燃燒器自動上料設計

劉小龍

摘要：該文闡述了燃燒器自動上料多種方案的選擇和選型優化設計，安裝調試，分析了難點，分別給出解決方案，由最初人工上料升級為無人自動上料，由無序上料變成有序上料。填補整個燃燒器自動組裝線的空白。

關鍵詞：燃燒器;自動上料;人工上料;無序上料;有序上料

0 ?引言

隨著我國經濟建設的穩步上升，環保要求也越來越嚴。目前國外已經對天然氣燃燒產生的廢氣有性能指標要求，同時也要求國內代加工廠商生產的燃燒器相關系列的產品達到廢氣排放標準。國內代加工廠商為保證產品穩定性和良率，只有通過實現自動化，無人化生產模式，盡量減少人為因素引起的產品質量問題，才能實現質量的管控。國內加工廠商也要求設備廠商設計燃氣器自動組裝線盡量無人化，其中原有人工上料方式需變成自動上料方式。

1 ?燃燒器自動上料多種方案的選擇和選型優化設計

1.1 燃燒器成形內殼上料要求

①內殼成形件可設置小車型料倉，小車上放置一定數量通用型周轉箱，規格400*600，周轉箱約存放130件左右，周轉箱內無序放置，上料過程不能損傷沖壓件精度，上料周期在90分鐘左右，確保生產過程不停機。

②料倉設置警界線，物料低于警界線時，設備自動閃黃燈，提示上料。

③設備需有專用的機構從料倉中拿取內殼成形件放在專用工裝上。

④料箱存放零件數量不等，需考慮零件在料箱的位置檢測（深度檢測）。

燃燒器成形內芯上料要求：

①內芯成形件上料周期在1小時左右，再上料過程不損傷成形件精度的前提下可用振動盤或其他方式上料，來料用300*400規格周轉箱。

②料倉設置警界線，物料低于警界線時，設備自動閃黃燈，提示上料。

③設備需有專用的機構從料倉中拿取內芯成形件放在專用工裝上。

④料箱存放零件數量不等，需考慮零件在料箱的位置檢測（深度檢測）。

1.2 燃燒器自動上料方案

燃燒器自動上料有多種方案，其選擇和選型優化設計主要分5種類型的方案，具體如下。

1.2.1 震動盤內殼內芯上料方案

人工將物料箱中的產品放入喂料機構中，通過喂料機構給振動盤補料，振動盤將產品排出，流入流水線，通過視覺進行引導機器人抓取產品，如圖1所示。

這種方案加工周期短，通過震動盤就能實現自動排料，結合視覺機器人就能實現自動上料。在設計自動喂料到震動盤過程中是有一定困難難度，需考慮到料箱中的零件如何倒入不損傷的問題。

1.2.2 3D視覺（結構光）方案

人工將物料箱放入放料區，通過升降機移栽機構將料箱移栽到機器人取料區，機器人進行取料，取完移栽機構將空箱放入升降機構中進行空箱堆放。通過視覺進行引導機器人抓取產品，取完產品后料箱進入取料區，料箱等待人工取走。

這種方案主要是依靠3D視覺判斷產品特征并且匹配來實現的，由于內芯內殼屬于不銹鋼材質的零件，反光性是比較強的，存在一定的誤判率，3D視覺在此行業幾乎沒有案例可查。3D視覺價格也是相關昂貴的，運用此方案有一定風險性。

1.2.3 三軸龍門+蜘蛛手（機器人）+4軸機器人方案

①人工手工將物料箱放入放料區，通過升降機移栽機構將料箱移栽到機械手取料區，機械手進行取料，取完移栽機構將空箱放入升降機構中進行空箱堆放（料框個數需滿足90分鐘上料周期）;

②料倉將料框送至桁架機械手抓取位置;

③桁架機械手手抓為磁性手抓，不斷將零件抓入輸送線上，機械手上的手抓帶有零件檢測裝置直到零件檢測傳感器檢測不到機械手上有零件后，給送料倉信號，料倉將新料框送入工位;

④內芯及內殼輸送線上帶有2D視覺系統，將零件方向位置信息傳送給蜘蛛機械手，蜘蛛機械手將零件抓取后旋轉角度放入帶工裝的輸送線上;

⑤工件的輸送線末端安裝一臺水平四軸機器人，將零件放入電阻焊工裝上。

這種方案價格昂貴，占地面積大，機器人采購周期長，龍門加工安裝調試不是很方便。程序應用比較復雜，調試周期長，此設備性價比偏低。

1.2.4 雙三軸模組（懸臂） +雙4軸機器人（一臺設備）方案

①小車推入;

②升降模組托起周轉箱上升，此時滿料小車可回收;

③最上層周轉箱被定位;

④并與下層分離;

⑤抓料：

1）抓料爪下降，電磁鐵浮動取料;

2）電磁鐵獨立上下運動，抖料，目的通過工件加速升降，初步除去一個電磁鐵吸2個料的情況;由于吸力通過被電磁鐵直接吸取的工件傳動磁力，所以磁力小，通過慣性剔除;

3）如果1個電磁鐵同時直接吸兩個料，則每個料磁力都會小2個同時抖掉;

4）運動抓料爪。到ccd上方再次判斷有無疊料;

5）有疊則，次電磁鐵，不放料，返回料框放料;

6）其余無疊料電磁鐵放料。

這種方案采購占地面積偏大，成本相對較高，周期相對較短，風險性小，上料時不容易損失產品表面以及破壞產品，設備節拍也滿足設計要求，但內芯上料料箱與內殼上料尺寸不一致。設備公用與兼容性偏低。

1.2.5 三軸模組（懸臂） +4軸機器人（2臺設備）方案

內殼上料：

人工將目標小車以及備用小車放入指定位置。內殼上料車一次可以放4-5箱料（確保2個小時不停機）。

①設備自動檢測到小車在正確的位置后機構定位周轉箱開始上料，上料結束另外一箱上升到預定位置空箱移栽到另外一臺空車上。

②機械手置帶20kg電磁鐵，吸取內殼放置在皮帶線上。

③檢測光柵進行檢料，檢測完成后，皮帶線啟動，內殼進入分料區域進行分料，內殼流入機器人檢測抓取區域。

④4軸機器人進行工件的抓取。

這種方案采購周期相對較短，風險性小，上料時不容易損失產品表面以及破壞產品，設備節拍也滿足設計要求，設備性價比較高。

難點有：燃燒器自動化產線項目中遇到上料難點，由無序上料變成自動上料。有很多苛刻要求諸如自動檢測料箱，自動篩選，自動測量料箱深度，自動分料，自動吸料，自動判斷無剩料。面對很多不可控因數，從開始生產的吸料不穩定，節拍不夠，在實踐中找到原因，調整方案，優化方案，在現場前完成安裝和調試工作。

1.3 解決方案

自動判斷料箱深度檢測過程中，由于材料的反光性以及零件的雜亂無序，通過視覺及測距傳感器是無法完成了且費用高。針對該系列難題，作者提出了如下解決方案：

①內芯內殼吸取方式：對內芯內殼的外形，材料特性進行了全方面的了解，確定內芯內殼可以采用磁鐵吸取的方式。

②內殼上料方式：小車一進一出方式（一邊滿箱區，一邊空箱區）。

③內芯上料方式：上進下出的方式（臺面上放滿箱區，臺面下放空箱區）。

④自動檢測料箱：通過對射傳感器進行檢測料箱

有無。

⑤自動篩選：內芯內殼在料箱中是無序的，無規則性，此時料箱的零件需要進行抖動，便于磁鐵的抓取。設計抖動機構機構帶動料箱做加速度運動。

⑥自動吸料：由于內殼零件比較異形，零件屬于無序狀態，有時候4個吸盤一個都吸不上，無法滿足節拍要求。空心零件對電磁鐵影響很大，2.5kg的電磁鐵連15g的內殼都吸不住，空心零件破壞了電磁鐵的磁場。通過實驗改用了20kg的電磁鐵才能吸住，因考慮到不是每個吸盤都能吸住，通過統計概率學分析，增加吸盤數量，由4個變成8個吸盤，從而使節拍滿足要求。機器人吸取這塊采用吸盤方式而沒有采用電磁鐵方式，此處吸取有精度要求，尺寸偏差精度需達到+/-0.5mm。通過視覺定位引導機器人進行吸取。吸盤采用特殊吸盤設計，其結構有自封小孔的特性。

⑦自動判斷無剩料：通過CCD拍照進行比對，計算出零件位置，引導吸取機構吸取零件。

⑧綜上難點分析，選擇可行性方案來實現上料。方案一振動盤存在損失產品表面且無法追溯到具體零件上。雖操作容易但風險性高，不宜采用。方案二3D視覺經反復實驗驗證零件具有反光性，有一定誤判與吸取失敗性，設備造價高，外購件交貨周期長，不宜考慮。方案三蜘蛛手機器人造價高，空間尺寸大，造價成本高，交期長，不宜采用。方案四料箱不兼容，結構做成一體不易維修。方案五設備易于維修，造價相對比其他方案低，交期可控，故采用此方案。

2 ?機架外觀設計與安裝布局

內芯機架設計優先考慮操作性和可維修性，機架采用60*60*3.0方管焊接而成。三點組合采用凹坑處理防止零件損壞，外形規整美觀。

內芯機架設計優先考慮操作性和可維修性，機架采用60*60*3.0方管焊接而成。小車部位框架采用開放性框架，通過臺面板以及側面支撐固定機架，防止機架變形。臺面采用多塊板連接。節約設備成本且加工起來方便，組裝也方便。

至此，本文闡述了燃燒器自動上料多種方案的選擇和選型優化設計，安裝調試，分析了難點，分別給出解決方案，由原先人工上料改成無人上料，填補整個燃燒器自動組裝線的空白。經過不斷的驗證與分析處理，找到了合適的方案，同時也保證了不損壞零件表面。設備造價屬于中等，性價比高。不斷優化設備結構，提高設備性能，得到了客戶的認可，同時也突破了很多關鍵技術，解決了無序上料的難點，為該行業提供技術支持。

3 ?測試結果

通過在客戶現場批量生產驗證，設備滿足客戶需求。人工將帶有零件料箱的小車推入到上料機指定位置，啟動設備，觀察機器人是否將零件精確放入下道工序設備工裝中。人工觀察清箱過程中是否將料箱中的零件抓取完成的測試方法來判定，通過驗證均滿足要求。

4 ?總結

該文闡述了一些特殊場合需要運用到無序上料技術，在無序上料變有有序上料過程中由于各種原因人不能參與排料整理料，使得整個項目的瓶頸都體現在上料部分導致無法實現自動化生產的全過程。作者通過解決該行業中的上料難點，通過分析零件反光性，無序性，來料的數量差異大的現狀來攻克難關。使得該項技術在該行業提供了參考，也填補了該行業自動化領域的空白。

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