□ 陳開銀 □ 彭 鴿 □ 楊景香

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1 研究背景

電機(jī)座槽口精整是軌道交通電機(jī)生產(chǎn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵制造工藝[1],如果槽口精整不到位,在嵌線時(shí)會將線刮傷,可能引起短路,引發(fā)安全事故。某軌道交通制造企業(yè)在進(jìn)行槽口精整時(shí),仍然依靠人工用銼刀將尖角倒鈍,自動化程度低,生產(chǎn)效率低,勞動強(qiáng)度大。

使用機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工進(jìn)行打磨拋光作業(yè)在各行各業(yè)已經(jīng)得到迅速發(fā)展。筆者對軌道交通電機(jī)座槽口精整工藝進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛與混流生產(chǎn)工件自動識別功能,建立雙目視覺系統(tǒng),有助于軌道交通制造業(yè)向智能制造發(fā)展[2]。

2 精整系統(tǒng)功能單元模塊

筆者對精整工藝進(jìn)行分析與論證,在了解市場需求的基礎(chǔ)上,形成了如圖1所示精整系統(tǒng)功能單元模塊。

圖1 精整系統(tǒng)功能單元模塊

精整系統(tǒng)采用工作范圍大、變換靈活、精度高的多關(guān)節(jié)機(jī)器人作為打磨單元主體,配備十六進(jìn)制編碼器對托盤進(jìn)行識別,由激光傳感器進(jìn)行初始尋位,由恒力氣浮馬達(dá)提供打磨動力,可以對累積誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償[3]。

3 工藝流程

在確定精整系統(tǒng)功能后,結(jié)合工廠實(shí)際情況,形成如圖2所示精整系統(tǒng)工藝流程。

圖2 精整系統(tǒng)工藝流程

在精整系統(tǒng)中,由人工吊裝上料。完成上料后,在人機(jī)界面中輸入工件型號,工件由輸送線自動輸送至待料工位。在待料工位通過編碼識別技術(shù)對工件進(jìn)行標(biāo)識,并與人工輸入的工件型號進(jìn)行對比。匹配一致后,工件送至打磨工位,否則工件流出至下料位。在打磨工位,通過雙目視覺系統(tǒng)完成工件的粗定位與精定位,并引導(dǎo)多關(guān)節(jié)機(jī)器人對工件進(jìn)行打磨精整。

4 總體布局

設(shè)計(jì)時(shí),遵循模塊化設(shè)計(jì)原則,先進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì),然后對各模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),最后組成電機(jī)座槽口精整系統(tǒng),布局如圖3所示。軌道交通電機(jī)座槽口精整系統(tǒng)以精整工位為中心,在精整工位周邊設(shè)置輸送單元、產(chǎn)品上下料單元、防護(hù)單元、產(chǎn)品信息監(jiān)控單元等。為便于自動識別產(chǎn)品進(jìn)行高精度加工和混流加工,精整系統(tǒng)中集成了多關(guān)節(jié)機(jī)器人、雙目視覺系統(tǒng)等[4]。

圖3 精整系統(tǒng)布局

5 多關(guān)節(jié)機(jī)器人精整工藝

傳統(tǒng)的軌道交通電機(jī)座槽口精整采用人工方式,不僅勞動強(qiáng)度大,而且加工精度與效率也不高。為了減輕勞動強(qiáng)度,提升加工精度與效率,筆者采用多關(guān)節(jié)機(jī)器人來代替人工打磨。多關(guān)節(jié)機(jī)器人精整加工如圖4所示。

圖4 多關(guān)節(jié)機(jī)器人精整加工

為驗(yàn)證多關(guān)節(jié)機(jī)器人精整加工的可行性,筆者進(jìn)行了大量模擬試驗(yàn)。為了減小系統(tǒng)累積誤差對加工精度的影響,在加工過程中采用集恒力氣浮馬達(dá)和柔性打磨頭于一體的精整系統(tǒng)[5],這一系統(tǒng)可以自動補(bǔ)償軌跡誤差。

6 多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛功能

針對軌道交通電機(jī)座種類、形狀、槽口多樣性的特點(diǎn),對槽口結(jié)構(gòu)的共性問題進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)了一種多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛支架,實(shí)現(xiàn)多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛功能。應(yīng)用有限元軟件對多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛支架進(jìn)行變形分析,確保其具有足夠的剛性。多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛支架變形云圖如圖5所示。多關(guān)節(jié)機(jī)器人倒置安裝在懸掛支架頂部,由系統(tǒng)發(fā)出信號并引導(dǎo)雙目相機(jī)拍照,通過雙目相機(jī)信號引導(dǎo)柔性打磨頭至指定點(diǎn)位打磨工件。多關(guān)節(jié)機(jī)器人如圖6所示。

圖5 多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛支架變形云圖

7 混流生產(chǎn)工件自動識別功能

在托盤識別工位中,托盤上表面鑄有編號,托盤下方設(shè)置四個(gè)感應(yīng)凸塊,如圖7所示。對于不同編號的托盤,感應(yīng)凸塊安裝的數(shù)量、位置不同。在打磨工位軌道上對應(yīng)的位置安裝四個(gè)光電開關(guān)。工作時(shí),工人將電機(jī)座吊裝至托盤上,同時(shí)在人機(jī)界面的托盤編號處輸入工件型號。當(dāng)托盤到達(dá)打磨工位后,將反映光電開關(guān)通斷狀態(tài)的輸入、輸出信號反饋至系統(tǒng),識別托盤,進(jìn)而識別工件種類,實(shí)現(xiàn)不同種類電機(jī)座的實(shí)時(shí)混流生產(chǎn)。以上方法成本低,可靠性高。為了避免人為輸入錯(cuò)誤,由雙目視覺系統(tǒng)對精確識別工件類別進(jìn)行保障。

圖7 感應(yīng)凸塊設(shè)置位置

8 雙目視覺系統(tǒng)

筆者采用雙目視覺系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)座種類的自動識別及電機(jī)座槽口的精準(zhǔn)定位[6]。電機(jī)座種類的自動識別依靠雙目相機(jī)與激光傳感器組合實(shí)現(xiàn),電機(jī)座槽口的精準(zhǔn)定位由激光傳感器與雙目相機(jī)、電荷耦合元件光源、雙目相機(jī)有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)[7-8]。雙目視覺系統(tǒng)如圖8所示。

圖8 雙目視覺系統(tǒng)

多關(guān)節(jié)機(jī)器人頭部設(shè)有激光傳感器,將雙目相機(jī)與激光傳感器相結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)座種類的自動識別,并確定電機(jī)座的空間姿態(tài)[9-10]。

由于工件種類多樣,不同工件的直徑大小不一,因此在開始精整之前需要對工件軸線所在位置和起刀點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定[11]。

筆者開發(fā)了一套基于雙目視覺系統(tǒng)的測量、定位與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理軟件,實(shí)現(xiàn)電機(jī)座種類自動識別、電機(jī)座姿態(tài)判定、槽口三維坐標(biāo)建立、打磨起點(diǎn)與打磨姿態(tài)確定等功能,可以自動運(yùn)行多關(guān)節(jié)機(jī)器人對工件進(jìn)行打磨。

9 結(jié)束語

筆者對軌道交通電機(jī)座槽口精整工藝進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了集恒力氣浮馬達(dá)、柔性打磨頭于一體的可自動補(bǔ)償軌跡誤差的精整系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)機(jī)器人懸掛功能和混流生產(chǎn)工件自動識別功能。

在精整加工中應(yīng)用雙目視覺系統(tǒng),結(jié)合激光傳感器技術(shù)對工件動態(tài)位置進(jìn)行標(biāo)定,解決了工件姿態(tài)不確定而引起的定位難、檢測難等問題。