引言

近年來,中國人口紅利正在消失,老齡化問題越來越嚴重,同時年輕人"寧送外賣不進工廠",使傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨著招工難、用工成本增加等問題,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級已迫在眉睫。當前,以自動化、數(shù)字化、信息化為代表的先進制造技術正悄然興起,使得機器換人成為一種應對用工問題行之有效的解決途徑。針對人工裝配壓縮機存在的勞動強度大、員工流失率高的問題,筆者使用工業(yè)機器人并借助定制夾爪和視覺檢測系統(tǒng),實現(xiàn)壓縮機裝配的全自動識別、定位、取料和裝配,再通過讀碼器獲取底盤和壓縮機上SN碼并進行比對,判斷兩者型號是否匹配:此外,通過PLC與企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的通信,實現(xiàn)對產(chǎn)品型號、產(chǎn)量、設備狀態(tài)等相關數(shù)據(jù)的采集和顯示控制,完成對設備的有效監(jiān)控管理。

1裝配工藝分析

空調(diào)室外機底盤部件包括紙托、底泡、底板和緩沖墊,其上裝配壓縮機后如圖1所示。

根據(jù)人工裝配壓縮機的工藝流程進行動作分解,經(jīng)調(diào)整優(yōu)化后,制訂出適合自動化生產(chǎn)的工藝路線,如圖2所示。

從圖2可以看出,自動裝配壓縮機整個流程節(jié)拍是12S,滿足效率要求。

2工作站開發(fā)過程

2.1工作站布局

壓縮機搬運工作站由3段滾筒線、4套擋停機構、1套底盤定位機構、2套讀碼裝置、1套視覺裝置、1臺KawaSakiRS050N六軸機器人、定制夾爪、棧板定位裝置、電控柜配套氣動系統(tǒng)等組成,壓縮機搬運工作站布局如圖3所示。

2.2機器人夾爪設計

機器人夾爪需兼容22種不同直徑的壓縮機,壓縮機直徑范圍為96~119mm。為了兼容直徑范圍內(nèi)所有壓縮機,選用SMC三爪氣缸MHSL3-125D:為了確定壓縮機在棧板上的位置及放置角度,需在夾爪上安裝一套由500萬像素相機、高分辨率鏡頭和環(huán)形光源等組成的視覺系統(tǒng):安裝激光測距傳感器KEYENCELR-TB5000,用于測量夾爪距壓縮機的高度,有了壓縮機位置、角度和高度信息,就可以確定壓縮機抓取位置:在一個夾爪工件上安裝0mron接近開關TL-o5MD1,用于檢測夾爪內(nèi)有無壓縮機,以防壓縮機抓取失敗或者意外掉落。機器人夾爪如圖4所示。

2.3控制系統(tǒng)設計

壓縮機搬運工作站是全自動生產(chǎn)的工作站,需要內(nèi)部各控制系統(tǒng)之間按照程序設定的邏輯聯(lián)動,其控制系統(tǒng)主要由可編程序控制器(簡稱PLC)、機器人控制系統(tǒng)、工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)、線體控制系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)等組成。PLC作為控制核心,通過CC-Link通信總線與各控制系統(tǒng)進行通信,并收集信號反饋、做出判斷后,輸出動作指令。通信框圖如圖5所示。

工作站人機交互通過wEINVIEwMT8071IE觸摸屏進行,可在觸摸屏上顯示機器人、線體、視覺和讀碼器運行狀態(tài),修改設備相關參數(shù),記錄設備報警信息,監(jiān)視I/0信息,也可隨時查看產(chǎn)量、合格率、節(jié)拍等實時數(shù)據(jù)信息,最終達到可視化管理的目的。人機交互主界面如圖6所示。

3技術難點及解決措施

3.1底盤與壓縮機型號配對防呆

同一型號室外機中的底盤部件與壓縮機型號是匹配的,為了防止用錯型號,在底盤部件底泡和壓縮機上貼有SN碼,裝配壓縮機后需分別使用讀碼器讀取兩者SN碼,上傳到MES系統(tǒng)中進行比對。原來使用人工掃碼費時費力,取消人工后在滾筒線兩側(cè)各安裝一套讀碼裝置,如圖7所示,其上安裝有C0GNExDataMan262讀碼器,可自動讀取SN碼,省時省力。

3.2斷氣壓縮機掉落

當機器人夾爪上有壓縮機時,若突然斷氣,夾爪上三爪氣缸無法提供夾緊力,壓縮機因重力掉落,此時會造成壓縮機損壞甚至安全事故。為了解決該問題,在氣路系統(tǒng)中采取以下措施:

(1)氣路增加壓力開關用于檢查氣壓,如發(fā)現(xiàn)氣壓突然減小,則判定為斷氣并立即給出斷氣信號:

(2)選擇五位三通中封式電磁閥,當收到斷氣信號后立即轉(zhuǎn)換到中封位,將氣管內(nèi)壓縮空氣封住,防止夾爪氣缸松開:

(3)增加一個儲氣罐,斷氣后可在一段時間內(nèi)繼續(xù)向夾爪氣缸供氣,等待人工將壓縮機取走。

4結(jié)語

筆者設計的壓縮機搬運工作站,不僅實現(xiàn)了壓縮機的自動裝配,而且通過自動掃碼獲取底盤部件和壓縮機的SN碼并進行比對,實現(xiàn)了品質(zhì)防呆。該工作站在企業(yè)內(nèi)部已批量復制推廣,相信在不久的將來會給企業(yè)帶來更多的利潤和價值。