全自動多尺寸玻璃上下料機的結構設計與研究*

曹炳鑫，馮美龍，石海林

（九江職業(yè)技術學院，江西 九江 332005）

引言

玻璃上下料機在玻璃裁剪、覆膜、除膜、磨削、拋光等加工行業(yè)使用較為廣泛的一種裝置，是實現從玻璃架抓取玻璃毛片，隨后傳輸至加工設備的必備裝置[1]，玻璃上下料機的性能直接影響著加工的效率和質量。批量生產過程中，常需要將整塊的玻璃毛坯切割為多規(guī)格尺寸、多形狀的小塊玻璃，隨后將小塊玻璃傳送至玻璃深加工設備。當前，玻璃上下料設備采用多個氣動吸盤抓取完成玻璃的抓取步驟，只能抓取固定規(guī)格尺寸的玻璃，但由于玻璃大小、厚度不一，常需要借助多個上下料設備完成玻璃上下料，造成設備的利用率低、制造成本高。

在玻璃上下料過程中，玻璃抓取完成后還需要將玻璃傳輸至加工臺，玻璃傳輸所耗費的時間占整個上下料過程的60%以上，玻璃在傳輸過程中需要完成XY 兩個方向的傳輸，傳輸精度低、破損率高，一定程度上制約著玻璃加工行業(yè)的發(fā)展。而且，現有技術中的玻璃上下料設備自動化程度低，常需要人工參與上下料，人工投入大，設備自動化程度低。

因此，針對現有上下料設備存在問題，急需研發(fā)一款可實現玻璃全自動化上下料裝置，以適應快速發(fā)展玻璃行業(yè)的發(fā)展需求。

1 整機結構設計

1.1 提出設計思路

針對現有的玻璃上料機上下料過程中存在的不能實現多寸玻璃的抓取、效率低、破損率高、自動化程度低等問題。設計了氣動抓取機械手代替?zhèn)鲃拥臍鈩幼ト⊙b置，主要由主副兩組氣動吸盤、翻轉架組成。其中，主副吸盤組通過PLC 控制系統(tǒng)控制相互配合實現多尺寸的玻璃抓取，提高了設備的利用率，實現了一機多用。

上下料過程中將玻璃傳送至工作臺所耗費的時間占了整個上下料周期的60%左右，對此設計由伺服電機驅動的傳輸裝置，解決了玻璃傳輸慢、準確度差等問題。

采用PLC 控制系統(tǒng)、伺服電機、氣動系統(tǒng)，提高了整機的電氣化、自動化運動。

1.2 整機方案設計

基于本機的設計思路，在傳統(tǒng)玻璃上下料的基礎上，本款自動多尺寸玻璃上下機主要由機座、橫向平臺、垂直平臺、氣動抓取機械手、傳輸裝置、PLC 控制系統(tǒng)組成。機座采用矩形多根方管拼焊而成，橫向平臺、垂直平臺裝配在機座前段部位，垂直平臺安裝在垂直平臺，氣動抓取機械手安裝在垂直平臺，橫向平臺采用導軌滑塊實現相對于機座的橫向運動，用于調整氣動抓取機械手與玻璃架之間的水平距離，垂直平臺調整氣動抓取機械手與玻璃架之間的高度，從而實現不同位置的玻璃抓取。氣動抓取機械手采用主副吸盤組抓取玻璃，副吸盤組通過氣動邏輯閥用于判斷玻璃的大小，實現主副吸盤工作狀態(tài)的切換，用于完成多尺寸玻璃毛坯的抓取。傳輸裝置由X 向傳送帶、Y 向滾輪組成，采用伺服電機驅動，可實現玻璃毛坯XY 雙向的高精度、高品質的傳輸。圖1 所示為本上下料機的結構圖。

圖1 上料機結構圖

氣動抓取機械手

本款全自動多尺寸上下料機的核心部件-氣動抓取機械手主要由副吸盤組、翻轉架、四連桿驅動機構、主吸盤組組成，結構圖如圖2 所示。

其中，翻轉架由多根橫梁和縱向梁焊接而成，四連桿驅動機構由伺服電機、四連桿升降機構構成，伺服電機安裝在機座上，四連桿升降機構驅動翻轉架作相對于上下料的旋轉運動。副吸盤組和主吸盤組安裝在翻轉架，主吸盤組安裝在翻轉架的中間區(qū)域。在副吸盤組周邊布設多個副氣動吸盤，副吸盤組直接與氣動系統(tǒng)相連接，副吸盤組進氣口處設有圖3 所示的氣動邏輯閥[2]，進氣口A 與氣動泵相連，P1 出氣口同時副氣動吸盤出氣口和P2 回氣口相連，通過氣動邏輯閥控制副吸盤運動，配合主吸盤組可實現不同大小、規(guī)格玻璃的抓取，無需人工分揀上料、縮短了上料時間，降低了工人勞動強度。

圖2 氣動抓取機械手結構圖

圖3 氣動邏輯閥原理圖

2 整機工作流程

本上下料機采用橫向平臺、垂直平臺、氣動抓取機械手相配合實現不用尺寸、不同放置位置玻璃的抓取，傳輸裝置將玻璃傳輸至加工臺。首先，垂直平臺根據玻璃架的高度上升至與之相配合的高度，橫向平臺根據玻璃架的位置作橫向位置調整，氣動機械抓取機械手翻轉向玻璃架靠近。隨后，PLC 控制系統(tǒng)控制氣動系統(tǒng)開始工作，副氣動吸盤開始向外吹氣，氣動機械抓取機械手繼續(xù)做向玻璃架靠攏運動至預設位置，當P1 出氣口被遮擋，氣體由P1 出氣口進入P2 回氣口，副吸盤內氣壓增大，系統(tǒng)判斷副吸盤組外界存在玻璃，主副吸盤同時轉為向內吸氣狀態(tài)，實現大尺寸玻璃的抓取；當P1 出氣口壓力值不會發(fā)生變化，說明P1 出氣口未被遮擋，系統(tǒng)判斷副吸盤組外界不存在玻璃，副吸盤停止工作，主吸盤開始向內吸氣，實現小尺寸玻璃的抓取。當氣動抓取機械手抓取有玻璃時，氣動抓取機械手翻轉至傳輸裝置，并下降一定高度將玻璃放置在傳輸裝置，傳輸裝置將玻璃按照預設的路線送至加工臺，完成玻璃的傳輸。具體的工作流程如圖4所示。

圖4 工作流程圖

3 控制系統(tǒng)

本機采用西門子S7-200CPU226 型號的PLC 控制器[3]，控制整機中的伺服電機和氣動元件的運動，通過如圖5 所示的液晶觸摸屏實現人機數據的交換，控制設備的啟停、上下料片數、設備傳輸速度等運動，實現設備的自動化運動。

圖5 控制界面圖

4 全自動多尺寸玻璃上下料機的優(yōu)勢及創(chuàng)新點

本全自動多尺寸玻璃上下料機與傳統(tǒng)的上料機相比具有以下優(yōu)勢和創(chuàng)新點：

設備利用率高，一機多用：采用主副吸盤相配合工作，在副吸盤進氣口處設有氣動邏輯閥，通過判斷吸盤出氣處的氣壓的大小，控制主副吸盤的工作，實現多規(guī)格尺寸的玻璃的抓取，提升了設備的利用率和成品率。

自動化程度高、勞動強度低：采用PLC 控制整機的電器設備和氣動裝置的運動，多連桿升降機構實現多位置玻璃毛坯的抓取，實現玻璃抓取和傳輸的自動操作，減少人工成本投入，增強設備的市場競爭力。

傳輸精度高：采用PLC 控制伺服傳動系統(tǒng)，可實現玻璃任一位置的傳輸，保證了玻璃傳輸精確度，可用于各種高精度的加工設備。

5 結束語

本文針對當前玻璃上下料機存在的勞動強度大、運行精度低、自動化程度差、設備利用率等問題，研發(fā)了全自動多尺寸玻璃上下料機，解決了當前玻璃上下料設備所存在的問題，實現了多規(guī)格尺寸玻璃的全自動上下料，上料周期短、設備智能化程度高。實際應用表明：上下片速度達15-20 片每分鐘，成品率高達99%以上，玻璃抓取規(guī)格尺寸0.8-2.5m，促進了玻璃加工行業(yè)的智能化進程，推進了玻璃行業(yè)的綠色持續(xù)性發(fā)展。