基于工业视觉的压缩机搬运工作站设计

时间：2022-10-11 13:08:02

关键字：工业视觉自动装配读码

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[导读]摘要:空调室外机组装时需要装配压缩机,但由于压缩机较重(15kg左右),且每天装配次数多达两千余次,因此使用人工装配,体力劳动重复性高且十分繁重。为了解决此问题,并进一步提升企业的自动化水平,设计了一套压缩机搬运工作站。该工作站使用两套工业视觉系统分别识别压缩机在栈板、底盘上的位置和角度,再通过机器人夹爪上的激光测距传感器测得夹爪距压缩机高度,从而准确获取压缩机位置,借助六轴工业机器人及夹爪实现压缩机的自动抓取和装配。此外,装配后利用两套读码器分别读取底盘和压缩机上SN码并进行比对,防止两者型号不匹配,实现了品质防呆。

引言

近年来,中国人口红利正在消失,老龄化问题越来越严重,同时年轻人"宁送外卖不进工厂",使传统制造业正面临着招工难、用工成本增加等问题,传统产业转型升级已迫在眉睫。当前,以自动化、数字化、信息化为代表的先进制造技术正悄然兴起,使得机器换人成为一种应对用工问题行之有效的解决途径。针对人工装配压缩机存在的劳动强度大、员工流失率高的问题,笔者使用工业机器人并借助定制夹爪和视觉检测系统,实现压缩机装配的全自动识别、定位、取料和装配,再通过读码器获取底盘和压缩机上SN码并进行比对,判断两者型号是否匹配:此外,通过PLC与企业的制造执行系统MES的通信,实现对产品型号、产量、设备状态等相关数据的采集和显示控制,完成对设备的有效监控管理。

1装配工艺分析

空调室外机底盘部件包括纸托、底泡、底板和缓冲垫,其上装配压缩机后如图1所示。

根据人工装配压缩机的工艺流程进行动作分解,经调整优化后,制订出适合自动化生产的工艺路线,如图2所示。

从图2可以看出,自动装配压缩机整个流程节拍是12S,满足效率要求。

2工作站开发过程

2.1工作站布局

压缩机搬运工作站由3段滚筒线、4套挡停机构、1套底盘定位机构、2套读码装置、1套视觉装置、1台KawaSakiRS050N六轴机器人、定制夹爪、栈板定位装置、电控柜配套气动系统等组成,压缩机搬运工作站布局如图3所示。

2.2机器人夹爪设计

机器人夹爪需兼容22种不同直径的压缩机,压缩机直径范围为96~119mm。为了兼容直径范围内所有压缩机,选用SMC三爪气缸MHSL3-125D:为了确定压缩机在栈板上的位置及放置角度,需在夹爪上安装一套由500万像素相机、高分辨率镜头和环形光源等组成的视觉系统:安装激光测距传感器KEYENCELR-TB5000,用于测量夹爪距压缩机的高度,有了压缩机位置、角度和高度信息,就可以确定压缩机抓取位置:在一个夹爪工件上安装0mron接近开关TL-o5MD1,用于检测夹爪内有无压缩机,以防压缩机抓取失败或者意外掉落。机器人夹爪如图4所示。

2.3控制系统设计

压缩机搬运工作站是全自动生产的工作站,需要内部各控制系统之间按照程序设定的逻辑联动,其控制系统主要由可编程序控制器(简称PLC)、机器人控制系统、工业视觉检测系统、线体控制系统和气路系统等组成。PLC作为控制核心,通过CC-Link通信总线与各控制系统进行通信,并收集信号反馈、做出判断后,输出动作指令。通信框图如图5所示。

工作站人机交互通过wEINVIEwMT8071IE触摸屏进行,可在触摸屏上显示机器人、线体、视觉和读码器运行状态,修改设备相关参数,记录设备报警信息,监视I/0信息,也可随时查看产量、合格率、节拍等实时数据信息,最终达到可视化管理的目的。人机交互主界面如图6所示。

3技术难点及解决措施

3.1底盘与压缩机型号配对防呆

同一型号室外机中的底盘部件与压缩机型号是匹配的,为了防止用错型号,在底盘部件底泡和压缩机上贴有SN码,装配压缩机后需分别使用读码器读取两者SN码,上传到MES系统中进行比对。原来使用人工扫码费时费力,取消人工后在滚筒线两侧各安装一套读码装置,如图7所示,其上安装有C0GNExDataMan262读码器,可自动读取SN码,省时省力。