綠枝

（中山市鑫光智能系統(tǒng)有限公司 廣東省中山市 528467）

關(guān)于自動(dòng)化系統(tǒng)在壓縮機(jī)裝配中應(yīng)用的論述

張綠枝

（中山市鑫光智能系統(tǒng)有限公司 廣東省中山市 528467）

對于“中國制造2025”，智能設(shè)備的時(shí)代，工業(yè)自動(dòng)化飛速發(fā)展的時(shí)代。我們要走的制造路線離不開人工智能，離不開工業(yè)自動(dòng)化，更離不開工業(yè)機(jī)器人的使用。越來越多的行業(yè)正在逐步進(jìn)入機(jī)器人系統(tǒng)替代人工操作，自動(dòng)化生產(chǎn)代替手工生產(chǎn)的進(jìn)程上。在家電領(lǐng)域更是如此，相比之前的手工生產(chǎn)，自動(dòng)化生產(chǎn)線給企業(yè)帶來的不僅僅是人力成本的節(jié)約，更是穩(wěn)定性、高效率、高質(zhì)量保證的承若。

人工智能；伺服系統(tǒng)；扭矩控制；視覺識(shí)別技術(shù)；工業(yè)機(jī)器人

1 導(dǎo)言

在家電領(lǐng)域，空調(diào)手工生產(chǎn)線上，壓縮機(jī)的安裝與底腳螺母的擰緊固定是一項(xiàng)高體力勞動(dòng)的工作。不同空調(diào)有著不同的壓縮機(jī)型號(hào)，產(chǎn)品種類參差不齊，壓縮機(jī)的重量也是從幾十斤到上百斤重不等。為了適應(yīng)不同的空調(diào)產(chǎn)品的，要求工人搬運(yùn)幾十斤的壓縮機(jī)放入空調(diào)金屬底板，進(jìn)行安裝。同時(shí)每個(gè)壓縮機(jī)都必須經(jīng)過檢查，防止將不匹配型號(hào)的壓縮機(jī)放入要生產(chǎn)的空調(diào)中。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，企業(yè)可能還要求工人對每一批次的壓縮機(jī)進(jìn)行打碼。工人在搬運(yùn)壓縮機(jī)的同時(shí)還要將壓縮機(jī)準(zhǔn)確的放入底座腳墊之中，并且必須保證壓縮機(jī)干燥器的朝向正確。在整條空調(diào)生產(chǎn)線中，就屬此道生產(chǎn)工序?qū)と说捏w力消耗最高。目前國內(nèi)，大部分的空調(diào)生產(chǎn)線還處于人工為主的生產(chǎn)模式。這更是對工業(yè)自動(dòng)化有了迫切的需求。

2 自動(dòng)化空調(diào)壓縮機(jī)裝配系統(tǒng)構(gòu)成

在本自動(dòng)化空調(diào)壓縮機(jī)裝配系統(tǒng)中，主要有以下幾個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：①壓縮機(jī)抓取伺服夾具；②壓縮機(jī)搬運(yùn)6軸工業(yè)機(jī)器人；③壓縮機(jī)底部安裝板定位夾緊伺服機(jī)構(gòu)；④壓縮機(jī)底腳螺母擰緊伺服夾具；⑤壓縮機(jī)底腳螺母取料6軸工業(yè)機(jī)器人；⑥壓縮機(jī)螺母安裝板固定夾緊伺服夾具；⑦自動(dòng)化螺母出料振動(dòng)盤系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概覽如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化空調(diào)壓縮機(jī)裝配系統(tǒng)

3 自動(dòng)化伺服夾具系統(tǒng)

自動(dòng)化空調(diào)壓縮機(jī)伺服夾具系統(tǒng)中采用伺服作為壓縮機(jī)抓取的動(dòng)力。在現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)線中，也有過氣缸夾具的應(yīng)用案例，此處不在詳細(xì)論述。與氣缸夾具相比，伺服夾具作為報(bào)夾壓縮機(jī)動(dòng)力的優(yōu)勢在于：①伺服系統(tǒng)能夠針對大小不同的壓縮機(jī)與及壓縮機(jī)抗壓能力的不同采用不同的夾緊力矩，而且調(diào)整方式為自動(dòng)，但對于氣缸夾具，無法調(diào)整夾緊力矩，容易刮花壓縮機(jī)表面；②伺服夾具能夠根據(jù)壓縮外徑大小，自動(dòng)調(diào)整好抓取前的張度。在實(shí)際空調(diào)生產(chǎn)線中，壓縮機(jī)的種類、型號(hào)與及排列規(guī)格各種各樣，工況復(fù)雜。因此，如果夾具只能保證某一種固定的張度大小，當(dāng)夾具抓取壓縮機(jī)物料時(shí)，有可能因?yàn)閺埗忍蠖龅街苓厜嚎s機(jī)，也有可能因?yàn)閺埗忍《驳阶トο蟆５珜τ谒欧A具，這些問題就不復(fù)存在了；③伺服夾具中的伺服電機(jī)因?yàn)閹в徐o止型制動(dòng)器，能夠在系統(tǒng)突然斷電或者其他意外情況發(fā)生時(shí)，制動(dòng)電機(jī)，保證被抓取的壓縮機(jī)不會(huì)掉落。對于氣缸夾具，則可能由于氣源壓力的變化，氣管漏氣、斷氣等原因?qū)е聣嚎s機(jī)從夾具中脫落?？傊?，相比于氣缸夾具，伺服夾具有著不可替代的優(yōu)勢。更加適用于空調(diào)壓縮機(jī)的抓取。

本系統(tǒng)中的伺服夾具由伺服電機(jī)配減速比20的減速器再加導(dǎo)程5的絲桿組成。伺服在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)因?yàn)榉较蜃枇Φ淖饔枚l(fā)生交大的位置退讓，保證了壓縮機(jī)抓取動(dòng)作的安全可靠。本系統(tǒng)采用日本三菱MR-JE-B系類伺服控制器，運(yùn)動(dòng)控制卡則為三菱的QD77MS16，采用SSCNETIII總線通訊。能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控伺服的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)并及時(shí)做出調(diào)整與修改。對于各類壓縮機(jī)能夠自動(dòng)調(diào)整夾具參數(shù)，更好的適用于工業(yè)生產(chǎn)。同時(shí)也方便將各類參數(shù)讀取到觸摸屏來進(jìn)行顯示，包括各類故障代碼及相關(guān)的處理信息，更方便于日常的維護(hù)和故障查找與排除。

4 自動(dòng)化視覺識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

視覺識(shí)別技術(shù)在壓縮機(jī)抓取安裝過程中起到了關(guān)鍵性作用。本視覺系統(tǒng)采用VB計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行編程。視覺系統(tǒng)的工作原理大致如下：啟動(dòng)視覺軟件>告知機(jī)器人視覺系統(tǒng)就緒>等待機(jī)器人到達(dá)拍照點(diǎn)>啟動(dòng)拍照>讀取圖像>進(jìn)行圖片數(shù)據(jù)處理>得出圖像數(shù)據(jù)>將數(shù)據(jù)傳動(dòng)給搬運(yùn)機(jī)器人>機(jī)器人根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位>抓取壓縮機(jī)。

視覺系統(tǒng)首先根據(jù)獲取的圖像對圖像進(jìn)行初步判斷。分析當(dāng)前圖像與模板數(shù)據(jù)的差異，得出基于模板數(shù)據(jù)的位置偏差，并將偏差數(shù)值通過以太網(wǎng)發(fā)送給工業(yè)機(jī)器人。準(zhǔn)確的保證了，機(jī)器人在進(jìn)行壓縮機(jī)抓取過程中的位置，避免發(fā)生碰撞。能夠適用于各種各樣的壓塑機(jī)型號(hào)與排列規(guī)則。如果條件允許，還可以采用先進(jìn)行一次排版拍照，確定排列規(guī)格，由信息化系統(tǒng)給出生產(chǎn)型號(hào)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)選型與生產(chǎn)。

5 自動(dòng)化機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)

自動(dòng)化機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)的核心是6軸工業(yè)機(jī)器人，根據(jù)壓縮機(jī)的自重選擇相應(yīng)工作載荷的工業(yè)機(jī)器人。機(jī)器人在到達(dá)預(yù)拍照點(diǎn)，完成拍照，得到視覺系統(tǒng)的偏差坐標(biāo)值后?？梢圆捎靡援?dāng)前位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)定工具坐標(biāo)系。根據(jù)視覺給出的坐標(biāo)偏移量，進(jìn)行夾具抓取定位。確認(rèn)夾具打開到位后，下降進(jìn)行壓縮機(jī)抓取。到達(dá)抓取點(diǎn)后，啟動(dòng)伺服夾具夾緊壓縮機(jī)。提升手臂，移動(dòng)到壓縮機(jī)安裝底板上方約10mm處，打開伺服夾具，利用重力將壓縮機(jī)壓入底板腳墊中。在一些場合中，可能發(fā)生壓縮機(jī)底腳無法套入腳墊的情況。這時(shí)候，可以啟用二次裝配程序。利用伺服夾具，夾緊壓縮機(jī)后，機(jī)器人手臂進(jìn)行關(guān)節(jié)搖擺，將壓縮機(jī)可靠的裝入底板腳墊之中。

機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)，相比于人工，機(jī)器人搬運(yùn)更加準(zhǔn)確的同時(shí)速度也更快，大大提高了工作效率，解放了勞動(dòng)力。例如，日本YASKAWA的50kg機(jī)器人，臂展2.2m，速度可達(dá)13.4m/s，這是人工所無法比擬的。從而解決了，人力搬運(yùn)時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，安裝時(shí)容易裝錯(cuò)方向等等一系列生產(chǎn)問題。

6 自動(dòng)化螺母擰緊伺服夾具

在很多工業(yè)應(yīng)用中，如何高效率、高準(zhǔn)確率的實(shí)現(xiàn)鎖螺母或者打螺絲成為機(jī)器代替人工的一大難題。隨著國內(nèi)振動(dòng)盤技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)大部分螺絲螺母按照客戶需求的姿勢進(jìn)行出料的目標(biāo)。針對空調(diào)壓縮機(jī)裝配使用的螺母，針對不同的螺母外形尺寸設(shè)計(jì)不同的振動(dòng)盤，進(jìn)行螺母出料。增加物料盤，采用伺服定位，對物料盤進(jìn)行位置控制，每次物料盤上出滿3個(gè)待裝配螺母。利用磁鐵對螺母進(jìn)行吸取。在吸取過程中，為保證帶磁性電批可靠準(zhǔn)確的吸取螺母，需將電批啟動(dòng)。即邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊下降電批，進(jìn)行螺母取料。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度不宜太快，防止將未吸附牢固的螺母甩離待料位。

伺服鎖螺母工裝夾具的優(yōu)勢在于，能夠?qū)崿F(xiàn)快速的正反轉(zhuǎn)，當(dāng)螺母擰緊時(shí)，反方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)方便調(diào)節(jié)的微量值，保證電批不會(huì)被螺母卡死，防止脫離時(shí)將空調(diào)帶起的情況發(fā)生。用伺服電機(jī)進(jìn)行螺母的裝配能夠?qū)崟r(shí)檢測扭矩值，從而改變輸出扭矩。實(shí)現(xiàn)快速、自動(dòng)調(diào)整，保證鎖螺母的質(zhì)量。在螺母擰緊過程中，螺母先沿?cái)Q緊方向反轉(zhuǎn)，保證螺母中心線對準(zhǔn)螺桿后螺母正轉(zhuǎn)擰緊。在擰緊過程中，螺母前進(jìn)動(dòng)力來源于彈簧的彈力，以保證螺母不會(huì)因?yàn)榍斑M(jìn)過快而憋死。即必須在電批安裝預(yù)壓緊彈簧，保證螺母裝配的順利進(jìn)行。

7 自動(dòng)化螺母取料機(jī)器人系統(tǒng)

采用工業(yè)6軸機(jī)器人進(jìn)行螺母裝配，一方面是保證裝配效率，提高設(shè)備競爭力；另一方面是利用機(jī)器人自身特點(diǎn)來克服裝配難點(diǎn)。首先在取料方面，電批在吸取物料的時(shí)候，要求機(jī)器人以非常緩慢的速度下降到一定高度，保證螺母被吸附后不回脫落，然后快速離開當(dāng)前位置，物料盤啟動(dòng)供料的同時(shí)，機(jī)器人將螺母運(yùn)送到壓縮機(jī)上方等待裝配。此時(shí)，需要檢測機(jī)器人的前進(jìn)路徑是否有障礙物阻擋，比如因?yàn)槎ㄎ徽`差，引起壓縮機(jī)的位置不正，鎖螺母夾具在下降過程中可能撞到壓縮機(jī)，這種情況的檢測是非常有必要的，防止意外發(fā)生，保護(hù)設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全。另外，在螺母裝配方面，由于泡沫與紙盒底料的不平整，可能導(dǎo)致3個(gè)螺母的平面與底板平面不平行，容易導(dǎo)致螺母卡死，這種情況，就需要充分利用機(jī)器人擅長定位的優(yōu)點(diǎn)，找到平行面，進(jìn)行3個(gè)螺母的同步裝配。

8 自動(dòng)化空調(diào)定位伺服夾具

自動(dòng)化空調(diào)壓縮機(jī)生產(chǎn)線裝配必不可少的環(huán)節(jié)是對原有空調(diào)安裝底板與泡沫和紙托外殼的定位。這是壓縮機(jī)能夠準(zhǔn)確放入腳墊和鎖螺母能夠順利進(jìn)行的前提。本系統(tǒng)，采用伺服定位夾具對壓縮機(jī)底板進(jìn)行二次定位對于一個(gè)長方形的物體，要能夠順利完成裝配，很重要的是要保證兩個(gè)方面的精度：①底板來料的精度；②工件夾裝定位的精度。由于泡沫本身具有一定的塑性，為了保證定位的可靠，線體定位夾具同樣采用扭矩夾緊的方式進(jìn)行定位。前后靠機(jī)械式擋邊來保證精度。

9 結(jié)語

此自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)某空調(diào)壓縮機(jī)生產(chǎn)，本人深感榮幸能夠成功驗(yàn)收。目前國內(nèi)很多家電行業(yè)的生產(chǎn)線都停留在手工線的層次，自動(dòng)化層次不高。隨著中國制造2025的推進(jìn)，相信未來幾年工業(yè)自動(dòng)化將被更加廣泛的應(yīng)用于這個(gè)行業(yè)當(dāng)中。隨著工業(yè)自動(dòng)化與信息化的融合，我們正在朝著工業(yè)4.0的目標(biāo)，一步一步前進(jìn)……

[1]三菱官網(wǎng).MELSEC-Q QD77MS型簡單運(yùn)動(dòng)模塊用戶手冊（定位控制篇）[Z].中國銷售，2015，11.

[2]黃宋魏.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2015，06.

[3]三菱官網(wǎng).MR-JE-B伺服放大器技術(shù)資料集[Z].中國銷售，2015，11.

TH45

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1004-7344（2016）35-0210-02

2016-12-2

張綠枝（1990-），男，助理工程師，本科，主要從事工業(yè)自動(dòng)化方面的工作。