韓成鶴，路則明，李連文

（濟(jì)南中正金碼科技有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

本套自動(dòng)化系統(tǒng)范圍是從拋丸清理機(jī)AGV 小車上料作為起點(diǎn)，到成品料箱擺箱完成到達(dá)后方緩存料道結(jié)束。按照工序流程主要包括幾個(gè)部分：AGV 小車搬運(yùn)、拋丸清理工位翻轉(zhuǎn)上料、拋丸清理工位出料輥道、連桿無(wú)序抓??；連桿宏觀缺陷檢測(cè)、連桿機(jī)器人擺箱、人工檢測(cè)及NG 件修磨擺箱、循環(huán)料箱輸送料道、機(jī)器人探傷機(jī)上料、充磁磁粉探傷消磁檢測(cè)、機(jī)器人強(qiáng)拋機(jī)上下料、工件浸液箱、成品件機(jī)器人擺箱、成品料箱輸送料道、連桿蓋、大連桿人工擺箱。下面將對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)幾個(gè)主要部分進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。

1 工藝概述

本套系統(tǒng)的工藝流程介紹如下，人工將裝滿的鍛件毛坯箱放置到定位支架上，AGV 小車從定位支架取料運(yùn)輸至拋丸清理工位翻轉(zhuǎn)臺(tái)；翻轉(zhuǎn)臺(tái)檢測(cè)到料框放置到位后，自動(dòng)翻轉(zhuǎn)將連桿毛坯件倒入翻轉(zhuǎn)料斗；工件拋丸清理后倒入大料框，之后大料箱自動(dòng)流轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)器人抓取位；視覺(jué)拍照檢測(cè)，3D 視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人無(wú)序抓取物料放置到檢測(cè)料道位置；通過(guò)宏觀檢測(cè)系統(tǒng)將工件六個(gè)面全部檢測(cè)完成；擺箱機(jī)器人從檢測(cè)料道抓取工件按照順序擺放到循環(huán)料框；滿料的循環(huán)料框向后傳輸，根據(jù)需求傳遞到對(duì)應(yīng)出料料道；上料機(jī)器人從料框抓取工件，放置到磁粉探傷設(shè)備，一臺(tái)機(jī)器人對(duì)應(yīng)兩套探傷設(shè)備；探傷設(shè)備進(jìn)行充磁噴粉，之后人工進(jìn)行裂紋探傷檢測(cè)，并人工將工件放置到步進(jìn)料道上，并進(jìn)行準(zhǔn)確定位；強(qiáng)拋上料機(jī)器人從放置平臺(tái)抓取工件放置到強(qiáng)拋機(jī)，并從強(qiáng)拋機(jī)取出已強(qiáng)拋后的物料放置到浸液箱；擺箱機(jī)器人從浸液箱抓取工件擺放到成品料箱；成品料箱擺滿后通過(guò)料道傳輸至后端緩存料道；人工使用行吊將空料框搬運(yùn)至料道起始點(diǎn)[1]。

2 系統(tǒng)分項(xiàng)介紹

2.1 AGV 小車搬運(yùn)

鍛件箱裝滿后，人工將鍛件箱吊運(yùn)至定位支架上，對(duì)鍛件箱進(jìn)行粗定位，AGV 小車自動(dòng)到定位支架下方，小車配置頂升機(jī)構(gòu)，將鍛件箱頂起后沿設(shè)定軌跡運(yùn)輸料框至拋丸清理翻轉(zhuǎn)上料位置。配置升降裝置，小車進(jìn)入料框定位支架后，頂升機(jī)構(gòu)升起將料框頂升與支架分離，將料框運(yùn)輸至拋丸清理翻轉(zhuǎn)上料區(qū)域。在此區(qū)域配置中轉(zhuǎn)平臺(tái)，可進(jìn)行料框存儲(chǔ)，放置5～6 個(gè)料框，AGV 小車背負(fù)料框進(jìn)入中轉(zhuǎn)放料位后，頂升機(jī)構(gòu)下降，將料框放置到放料支架上，小車退出將另一個(gè)位置上空框取走，返回取料位置，放置空料框之后進(jìn)行下一輪搬運(yùn)動(dòng)作。

每臺(tái)拋丸清理室一次工作需兩框物料，配置兩臺(tái)AGV 小車，可采用一臺(tái)小車進(jìn)行料框運(yùn)輸工作，從上料位將滿料框運(yùn)輸至中轉(zhuǎn)位，空料框運(yùn)回，另一臺(tái)AGV小車將中轉(zhuǎn)位滿料框運(yùn)輸至翻轉(zhuǎn)工位，空箱運(yùn)回，同時(shí)對(duì)應(yīng)兩個(gè)清理室。也可一臺(tái)對(duì)應(yīng)一個(gè)如清理室，完成運(yùn)輸和上料工作。AGV 小車可運(yùn)行路線如圖1 所示。

2.2 拋丸清理工位出料輥道

操作工位把兩箱毛坯連桿工件倒入拋丸清理室中，預(yù)計(jì)20 min 后，將拋丸清理后的工件倒入大料箱（內(nèi)部尺寸2 200 mm×700 mm×700 mm，大料箱中間焊接增加隔板，將大料箱一分為二，）之后操作設(shè)備，啟動(dòng)輥道線，將大料箱傳輸至后方轉(zhuǎn)臺(tái)上。轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°，將大料箱移動(dòng)至下側(cè)料道位置，之后向后傳輸至機(jī)器人抓取工位，料框到位后機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)行工件無(wú)序抓取，抓取完成后，空箱向后流轉(zhuǎn)至橫移位置，將空料框橫移至上側(cè)料道，再將空料框傳輸至清理室出料位。

在機(jī)器人無(wú)序抓取過(guò)程中，拋丸清理室再生產(chǎn)的其余物料可到達(dá)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到下側(cè)等待抓取工位工件抓取完成。將抓取位空箱流出后，轉(zhuǎn)臺(tái)處滿料框前進(jìn)到達(dá)抓取位進(jìn)行抓取，后段輥道形成一個(gè)循環(huán)。如機(jī)器人抓取檢測(cè)不足以對(duì)應(yīng)時(shí)，配合進(jìn)行人工檢測(cè)，機(jī)器人抓取位右側(cè)位置做為人工擺箱工位，人工檢測(cè)大料箱流轉(zhuǎn)需根據(jù)機(jī)器人檢測(cè)料箱空隙時(shí)間進(jìn)行流動(dòng)。導(dǎo)管壓頭機(jī)構(gòu)是設(shè)備核心壓裝機(jī)構(gòu)之一，由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋進(jìn)氣、排氣孔位置不同，因此布置了兩組壓頭對(duì)應(yīng)不同的高度位置進(jìn)行壓裝，通過(guò)氣缸切換不同的壓頭，配合伺服電缸完成不同位置導(dǎo)管的壓裝。導(dǎo)管壓頭切換機(jī)構(gòu)采用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，兩端安裝有限位機(jī)構(gòu)，可以確保壓頭位置切換時(shí)位置的準(zhǔn)確可靠[2]。

2.3 連桿無(wú)序抓取

用3D 相機(jī)拍照，通過(guò)特征點(diǎn)計(jì)算確認(rèn)連桿具體位置，給機(jī)器人相關(guān)位置信號(hào)，機(jī)器人根據(jù)引導(dǎo)信息抓取相應(yīng)連桿，然后放置到擺箱位置處，該部分具體如圖2 所示。

無(wú)序抓取工位采用3D 相機(jī)，首先3D 相機(jī)對(duì)來(lái)料物料箱（前期進(jìn)行預(yù)定位）進(jìn)行整體拍照，根據(jù)工件位置，通過(guò)對(duì)無(wú)序堆放連桿進(jìn)行運(yùn)算，排列優(yōu)先級(jí)，哪個(gè)工件位置明確，方便抓取優(yōu)先選擇，確定其相應(yīng)的位置坐標(biāo)，傳輸給抓取機(jī)器人（2 套），機(jī)器人根據(jù)指令要求順次帶動(dòng)夾爪進(jìn)行工件抓取，之后將工件放置到后續(xù)檢驗(yàn)位置平臺(tái)（圖示位置B 處）。物料箱進(jìn)入處采用安全光柵防護(hù)，防止人員誤進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域，感應(yīng)到物體進(jìn)入馬上停止機(jī)器人相關(guān)工作，并進(jìn)行聲光報(bào)警。

在圖示A 處設(shè)置機(jī)器人校核點(diǎn)，人為給3D 相機(jī)檢測(cè)命令，相機(jī)檢測(cè)校核點(diǎn)，給機(jī)器人命令到該點(diǎn)校核，人工觀察校核針尖是否完全對(duì)準(zhǔn)，這一過(guò)程為使用一端時(shí)間后，對(duì)相機(jī)與機(jī)器人精度進(jìn)行必要的精度檢測(cè)，配置兩套檢測(cè)相機(jī)，每個(gè)相機(jī)對(duì)應(yīng)大料箱的一側(cè)，可滿足區(qū)域覆蓋，兩臺(tái)機(jī)器人分別對(duì)應(yīng)一套視覺(jué)抓取。

2.4 連桿件機(jī)器人擺箱

機(jī)器人通過(guò)檢測(cè)區(qū)域且判定OK 后，將工件按照順序擺放到料框，依次將料框擺滿，之后料道運(yùn)轉(zhuǎn)，將滿料框運(yùn)走，空料框到此工位，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)動(dòng)作。該工位為兩臺(tái)機(jī)器人配合協(xié)作，一臺(tái)機(jī)器人完成不了4 s 時(shí)間節(jié)拍。兩臺(tái)機(jī)器人布置于檢測(cè)工位兩側(cè)，固定于地面安裝，機(jī)器人前端配置夾爪，夾爪偏心布置，可滿足料框側(cè)邊工件放置。兩臺(tái)機(jī)器人交替動(dòng)作，設(shè)置安全區(qū)域，避免機(jī)器人發(fā)生碰撞動(dòng)作，整體設(shè)備外側(cè)增加安全防護(hù)，電柜及機(jī)器人控制器放置于防護(hù)外側(cè)。

2.5 循環(huán)料箱輸送料道

動(dòng)力料道進(jìn)行料框的循環(huán)傳輸，從左端空料框機(jī)器人擺箱，擺滿后向后傳輸，根據(jù)需求輸送至每段分料道，每?jī)膳_(tái)磁粉探傷設(shè)備對(duì)應(yīng)兩套分料道，分別放置兩個(gè)料框，一個(gè)料框取完后，再抓取另一個(gè)料框的物料，此時(shí)將空箱返回，之后再傳輸過(guò)來(lái)滿料箱。其中整體料道長(zhǎng)度為54 m，其中有7 m 為兩列緩存區(qū)，3組上料開口（含升降與正反運(yùn)行），另外還有一段5.4 m人工擺箱對(duì)接料道。料道設(shè)計(jì)傳輸表面與地面基本平齊，方便人員通行。兩套磁粉探傷設(shè)備從一個(gè)料框取料，生產(chǎn)產(chǎn)品需相同，兩套分料道并列放置，間隔12 m 共三組。主輥道線在移載位置頂升料框往上傳輸至分料道。每個(gè)分料道及頂升輥道均可正反轉(zhuǎn)。

2.6 機(jī)器人探傷機(jī)上料

機(jī)器人從循環(huán)檢驗(yàn)工序按規(guī)定整齊排列好物料的料框抓取連桿工件，放到相應(yīng)的充磁工位，每臺(tái)機(jī)器人對(duì)應(yīng)兩臺(tái)探傷設(shè)備，兩個(gè)上料道及料框，保證物料連續(xù)不斷，一個(gè)清空后會(huì)及時(shí)更換到另一物料框取料，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)線給出要料信息。

2.7 機(jī)器人強(qiáng)拋機(jī)上下料

機(jī)器人帶動(dòng)雙夾爪，成90°布置，一個(gè)夾爪從探傷后板鏈上抓取工件，機(jī)器人行走，到達(dá)強(qiáng)拋機(jī)取料位，另一個(gè)空夾爪從強(qiáng)拋機(jī)小轉(zhuǎn)臺(tái)處夾取已強(qiáng)拋工件，之后機(jī)器人動(dòng)作將另一個(gè)夾爪抓取的待強(qiáng)拋工件放置到小轉(zhuǎn)臺(tái)掛件處，之后機(jī)器人將另一個(gè)夾爪的拋后工件放到浸液箱。機(jī)器人強(qiáng)拋機(jī)上下料布局如圖3 所示。

強(qiáng)拋機(jī)小轉(zhuǎn)臺(tái)需要進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)，在上部轉(zhuǎn)盤增加檢測(cè)特征，配置檢測(cè)開關(guān)，設(shè)備內(nèi)部增加自動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。強(qiáng)拋機(jī)每次運(yùn)轉(zhuǎn)45°，運(yùn)轉(zhuǎn)到位后，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與強(qiáng)拋機(jī)小轉(zhuǎn)臺(tái)底部接觸，伺服電機(jī)帶動(dòng)摩擦輥轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上面檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到信號(hào)后，停止運(yùn)轉(zhuǎn)使小轉(zhuǎn)臺(tái)掛件位置正對(duì)出口，完成小轉(zhuǎn)臺(tái)的方向定位[3]。

機(jī)器人從強(qiáng)拋機(jī)小轉(zhuǎn)臺(tái)抓取工件后放置到浸液箱工件瀝水架上，兩側(cè)可各放置兩組，每組3 個(gè)工件；兩臺(tái)強(qiáng)拋機(jī)下料機(jī)器人各對(duì)應(yīng)兩側(cè)兩組位置，可同時(shí)進(jìn)行上下料動(dòng)作。每個(gè)工件瀝水架可單獨(dú)進(jìn)行舉升動(dòng)作，在低位時(shí)進(jìn)行工件浸液，舉升時(shí)進(jìn)行瀝水，機(jī)器人取料時(shí)通過(guò)毛刷裝置，去除表面水分。兩臺(tái)強(qiáng)拋機(jī)共用一套浸液系統(tǒng)，工件放在浸液箱的兩端，浸液箱放置在成品輸送線上端，不影響成品料箱的運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)預(yù)計(jì)計(jì)使用機(jī)器人16 臺(tái)，3D 視覺(jué)引導(dǎo)1套，視覺(jué)缺陷檢測(cè)6 套，重載輸送線42 m，成品料框輸送線52 m。系統(tǒng)達(dá)成后，可以達(dá)到單件生產(chǎn)能力4 s，完成除磁粉探傷部分、物料料筐初始上料及成品物料下料需要人工干預(yù)外，其他部分完全自動(dòng)化生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)在連桿毛坯件生產(chǎn)線上的應(yīng)用，為中國(guó)制造2025 增添一份力量。