淺談柔性上下料及信息化系統在發動機缸體加工線的應用

吳聰 周鋼

摘 要 在工業4.0和中國制造2025的大背景下，工業自動化的發展越發加速，以汽車行業為首的自動化裝備水平越發提高，提升工廠的管理、生產效率和生產過程中的質量監控、生產數據存儲、追溯越來越被國內外的企業所關注，其對于提高企業核心競爭力將起到重要作用。本文對柔性上下料和信息化系統在發動機缸體加工線的應用做了簡要介紹。

關鍵詞 機器人;視覺;信息化系統

當前，我國的諸多行業和領域都應用了電氣自動化技術。傳統的人工上下料，人工記錄生產信息的方式越來越無法滿足現代企業的需求，而由PLC、機器人、視覺、讀碼、數控系統和計算機為組合的柔性上下料和信息化系統將作為主導，其將是邁向工業4.0的一個重要和必經之路。

1 主要硬件組成和通訊形式

系統的控制中心：三菱Q系列Q03UDE CUP;系統的上下料動力：FANUC-6軸側掛桁架機器人，輸送輥道，新松AGV;系統的柔性部分：FANUC-2D視覺，ATC子母快換手爪;信息化系統：康耐視讀碼器，信息化軟件。Q系列PLC通過CC-LINK總線協議與FANUC機器人、數控機床和輥道輸送線進行通訊，通過工業以太網與讀碼器和信息化軟件進行數據傳輸，通過光通訊I/O模塊與AGV物流車對接，機器人與視覺相機之間通過工業以太網進行數據通信[1]。

2 柔性上下料

柔性上下料系統主要由6軸側掛機器人、2D視覺和ATC子母快換手爪組成，其可以在線自動切換機器人手爪，通過對工件拍照進行視覺識別、位置定位，從而引導機器人完成多種汽車發動機缸體的上下料工作。

2.1 機器人

機器人采用FANUC品牌210kg的6軸機器人，通過對安裝場地的布置和分析，機器人采用側掛的安裝方式，其第1軸作為桁架方向的運動軸在上下料點和多個機床之間進行穿梭，其2-6軸作為姿態變換軸完成上下料工位和各個機床交互區的缸體上下料動作。三菱PLC通過CC-LINK總線與各機床進行數據通信，按照采集的上、下料呼叫信號的時間先后順序對各機床進行任務排列，將其作為機器人的調度原則。通過機器人的示教器建立一個MAIN主程序作為控制主體，其根據PLC下發的調度指令調用多個示教子程序，從而完成上下料工作。機器人的程序調用采用RSR的形式。

2.2 ATC子母快換手爪

機器人6軸法蘭盤安裝ATC母快換機構，用于完成與多個子機器人手爪的連接。子母快換結構含有并安裝氣路、電路自動切換結構。氣路：使用ATC產品本身的部分氣孔，剩余氣孔進行封堵;電路：在機器人側安裝巴魯夫電感耦合器輸出開關BIC000C，在手爪側安裝巴魯夫電感耦合器傳送開關BIC000E。輸出開關BIC00C通過CC-LINK總線協議將I/O信號傳輸給三菱PLC，傳送開關BIC000E通過I/O-LINK協議采集傳感器信息，從而很好地完成手爪的打開、關閉動作。

2.3 視覺

在產線的上料區機器人抓取工位固定安裝FANUC 130萬像素視覺相機，配12毫米鏡頭，拍照距離為1340mm，視野范圍（長）615mm X（寬）751mm，識別精度為0.587mm/像數，可以滿足工件的抓取要求。通過以下步驟完成視覺相機的工作。a.示教應用用戶坐標系設置照相機;b.標定照相機;c.示教Vision 程序;d.示教機器人程序;e.設置參考點。

該視覺相機主要使用了以下功能：①自動曝光：根據周圍環境光線強度的變化，iRVision將自動調節曝光時間，以取得和示教良好圖像類似的成像效果，全天候運行可能。②位置補正：對應目標表面明顯特征（如孔，鍵槽）調整檢測的定位位置，獲得更精確的偏移和旋轉數據。③視覺程序范例：詳細參考FANUC Robot Series iRVision 2維補正操作說明書。

3 信息化系統

信息化系統依托于自動化生產系統存在，通過對人、機、料、法、環進行更好的質量管理進而提高生產加工效率和提高產品質量。PLC和信息化軟件預先定義好交互數據的變量類型，本系統采用的數據交互機制是“請求-應答”式。本信息化系統的主要功能如下：a.生產管理：b.接收生產計劃;c.調用生產配方;d.實時跟蹤計劃完成情況，并在LED大屏顯示（計劃、完成、不良等信息）。②設備管理：a.設備生產廠家、生產日期、編號等基本信息存儲及更新;b.監控/顯示設備的整體運行概況，以不同顏色表示各設備的實時狀態（運行、停止、空閑）;c.對AGV（自動物流車）等移動設備，支持位置在頁面中的動態移動監控;d.故障統計功能：故障內容、原因、發生時間、持續時間、解除時間;e.維修保養功能：設備保養計劃提示及保養、點檢記錄存儲。③數據采集：a.在產線的上料區安裝讀碼器，讀取缸體二維碼，獲取缸體的基本信息和前序加工信息，同時將其作為缸體在本系中的身份ID;b.對待加工缸體的所有前序工序的加工結果進行數據缺失和質量校驗，校驗通過后本序方可加工;c.通過CC-LINK總線的方式與數控機床通訊，采集生產數據;d.將各機床的加工數據與缸體身份ID進行綁定;e.可以按照生產日期、批次號、二維碼、班組、設備等方面進行數據追溯。④質量管理：a.按照預定條件進行質量統計，通過曲線、餅圖、柱圖等形式顯示質量變化趨勢;b.從環境、人員、設備、原材料等方面分析不良率的原因，給出建議。⑤物流倉儲管理：a.預留庫管接入接口;b.出/入庫管理及余料統計;c.物料變更管理;d.計劃支撐、缺料預警、無料報警;e.定期內物料缺損情況，物料質量情況。

4 結束語

綜上所述，本文簡要介紹了柔性上下料及信息化系統在發動機缸體加工生產線的應用，其基本體現了當前國內機械加工生產線的自動化水平。隨著科技的不斷發展，AI技術也必將融入工業生產當中，屆時，工業自動化發展必將迎來一個新的章程。

參考文獻

[1] 李衛京.面向二十一世紀的柔性制造系統[J].機械工程與自動化，2004，（3）：83-85.