溫 斌，付 強

(經(jīng)緯智能紡織機械有限公司，山西 晉中 030601)

0 引言

在產(chǎn)業(yè)結構轉型升級、新舊動能充分轉換的內生動力驅動下，紡機行業(yè)智能制造勢在必行。為實現(xiàn)棉紡環(huán)錠細紗錠子制造的裝配自動化、檢測數(shù)字化，JWD6811ES系列錠子錠座結合件自動裝配線應運而生。從彈性管錠底結合件到錠座的裝配完成，經(jīng)PLC程序控制、傳感器信號檢測、氣缸實時動作、振動機構上料、機器人精準送料、伺服電缸壓配等全自動化多流程裝配，實現(xiàn)錠座生產(chǎn)的標準化[1]。作為整條自動裝配線最為核心的電氣控制系統(tǒng)，傳感器如同眼睛收集信號，PLC程序如同神經(jīng)中樞控制裝配流程，機器人如同四肢抓取運輸零件，并以伺服電缸精準壓配，最終實現(xiàn)自動裝配線的合理運行。本文就該自動裝配線中涉及的電氣控制系統(tǒng)予以解析，以深度了解設備功能結構。

1 傳感器

傳感器作為一種檢測裝置，能感知到被測量物體的信息，并將感知的信息按一定規(guī)律轉換為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器技術是現(xiàn)代新技術革命和信息社會的基礎，是自動裝配生產(chǎn)線不可缺少的重要組成部分。

JWD6811ES系列錠子錠座自動裝配生產(chǎn)線中有多種傳感器，應用于不同場景，通過感知檢測料的有無、位置、距離、數(shù)量等信息，并將接收到的信息轉換為相應的輸出信號：以高電平“1”或低電平“0”傳輸?shù)絇LC輸入端口，按照編制程序執(zhí)行并輸出指令信號，控制設備整體動作。

1.1 反射型光電傳感器PR-G42N

應用場景：1ST，2ST，3ST，6ST，8ST轉盤各工位。

工作原理：發(fā)光元件和受光元件內置于一個傳感器放大器內，接收來自檢測物體的反射光。

PR-G42N傳感器用于檢測各工位零件的有無：顯示數(shù)值從0到999，0代表無零件，即受光元件無法通過零件的反射接收到光量，各工位無動作；顯示有數(shù)值代表該工位零件存在，進行后續(xù)裝配動作。

1.2 高精度激光位移傳感器LS-7030

應用場景：5-2ST測量錠膽外圓錐面跳動量。

工作原理：激光傳感器是一種從發(fā)射器發(fā)射激光，并通過接收器檢測物體反射的激光或遮光量的變化，從而獲取輸出信號的儀器。激光傳感器采用具有直線性的“激光”作為發(fā)光原件，光斑可見且不會擴散，適合檢測高速運動的小型物體。

工作過程：5-2ST工位皮帶驅動錠膽轉動；LS-7030激光傳感器發(fā)射器發(fā)出高亮度 GaN 綠色 LED 輻射光，通過專用的散射模組和準直儀鏡頭變成均勻平行光，并照射到測量范圍內的錠膽外圓錐面上，其影像通過遠心光學系統(tǒng)顯示在接收器上，利用接收光在外圓錐面的缺失量測出單側外徑的最大、最小值，由內置CPU相減計算出精確的外圓錐跳動量，并顯示在數(shù)據(jù)面板上，外圓錐跳動量以不大于0.059 mm為合格。

1.3 視覺傳感器IV-500MA

應用場景：3-4ST加裝軸承、6-3ST加裝定位套管和吸振圈簧工位。

工作原理：視覺傳感器具有從整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計像素的能力，圖像的清晰和細膩程度常用分辨率來衡量，以像素量表示；在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內存中的基準圖像進行比較，以做出分析。

工作過程：IV-500MA視覺傳感器在3-4ST工位進行拍照以檢測有無軸承，選取軸承上蓋板邊緣輪廓、軸承下蓋板邊緣輪廓及軸承整體輪廓共3處采集有效像素，與原始拍攝的圖像標準對比后進行判定，相似度數(shù)值大于設定數(shù)值即判定該軸承完整；IV-500MA視覺傳感器在6-3ST工位進行拍照檢測有無定位套管及吸振圈簧，選取吸振圈簧下邊緣輪廓、定位套管上邊緣輪廓、吸振圈簧右下邊緣定位套管右上邊緣及彈性管右側構成的輪廓共3處采集有效像素，與原始拍攝的圖像標準對比后進行判定，相似度數(shù)值大于初始設定數(shù)值即判定該零件加裝定位套管與吸振圈簧完整。

1.4 超小光斑數(shù)字激光傳感器LV-NH37

應用場景：7-2ST工位檢測錠座的旋轉靈活度。

工作原理：LV-NH37發(fā)射器發(fā)出激光照射于錠腳法蘭側面，接收器接收反射光量并外接FS-11N放大器，顯示光量數(shù)值。由于皮帶驅動錠腳旋轉過程中，激光會照射到圓弧面、平面、螺絲孔、錠鉤槽等不同位置，則接收回的反射光量也不同，放大器顯示數(shù)值不斷變化則代表錠座結合件旋轉靈活。

1.5 高精度激光位移傳感器LK-H057

應用場景：7-2ST測量錠腳端面跳動量。

工作原理：7-2ST工位對射傳感器檢測到有料后，氣缸帶動測端跳標定塊下落于錠腳端面，皮帶驅動錠座及標定塊一起轉動；LK-H057傳感器發(fā)出紅色半導體激光通過柱面物鏡將激光光束擴大為條狀，照射于黑色標定塊上并產(chǎn)生漫反射，反射光偏折30°后在CMOS上成像，通過檢測激光光束在標定塊上固定圓軌跡的最高、最低點數(shù)值，使其相減計算出端面跳動值，并在LK-HD500顯示單元上顯示，當端面跳動不大于0.08 mm時顯示為綠色數(shù)字，表示端跳合格。

2 機器人

機器人是應用于工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機器裝置，它能自動執(zhí)行工作指令，靠控制程序和自身動力來實現(xiàn)各種功能，由主體、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)3個基本部分組成[2]。

JWD6811ES系列錠子錠座自動裝配生產(chǎn)線為滿足零件上料、下料及中途運輸功能需求，共使用3個雅馬哈直向機器人、6個雅馬哈單軸機器人、3個三菱垂直多關節(jié)機器人及2個三菱水平多關節(jié)機器人，采用100%速率運行，可滿足生產(chǎn)節(jié)拍要求。

2.1 直向機器人

直向機器人有x，y，z三軸，應用于1-1ST彈性管錠底的上料、2-1ST軸承座上料以及6-6ST錠腳上料工位。直向機器人通過組合單軸機器人形成三軸，固定z軸滑臺，采用高剛性導軌，通過伺服電機帶動滾珠絲杠轉動，實現(xiàn)機器人手臂的高速運動和精準定位抓取，最高速度可達1200 mm/s，可實現(xiàn)±0.01 mm的精準定位。以1-1ST彈性管錠底的上料為例，通過手持控制器調試雅馬哈機器人夾爪至合適的零件抓取位置，確定長方形料框的四角x，y，z坐標，通過x=12和y=12的陣列，實現(xiàn)料框144個零件抓取點的精確定位，保證零件投放順利。

2.2 多關節(jié)機器人

多關節(jié)機器人分為垂直多關節(jié)機器人和水平多關節(jié)機器人。垂直多關節(jié)機器人有6個自由度，應用于1ST轉盤→2ST轉盤彈性管錠底的運輸、7ST轉盤→8ST轉盤錠座的運輸及8ST轉盤錠座的下料運輸。水平多關節(jié)機器人有4個自由度，應用于5ST轉盤→6ST轉盤錠膽的運輸。

多關節(jié)機器人控制系統(tǒng)按照輸入程序，對驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構發(fā)出指令信號并進行控制，驅動系統(tǒng)通過動力裝置和傳動機構靈活生成空間軌跡，快速完成各種復雜動作；運動快速、平穩(wěn)、重復精度高，可充分滿足6 s的生產(chǎn)節(jié)拍需求。

以7ST轉盤→8ST轉盤錠座的運輸為例：三菱RV-7FLL-D型垂直多關節(jié)六軸機器人通過編程確定P0待機點、P1取出點、P30和P32途中經(jīng)過點、P2投放點的坐標位置，分別設定取出點、投放點上方距離值以確定P11和P12點坐標位置，通過手持控制器示教輸入固定機器人運動路徑，確定其運動姿態(tài)和軌跡，將程序信息自動存入程序存儲器中。實際傳輸時，控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應信息，將指令信號傳給驅動機構，使執(zhí)行機構再現(xiàn)示教的各種動作，最終依次按照P0→P30→P32→P11→P1→P11→P32→P30→P12→P2→P12→P30→P0順序完成單周期運輸功能。

3 伺服電缸

伺服電缸是將伺服電機與絲杠一體化設計的模塊化產(chǎn)品。它將伺服電機的旋轉運動轉換成直線運動，將伺服驅動系統(tǒng)的精確轉速控制、轉數(shù)控制、扭矩控制轉變?yōu)榫_速度控制、位置控制和壓力控制，從而實現(xiàn)精準壓配[3]。

JWD6811ES系列錠子錠座的自動裝配生產(chǎn)線采用新東伺服電缸進行壓配，應用于1-7ST彈性管錠底結合件包邊、2-4ST軸承座彈性管壓配、3-4ST壓軸承、3-9ST軸承座包邊及6-8ST錠膽錠腳壓配。經(jīng)過多次驗證，設置最理想的電缸壓力、速度等參數(shù)，在電缸調試軟件界面實時顯示壓力位移曲線，以壓配過程各階段壓力與位移構建的矩形區(qū)域作為有效判定條件，實現(xiàn)一致性、精準化壓配。以6-8ST錠膽與錠腳壓配為例：伺服電缸通過調整電機轉速以18 kN的力均勻下壓，但初始零件的結合力須小于1kN，否則判定為NG；壓配中段在48mm～49 mm，壓力必須達到2 kN以上；最后壓配完成在49 mm～50 mm，壓力須達到18 kN～25 kN，最終形成的監(jiān)控曲線須依次經(jīng)過壓力和位移構成的矩形區(qū)域，才會判定為合格品，繼續(xù)向下流轉。其應用曲線如圖1所示。

圖1 伺服電缸6-8ST錠膽結合件與 錠腳壓配應用曲線

4 PLC編程

PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，采用可編程序存儲器存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，通過數(shù)字式、模擬式輸入和輸出，控制生產(chǎn)過程。

JWD6811ES系列錠子錠座結合件自動裝配生產(chǎn)線采用GX WORKS2軟件實現(xiàn)三菱PLC程序編制，充分考慮結合件在裝配過程中的各種邏輯情況，實現(xiàn)實時剔除和合理裝配。

如：各工位光電傳感器常開觸點信號串入總線，檢測有無零件是后續(xù)裝配動作執(zhí)行的先決條件；直振料道光纖傳感器常開觸點后，接料盤振動器置位信號，當直振料道缺料信號導通才會使料盤開始振動上料；錠膽結合件測外圓錐跳動數(shù)值比較信號后接機器人程序執(zhí)行路徑，當跳動量不大于0.059 mm時機器人執(zhí)行1號程序段并將零件放入下工位，否則執(zhí)行2號程序段將零件放入待修料盒；雅馬哈直向機器人夾爪氣缸磁性開關信號后接計數(shù)器指令，每有1次空抓高電平脈沖，計數(shù)器值增加1，到達5后觸發(fā)報警指令；真空吸附常閉觸點后接通電延時指令，吸附波形圈動作完成，500 ms后翻轉機構延遲翻轉避免打料；壓配工位位移到位和壓力合格信號串聯(lián)同時觸發(fā)高電平后，判定OK信號才被置位進行后續(xù)裝配動作；料盒排出提升機動作信號與氣缸定位信號互鎖，保證手動狀態(tài)下只有提升機上升到位、托住料盒后，氣缸定位桿才可以縮回……通過一系列編程邏輯性充分考慮，最終實現(xiàn)成套錠座的合格裝配，保證了設備運行的安全可靠。

5 結語

經(jīng)緯JWD6811ES系列錠子錠座的自動裝配生產(chǎn)線依靠電氣控制系統(tǒng)，全面采集有效信息，科學測定關鍵尺寸，合理進行邏輯防錯，最終控制設備整線流程完整運行，實現(xiàn)6 s的快速生產(chǎn)節(jié)拍要求，下線錠座滿足工藝質量要求，整個裝配達到標準化，提升錠子品質一致化。