連桿拋探自動化系統構成研究

韓成鶴，路則明，李連文

（濟南中正金碼科技有限公司，山東 濟南 250101）

引言

本套自動化系統范圍是從拋丸清理機AGV 小車上料作為起點，到成品料箱擺箱完成到達后方緩存料道結束。按照工序流程主要包括幾個部分：AGV 小車搬運、拋丸清理工位翻轉上料、拋丸清理工位出料輥道、連桿無序抓取；連桿宏觀缺陷檢測、連桿機器人擺箱、人工檢測及NG 件修磨擺箱、循環料箱輸送料道、機器人探傷機上料、充磁磁粉探傷消磁檢測、機器人強拋機上下料、工件浸液箱、成品件機器人擺箱、成品料箱輸送料道、連桿蓋、大連桿人工擺箱。下面將對自動化系統幾個主要部分進行較為詳細的介紹。

1 工藝概述

本套系統的工藝流程介紹如下，人工將裝滿的鍛件毛坯箱放置到定位支架上，AGV 小車從定位支架取料運輸至拋丸清理工位翻轉臺；翻轉臺檢測到料框放置到位后，自動翻轉將連桿毛坯件倒入翻轉料斗；工件拋丸清理后倒入大料框，之后大料箱自動流轉到轉臺機器人抓取位；視覺拍照檢測，3D 視覺引導機器人無序抓取物料放置到檢測料道位置；通過宏觀檢測系統將工件六個面全部檢測完成；擺箱機器人從檢測料道抓取工件按照順序擺放到循環料框；滿料的循環料框向后傳輸，根據需求傳遞到對應出料料道；上料機器人從料框抓取工件，放置到磁粉探傷設備，一臺機器人對應兩套探傷設備；探傷設備進行充磁噴粉，之后人工進行裂紋探傷檢測，并人工將工件放置到步進料道上，并進行準確定位；強拋上料機器人從放置平臺抓取工件放置到強拋機，并從強拋機取出已強拋后的物料放置到浸液箱；擺箱機器人從浸液箱抓取工件擺放到成品料箱；成品料箱擺滿后通過料道傳輸至后端緩存料道；人工使用行吊將空料框搬運至料道起始點[1]。

2 系統分項介紹

2.1 AGV 小車搬運

鍛件箱裝滿后，人工將鍛件箱吊運至定位支架上，對鍛件箱進行粗定位，AGV 小車自動到定位支架下方，小車配置頂升機構，將鍛件箱頂起后沿設定軌跡運輸料框至拋丸清理翻轉上料位置。配置升降裝置，小車進入料框定位支架后，頂升機構升起將料框頂升與支架分離，將料框運輸至拋丸清理翻轉上料區域。在此區域配置中轉平臺，可進行料框存儲，放置5～6 個料框，AGV 小車背負料框進入中轉放料位后，頂升機構下降，將料框放置到放料支架上，小車退出將另一個位置上空框取走，返回取料位置，放置空料框之后進行下一輪搬運動作。

每臺拋丸清理室一次工作需兩框物料，配置兩臺AGV 小車，可采用一臺小車進行料框運輸工作，從上料位將滿料框運輸至中轉位，空料框運回，另一臺AGV小車將中轉位滿料框運輸至翻轉工位，空箱運回，同時對應兩個清理室。也可一臺對應一個如清理室，完成運輸和上料工作。AGV 小車可運行路線如圖1 所示。

2.2 拋丸清理工位出料輥道

操作工位把兩箱毛坯連桿工件倒入拋丸清理室中，預計20 min 后，將拋丸清理后的工件倒入大料箱（內部尺寸2 200 mm×700 mm×700 mm，大料箱中間焊接增加隔板，將大料箱一分為二，）之后操作設備，啟動輥道線，將大料箱傳輸至后方轉臺上。轉臺旋轉180°，將大料箱移動至下側料道位置，之后向后傳輸至機器人抓取工位，料框到位后機器人自動進行工件無序抓取，抓取完成后，空箱向后流轉至橫移位置，將空料框橫移至上側料道，再將空料框傳輸至清理室出料位。

在機器人無序抓取過程中，拋丸清理室再生產的其余物料可到達轉臺旋轉到下側等待抓取工位工件抓取完成。將抓取位空箱流出后，轉臺處滿料框前進到達抓取位進行抓取，后段輥道形成一個循環。如機器人抓取檢測不足以對應時，配合進行人工檢測，機器人抓取位右側位置做為人工擺箱工位，人工檢測大料箱流轉需根據機器人檢測料箱空隙時間進行流動。導管壓頭機構是設備核心壓裝機構之一，由于發動機缸蓋進氣、排氣孔位置不同，因此布置了兩組壓頭對應不同的高度位置進行壓裝，通過氣缸切換不同的壓頭，配合伺服電缸完成不同位置導管的壓裝。導管壓頭切換機構采用直線導軌導向，兩端安裝有限位機構，可以確保壓頭位置切換時位置的準確可靠[2]。

2.3 連桿無序抓取

用3D 相機拍照，通過特征點計算確認連桿具體位置，給機器人相關位置信號，機器人根據引導信息抓取相應連桿，然后放置到擺箱位置處，該部分具體如圖2 所示。

無序抓取工位采用3D 相機，首先3D 相機對來料物料箱（前期進行預定位）進行整體拍照，根據工件位置，通過對無序堆放連桿進行運算，排列優先級，哪個工件位置明確，方便抓取優先選擇，確定其相應的位置坐標，傳輸給抓取機器人（2 套），機器人根據指令要求順次帶動夾爪進行工件抓取，之后將工件放置到后續檢驗位置平臺（圖示位置B 處）。物料箱進入處采用安全光柵防護，防止人員誤進入機器人工作區域，感應到物體進入馬上停止機器人相關工作，并進行聲光報警。

在圖示A 處設置機器人校核點，人為給3D 相機檢測命令，相機檢測校核點，給機器人命令到該點校核，人工觀察校核針尖是否完全對準，這一過程為使用一端時間后，對相機與機器人精度進行必要的精度檢測，配置兩套檢測相機，每個相機對應大料箱的一側，可滿足區域覆蓋，兩臺機器人分別對應一套視覺抓取。

2.4 連桿件機器人擺箱

機器人通過檢測區域且判定OK 后，將工件按照順序擺放到料框，依次將料框擺滿，之后料道運轉，將滿料框運走，空料框到此工位，進入下一個循環動作。該工位為兩臺機器人配合協作，一臺機器人完成不了4 s 時間節拍。兩臺機器人布置于檢測工位兩側，固定于地面安裝，機器人前端配置夾爪，夾爪偏心布置，可滿足料框側邊工件放置。兩臺機器人交替動作，設置安全區域，避免機器人發生碰撞動作，整體設備外側增加安全防護，電柜及機器人控制器放置于防護外側。

2.5 循環料箱輸送料道

動力料道進行料框的循環傳輸，從左端空料框機器人擺箱，擺滿后向后傳輸，根據需求輸送至每段分料道，每兩臺磁粉探傷設備對應兩套分料道，分別放置兩個料框，一個料框取完后，再抓取另一個料框的物料，此時將空箱返回，之后再傳輸過來滿料箱。其中整體料道長度為54 m，其中有7 m 為兩列緩存區，3組上料開口（含升降與正反運行），另外還有一段5.4 m人工擺箱對接料道。料道設計傳輸表面與地面基本平齊，方便人員通行。兩套磁粉探傷設備從一個料框取料，生產產品需相同，兩套分料道并列放置，間隔12 m 共三組。主輥道線在移載位置頂升料框往上傳輸至分料道。每個分料道及頂升輥道均可正反轉。

2.6 機器人探傷機上料

機器人從循環檢驗工序按規定整齊排列好物料的料框抓取連桿工件，放到相應的充磁工位，每臺機器人對應兩臺探傷設備，兩個上料道及料框，保證物料連續不斷，一個清空后會及時更換到另一物料框取料，同時對生產線給出要料信息。

2.7 機器人強拋機上下料

機器人帶動雙夾爪，成90°布置，一個夾爪從探傷后板鏈上抓取工件，機器人行走，到達強拋機取料位，另一個空夾爪從強拋機小轉臺處夾取已強拋工件，之后機器人動作將另一個夾爪抓取的待強拋工件放置到小轉臺掛件處，之后機器人將另一個夾爪的拋后工件放到浸液箱。機器人強拋機上下料布局如圖3 所示。

強拋機小轉臺需要進行適應性設計，在上部轉盤增加檢測特征，配置檢測開關，設備內部增加自動旋轉機構。強拋機每次運轉45°，運轉到位后，旋轉機構與強拋機小轉臺底部接觸，伺服電機帶動摩擦輥轉動，從而帶動小轉臺轉動，同時上面檢測開關檢測到信號后，停止運轉使小轉臺掛件位置正對出口，完成小轉臺的方向定位[3]。

機器人從強拋機小轉臺抓取工件后放置到浸液箱工件瀝水架上，兩側可各放置兩組，每組3 個工件；兩臺強拋機下料機器人各對應兩側兩組位置，可同時進行上下料動作。每個工件瀝水架可單獨進行舉升動作，在低位時進行工件浸液，舉升時進行瀝水，機器人取料時通過毛刷裝置，去除表面水分。兩臺強拋機共用一套浸液系統，工件放在浸液箱的兩端，浸液箱放置在成品輸送線上端，不影響成品料箱的運行。

3 結語

該系統預計計使用機器人16 臺，3D 視覺引導1套，視覺缺陷檢測6 套，重載輸送線42 m，成品料框輸送線52 m。系統達成后，可以達到單件生產能力4 s，完成除磁粉探傷部分、物料料筐初始上料及成品物料下料需要人工干預外，其他部分完全自動化生產。實現機器視覺在連桿毛坯件生產線上的應用，為中國制造2025 增添一份力量。