吳聰 周鋼

摘 要 在工業(yè)4.0和中國制造2025的大背景下，工業(yè)自動化的發(fā)展越發(fā)加速，以汽車行業(yè)為首的自動化裝備水平越發(fā)提高，提升工廠的管理、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)過程中的質(zhì)量監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲、追溯越來越被國內(nèi)外的企業(yè)所關(guān)注，其對于提高企業(yè)核心競爭力將起到重要作用。本文對柔性上下料和信息化系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)缸體加工線的應(yīng)用做了簡要介紹。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人;視覺;信息化系統(tǒng)

當(dāng)前，我國的諸多行業(yè)和領(lǐng)域都應(yīng)用了電氣自動化技術(shù)。傳統(tǒng)的人工上下料，人工記錄生產(chǎn)信息的方式越來越無法滿足現(xiàn)代企業(yè)的需求，而由PLC、機(jī)器人、視覺、讀碼、數(shù)控系統(tǒng)和計算機(jī)為組合的柔性上下料和信息化系統(tǒng)將作為主導(dǎo)，其將是邁向工業(yè)4.0的一個重要和必經(jīng)之路。

1 主要硬件組成和通訊形式

系統(tǒng)的控制中心：三菱Q系列Q03UDE CUP;系統(tǒng)的上下料動力：FANUC-6軸側(cè)掛桁架機(jī)器人，輸送輥道，新松AGV;系統(tǒng)的柔性部分：FANUC-2D視覺，ATC子母快換手爪;信息化系統(tǒng)：康耐視讀碼器，信息化軟件。Q系列PLC通過CC-LINK總線協(xié)議與FANUC機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床和輥道輸送線進(jìn)行通訊，通過工業(yè)以太網(wǎng)與讀碼器和信息化軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過光通訊I/O模塊與AGV物流車對接，機(jī)器人與視覺相機(jī)之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[1]。

2 柔性上下料

柔性上下料系統(tǒng)主要由6軸側(cè)掛機(jī)器人、2D視覺和ATC子母快換手爪組成，其可以在線自動切換機(jī)器人手爪，通過對工件拍照進(jìn)行視覺識別、位置定位，從而引導(dǎo)機(jī)器人完成多種汽車發(fā)動機(jī)缸體的上下料工作。

2.1 機(jī)器人

機(jī)器人采用FANUC品牌210kg的6軸機(jī)器人，通過對安裝場地的布置和分析，機(jī)器人采用側(cè)掛的安裝方式，其第1軸作為桁架方向的運(yùn)動軸在上下料點(diǎn)和多個機(jī)床之間進(jìn)行穿梭，其2-6軸作為姿態(tài)變換軸完成上下料工位和各個機(jī)床交互區(qū)的缸體上下料動作。三菱PLC通過CC-LINK總線與各機(jī)床進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，按照采集的上、下料呼叫信號的時間先后順序?qū)Ω鳈C(jī)床進(jìn)行任務(wù)排列，將其作為機(jī)器人的調(diào)度原則。通過機(jī)器人的示教器建立一個MAIN主程序作為控制主體，其根據(jù)PLC下發(fā)的調(diào)度指令調(diào)用多個示教子程序，從而完成上下料工作。機(jī)器人的程序調(diào)用采用RSR的形式。

2.2 ATC子母快換手爪

機(jī)器人6軸法蘭盤安裝ATC母快換機(jī)構(gòu)，用于完成與多個子機(jī)器人手爪的連接。子母快換結(jié)構(gòu)含有并安裝氣路、電路自動切換結(jié)構(gòu)。氣路：使用ATC產(chǎn)品本身的部分氣孔，剩余氣孔進(jìn)行封堵;電路：在機(jī)器人側(cè)安裝巴魯夫電感耦合器輸出開關(guān)BIC000C，在手爪側(cè)安裝巴魯夫電感耦合器傳送開關(guān)BIC000E。輸出開關(guān)BIC00C通過CC-LINK總線協(xié)議將I/O信號傳輸給三菱PLC，傳送開關(guān)BIC000E通過I/O-LINK協(xié)議采集傳感器信息，從而很好地完成手爪的打開、關(guān)閉動作。

2.3 視覺

在產(chǎn)線的上料區(qū)機(jī)器人抓取工位固定安裝FANUC 130萬像素視覺相機(jī)，配12毫米鏡頭，拍照距離為1340mm，視野范圍（長）615mm X（寬）751mm，識別精度為0.587mm/像數(shù)，可以滿足工件的抓取要求。通過以下步驟完成視覺相機(jī)的工作。a.示教應(yīng)用用戶坐標(biāo)系設(shè)置照相機(jī);b.標(biāo)定照相機(jī);c.示教Vision 程序;d.示教機(jī)器人程序;e.設(shè)置參考點(diǎn)。

該視覺相機(jī)主要使用了以下功能：①自動曝光：根據(jù)周圍環(huán)境光線強(qiáng)度的變化，iRVision將自動調(diào)節(jié)曝光時間，以取得和示教良好圖像類似的成像效果，全天候運(yùn)行可能。②位置補(bǔ)正：對應(yīng)目標(biāo)表面明顯特征（如孔，鍵槽）調(diào)整檢測的定位位置，獲得更精確的偏移和旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。③視覺程序范例：詳細(xì)參考FANUC Robot Series iRVision 2維補(bǔ)正操作說明書。

3 信息化系統(tǒng)

信息化系統(tǒng)依托于自動化生產(chǎn)系統(tǒng)存在，通過對人、機(jī)、料、法、環(huán)進(jìn)行更好的質(zhì)量管理進(jìn)而提高生產(chǎn)加工效率和提高產(chǎn)品質(zhì)量。PLC和信息化軟件預(yù)先定義好交互數(shù)據(jù)的變量類型，本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)交互機(jī)制是“請求-應(yīng)答”式。本信息化系統(tǒng)的主要功能如下：a.生產(chǎn)管理：b.接收生產(chǎn)計劃;c.調(diào)用生產(chǎn)配方;d.實時跟蹤計劃完成情況，并在LED大屏顯示（計劃、完成、不良等信息）。②設(shè)備管理：a.設(shè)備生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、編號等基本信息存儲及更新;b.監(jiān)控/顯示設(shè)備的整體運(yùn)行概況，以不同顏色表示各設(shè)備的實時狀態(tài)（運(yùn)行、停止、空閑）;c.對AGV（自動物流車）等移動設(shè)備，支持位置在頁面中的動態(tài)移動監(jiān)控;d.故障統(tǒng)計功能：故障內(nèi)容、原因、發(fā)生時間、持續(xù)時間、解除時間;e.維修保養(yǎng)功能：設(shè)備保養(yǎng)計劃提示及保養(yǎng)、點(diǎn)檢記錄存儲。③數(shù)據(jù)采集：a.在產(chǎn)線的上料區(qū)安裝讀碼器，讀取缸體二維碼，獲取缸體的基本信息和前序加工信息，同時將其作為缸體在本系中的身份ID;b.對待加工缸體的所有前序工序的加工結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)缺失和質(zhì)量校驗，校驗通過后本序方可加工;c.通過CC-LINK總線的方式與數(shù)控機(jī)床通訊，采集生產(chǎn)數(shù)據(jù);d.將各機(jī)床的加工數(shù)據(jù)與缸體身份ID進(jìn)行綁定;e.可以按照生產(chǎn)日期、批次號、二維碼、班組、設(shè)備等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)追溯。④質(zhì)量管理：a.按照預(yù)定條件進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計，通過曲線、餅圖、柱圖等形式顯示質(zhì)量變化趨勢;b.從環(huán)境、人員、設(shè)備、原材料等方面分析不良率的原因，給出建議。⑤物流倉儲管理：a.預(yù)留庫管接入接口;b.出/入庫管理及余料統(tǒng)計;c.物料變更管理;d.計劃支撐、缺料預(yù)警、無料報警;e.定期內(nèi)物料缺損情況，物料質(zhì)量情況。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文簡要介紹了柔性上下料及信息化系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)缸體加工生產(chǎn)線的應(yīng)用，其基本體現(xiàn)了當(dāng)前國內(nèi)機(jī)械加工生產(chǎn)線的自動化水平。隨著科技的不斷發(fā)展，AI技術(shù)也必將融入工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，屆時，工業(yè)自動化發(fā)展必將迎來一個新的章程。

參考文獻(xiàn)

[1] 李衛(wèi)京.面向二十一世紀(jì)的柔性制造系統(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動化，2004，（3）：83-85.