面向汽車零部件智能化生產(chǎn)技術(shù)研究及應(yīng)用

孟慶站，于洪金，劉眾望，張?zhí)枺瑥堅(jiān)?/p>

摘要：以解決制約剎車片生產(chǎn)線高效利用領(lǐng)域的瓶頸問題和實(shí)現(xiàn)清潔加工為主要任務(wù)，首次將自動(dòng)包裝系統(tǒng)引入到剎車片的生產(chǎn)線中，保證了產(chǎn)品外觀的一致性、美觀性，提高了生產(chǎn)效率，降低了用工成本。通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)對(duì)整體生產(chǎn)現(xiàn)狀的動(dòng)態(tài)監(jiān)測及分析，在剎車片生產(chǎn)行業(yè)首次通過整合機(jī)器人多工位協(xié)同作業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了摩擦料的自動(dòng)化精密稱量及精準(zhǔn)投放功能，大幅度提高了整體產(chǎn)線的工作效率，并且有效規(guī)避了工人在熱壓工序上由高溫帶來的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。通過開發(fā)復(fù)雜作業(yè)環(huán)境魯棒性更強(qiáng)的識(shí)別算法和動(dòng)態(tài)識(shí)別能力更強(qiáng)的模糊匹配智能算法，解決當(dāng)前行業(yè)應(yīng)用中識(shí)別準(zhǔn)確度底、輪廓精度差等問題。同時(shí)，依靠與服務(wù)器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，采用了集中加分布式的控制方法，有效避免了集中控制任務(wù)過重、規(guī)劃費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，同時(shí)分布式控制的工作空間檢測可保證系統(tǒng)的安全冗余，提升整個(gè)系統(tǒng)的安全等級(jí)，實(shí)現(xiàn)汽車零部件未知復(fù)雜工況下的柔性應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：剎車片定位技術(shù)；汽車零部件掃描；剎車片稱重系統(tǒng)；機(jī)器人；圖像處理；軌跡識(shí)別

國外發(fā)達(dá)國家剎車片生產(chǎn)制造設(shè)備，由于其在技術(shù)工藝、生產(chǎn)管理等方面起步早、技術(shù)領(lǐng)先，已基本實(shí)現(xiàn)整個(gè)車間的無人化生產(chǎn)。如日本愛德克斯、阿基波羅，意大利布雷博，美國輝門公司等國際剎車片公司，在整個(gè)剎車片的生產(chǎn)制造流程中已達(dá)到90%的無人化。高端制造設(shè)備研發(fā)的大力投入，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，有力保證了其產(chǎn)品的可靠性和市場競爭力。

國內(nèi)汽車剎車片生產(chǎn)設(shè)備基本處于人工或半自動(dòng)作業(yè)模式，控制模式上大多采用低端PLC操控簡單流程作業(yè)。國內(nèi)工業(yè)起步較晚，導(dǎo)致剎車片生產(chǎn)制造行業(yè)一直處于摸索的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，致使在生產(chǎn)制造中與國際先進(jìn)水平存在較大差距，工藝、設(shè)備、管理等方面長期沿襲老的技術(shù)模式，技術(shù)進(jìn)步緩慢。20世紀(jì)80年代以來，有部分企業(yè)開始了有關(guān)自動(dòng)投料機(jī)構(gòu)、多功能打磨機(jī)構(gòu)的研發(fā)工作，研究重點(diǎn)為單站式加工設(shè)備，解決了部分工序?qū)θ斯んw力要求大的問題，促進(jìn)了我國剎車片制造技術(shù)的發(fā)展。目前，山東、湖北等地區(qū)的剎車片制造企業(yè)在高端設(shè)備上多采用國外進(jìn)口，價(jià)格昂貴、不符合國內(nèi)操作習(xí)慣、后續(xù)服務(wù)無法保證等問題一直存在。

目前，國內(nèi)汽車制造業(yè)快速發(fā)展，巨大的市場需求催生了一大批剎車片制造企業(yè)。長期以來，受到技術(shù)、設(shè)備及管理等因素的影響，國內(nèi)剎車片制造業(yè)存在設(shè)備簡單、工藝落后；車間布局不合理，管理系統(tǒng)混亂；自動(dòng)化程度低，大量人工干預(yù)，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證；能耗大、污染嚴(yán)重等問題。

近些年，國內(nèi)在機(jī)器人智能化、自動(dòng)化研究方面有了長足進(jìn)步。相關(guān)機(jī)器人公司及自動(dòng)化設(shè)備公司都推出了機(jī)器人產(chǎn)品：機(jī)器人上下料、機(jī)器人碼垛、機(jī)器人搬運(yùn)及機(jī)器人末端執(zhí)行器等，但在整個(gè)加工流水線智能化整合方面技術(shù)儲(chǔ)備不足，控制系統(tǒng)大型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平不高。

我國裝備制造業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)，從傳統(tǒng)裝備制造向智能制造裝備轉(zhuǎn)變需要更加智能化、信息化、科技含量更高的智能化設(shè)備，而機(jī)器人及相關(guān)配套設(shè)備正是智能化，信息化及高科技含量的典型代表。

本文所指的集成示范產(chǎn)線引入了軟件編程、視覺識(shí)別、末端執(zhí)行器開發(fā)、在線精密稱重、自動(dòng)化包裝及DCS與PLC控制等技術(shù)，并將這些技術(shù)原理運(yùn)用到實(shí)際調(diào)試運(yùn)行中，實(shí)現(xiàn)剎車片行業(yè)產(chǎn)線試生產(chǎn)。

方法原理

1.輪廓識(shí)別技術(shù)

目前對(duì)于零件尺寸檢測方法主要有人工檢測法和圖像處理檢測法。人工檢測方法主要依靠游標(biāo)卡尺、千分尺等量具對(duì)待檢剎車片按照圖樣進(jìn)行每一項(xiàng)尺寸的測量。近年來，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，利用圖像處理方法檢測零件尺寸的應(yīng)用也越來越廣泛。

該項(xiàng)目整個(gè)算法流程分為3個(gè)部分。首先，根據(jù)剎車片圖樣和公差設(shè)計(jì)原理確定各個(gè)尺寸的最大、最小極限尺寸，并利用CAD繪圖軟件逆向設(shè)計(jì)剎車片尺寸允許公差控制帶圖（以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)模板圖”），并保存為bmp黑白圖像格式，作為后續(xù)待檢剎車片圖像比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)模板圖。

其次，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)采集待檢剎車片圖像并進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括濾波、閾值分割、消除小聯(lián)通區(qū)域得到二值圖像，再將二值圖像和標(biāo)準(zhǔn)模板圖進(jìn)行最小外接矩形處理。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模版圖和二值圖像的最小外接矩形的長寬比來確定二值圖像的放縮倍數(shù)，使二值圖像得到與標(biāo)準(zhǔn)模板圖相同的像素尺寸標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際圖。

最后，利用Hough 圓檢測算法得到實(shí)際圖圓心坐標(biāo)。根據(jù)圖樣要求，比較實(shí)際圖兩個(gè)圓心坐標(biāo)差異，確定實(shí)際圖旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得實(shí)際圖中兩圓圓心橫坐標(biāo)一致。旋轉(zhuǎn)后提取標(biāo)準(zhǔn)模板圖和再次提取實(shí)際圖的兩圓心坐標(biāo)并確定兩圓心中點(diǎn)坐標(biāo)，并以兩圖圓心連線中點(diǎn)為截取中心，截取出大小相同的兩幅圖像，截取以后將標(biāo)準(zhǔn)模板圖進(jìn)行取反運(yùn)算并統(tǒng)計(jì)白色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；將實(shí)際圖進(jìn)行邊緣檢測，得到實(shí)際輪廓圖，然后將標(biāo)準(zhǔn)模版取反圖與實(shí)際輪廓圖進(jìn)行加法運(yùn)算，并統(tǒng)計(jì)白色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)模版取反圖白色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)相比較，最終判斷剎車片尺寸是否合格。

2.末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)研發(fā)

近年來，隨著工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，剎車片的生產(chǎn)過程中開始引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人。但熱壓工序還未完成從人工到自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變，目前國內(nèi)的主要?jiǎng)x車片生產(chǎn)商在這一工序中依舊采用人工操作。然而現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境非常惡劣，因?yàn)槟Σ敛牧蠟榉蹓m狀，存在一定的粉塵污染；同時(shí)沖壓機(jī)是高溫壓制設(shè)備，人工操作存在安全隱患。而且人工生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量受到人工操作的影響非常大，可能造成同一批次產(chǎn)品質(zhì)量的參差不齊。

針對(duì)上述問題，需要設(shè)計(jì)一種剎車片熱壓上下料的機(jī)器人通用末端執(zhí)行器。采用多功能集成為主體設(shè)計(jì)思路，以實(shí)現(xiàn)熱壓上下料自動(dòng)化生產(chǎn)的通用末端執(zhí)行器為設(shè)計(jì)目標(biāo)，基于對(duì)熱壓原料鋼背、摩擦料和浮料特性的詳細(xì)了解，對(duì)鋼背、摩擦料和浮料的上下料機(jī)構(gòu)加以合理設(shè)計(jì)，并且適當(dāng)考慮一定的產(chǎn)品可擴(kuò)展性，達(dá)到自動(dòng)完成熱壓工序的效果。

剎車片熱壓上下料的機(jī)器人通用末端執(zhí)行器及時(shí)序控制方法，包括支撐框架及其周向均設(shè)摩擦料上下料機(jī)構(gòu)、浮料上下料機(jī)構(gòu)與取放機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)摩擦料上下料、浮料上下料與鋼背或壓制后的剎車片的取放。其中，摩擦料上下料機(jī)構(gòu)與浮料上下料機(jī)構(gòu)提供多個(gè)上下料位置，逐一上料，一次性下料；取放機(jī)構(gòu)上提供與上下料機(jī)構(gòu)上下料位置等數(shù)量的磁性吸盤，實(shí)現(xiàn)多個(gè)鋼背在沖壓機(jī)內(nèi)的同時(shí)沖壓。

根據(jù)設(shè)定時(shí)序，依次進(jìn)行摩擦料上料→浮料上料→鋼背吸附→摩擦料下料→浮料下料→放置鋼背→沖壓→剎車片吸附→放置剎車片。該末端執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)為：通過合理設(shè)計(jì)，并適當(dāng)考慮一定的產(chǎn)品可擴(kuò)展性，達(dá)到自動(dòng)完成熱壓工序的效果，具有成功率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

3.自動(dòng)稱重技術(shù)

隨著電子技術(shù)和微處理機(jī)的快速發(fā)展，電子稱重技術(shù)日益完善。目前的研究方向是既能獲取稱重信息，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱重信息數(shù)據(jù)的采集與管理，而且其穩(wěn)定性好，稱量速度快、精度高，可連續(xù)自動(dòng)稱重，實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)采集與存儲(chǔ)。

該項(xiàng)目利用稱重模塊、伺服控制技術(shù)和工業(yè)總線技術(shù)組成一套配料系統(tǒng)，實(shí)時(shí)識(shí)別剎車片不同種類，自動(dòng)選擇程序，完成整個(gè)稱重工序。

根據(jù)現(xiàn)場工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)際情況，利用工業(yè)控制設(shè)備西門子PLC300與帶PROFIBUS-DP 接口的稱重儀表，通過DP 總線的連接方式組成三種稱重?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，不僅抗干擾能力強(qiáng)，而且結(jié)構(gòu)簡單，布線方便，實(shí)現(xiàn)了稱重?cái)?shù)據(jù)的雙向傳輸。將稱重單元無縫鏈接到生產(chǎn)流程中去，與計(jì)量網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的對(duì)接和網(wǎng)絡(luò)隔離，實(shí)現(xiàn)了稱重系統(tǒng)和工業(yè)流程控制的相對(duì)獨(dú)立，提升了維修便利和系統(tǒng)的整體性能。

4.剎車片自動(dòng)化包裝技術(shù)

剎車片自動(dòng)包裝技術(shù)是將剎車片自動(dòng)送入待包裝的紙盒，然后通過對(duì)應(yīng)的執(zhí)行裝置自動(dòng)包裝紙盒，其裝盒過程主要包括取盒、放盒、推料和封盒。

此外，根據(jù)不同品種，選擇是否放入說明書和合格證等憑證，自動(dòng)化包裝設(shè)備則要選擇增加分頁機(jī)構(gòu)和折紙機(jī)構(gòu)。

5.機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及防碰撞技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)隨著時(shí)間的發(fā)展得到了很大的進(jìn)步，如今，工業(yè)機(jī)器人已普遍應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。但隨著任務(wù)復(fù)雜程度增大，單臺(tái)機(jī)器人已不再是最佳解決方案，與單機(jī)器人構(gòu)成的系統(tǒng)相比，多機(jī)器人系統(tǒng)通過機(jī)器人之間的合作與協(xié)調(diào)使系統(tǒng)工作能力提升，柔性增強(qiáng)。但隨之也帶來很多問題，主要有：剎車片的種類不同，導(dǎo)致了機(jī)器人在工作中的位姿越來越復(fù)雜，在生產(chǎn)線上，其他自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人越來越多，也對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制提出了更高的要求，所以在一定空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制及防碰撞是必須要解決的。

汽車剎車片智能化生產(chǎn)研發(fā)及模型

1.輪廓識(shí)別開發(fā)

由于待檢剎車片表面存在一些輕微劃痕或者表面部分氧化，所以在CCD 拍攝時(shí)得到圖像表面并非均勻光滑，因此設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的圖像處理方法非常重要。

針對(duì)這些問題，首先采用中值濾波減小圖像中的異常值（見圖1），然后采用最大類間方差法（OTSU）對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，消除圖片中的小連通區(qū)域，得到只有目標(biāo)物體和背景的二值圖像。中值濾波是一種非線性信號(hào)處理方法，其本質(zhì)是一種順序統(tǒng)計(jì)濾波器。中值濾波能使得其鄰域擁有不同灰度值的點(diǎn)更接近于它的鄰域點(diǎn)，因此能消除一些孤立像素點(diǎn)。

由圖1可知，經(jīng)中值濾波后的圖像異常值明顯減少，圖像更加平滑。OTSU 閾值分割是以灰度直方圖的分布為根據(jù)的，當(dāng)分割的目標(biāo)和背景的類間的方差達(dá)到最大將該值選取為閾值。

設(shè)原始圖像f（x，y）利用OTSU 閾值分割在f（x，y）中找到一個(gè)合適的灰度值作為閾值t，則分割后的圖像g（x，y） 可由式（1）表示

（1）

由上述算法得到剎車片二值圖像，如圖2所示。

經(jīng)過OTSU 閾值分割得到的二值圖像g（x，y） 仍然存在很多白色干擾點(diǎn)，這些干擾點(diǎn)會(huì)影響后續(xù)的處理，應(yīng)當(dāng)消除這些白色干擾點(diǎn)，采用連通區(qū)域法來消除這些干擾點(diǎn)。

連通區(qū)域法消除干擾點(diǎn)的原理是干擾點(diǎn)相對(duì)于其他大連通區(qū)域所占的像素點(diǎn)較少，所以設(shè)置一個(gè)像素點(diǎn)面積閾值t1，若連通區(qū)域Ci中像素點(diǎn)個(gè)數(shù)Ni小于閾值t1則將該區(qū)域?yàn)V除，濾除部分用公式（2）表示

（2）

優(yōu)化后二值圖像如圖3所示.

實(shí)現(xiàn)剎車片圖像二值化以后，進(jìn)行圖像取反，利用最小外接矩形優(yōu)化算法確定取反圖像縮放倍數(shù)，使二值圖像與標(biāo)準(zhǔn)模板圖統(tǒng)一像素標(biāo)準(zhǔn)得到實(shí)際圖。然后利用Hough 圓檢測實(shí)際圖兩圓圓心坐標(biāo)，并比較實(shí)際圖兩圓心橫縱坐標(biāo)差異，確定實(shí)際圖的旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)模板圖相同的水平位置，提取旋轉(zhuǎn)后實(shí)際圖和標(biāo)準(zhǔn)模板圖兩圓心坐標(biāo)并確定兩圓心連線的中點(diǎn)坐標(biāo)。利用中點(diǎn)坐標(biāo)從兩幅圖中截取大小相同的矩形區(qū)域，并統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)模板圖取反后白色像素點(diǎn)數(shù)以及將實(shí)際圖進(jìn)行邊緣檢測得到實(shí)際輪廓圖。

最后將截取的兩幅大小相同的圖像進(jìn)行加法運(yùn)算并統(tǒng)計(jì)白色像素點(diǎn)數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)模板取反圖白色像素點(diǎn)數(shù)相比較，若兩者白色像素點(diǎn)相等，即實(shí)際輪廓圖中的白色像素點(diǎn)都被標(biāo)準(zhǔn)模板圖白色像素點(diǎn)覆蓋，剎車片尺寸合格，否則，剎車片尺寸不合格。

2.末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)

末端執(zhí)行器三維模型如圖4所示。

上述剎車片熱壓上下料的機(jī)器人通用末端執(zhí)行器的動(dòng)作時(shí)序控制方法為：

1）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的摩擦料上下料機(jī)構(gòu)移動(dòng)至稱料機(jī)內(nèi)，并進(jìn)一步控制摩擦料上下料機(jī)構(gòu)移動(dòng)，使全部接料杯202中位于一角處的接料杯202移動(dòng)至摩擦料下料位置。

2）當(dāng)摩擦料下料位置處安裝的光電開關(guān)檢測到下方存在接料杯202后，將信號(hào)傳輸至稱料機(jī)，此時(shí)稱料機(jī)開始下漏固定數(shù)量的摩擦料，持續(xù)3s后，稱料機(jī)停止下料，完成一次摩擦料下料。

3）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的偏移，使相鄰的接料杯移動(dòng)至摩擦料下料位置。

4）重復(fù)執(zhí)行步驟2）、3）過程，直至摩擦料上下料機(jī)構(gòu)中12個(gè)接料杯202放上所需數(shù)量的摩擦料，完成摩擦料上料過程。

5）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的浮料上料機(jī)構(gòu)移動(dòng)至稱料機(jī)內(nèi)的浮料下料位置，并進(jìn)一步控制浮料上下料機(jī)構(gòu)，使全部接料杯202中位于一角處的接料杯202移動(dòng)至浮料下料位置。

6）當(dāng)浮料下料位置處安裝的光電開關(guān)檢測到下方存在接料杯202后，將信號(hào)傳輸至稱料機(jī)，此時(shí)稱料機(jī)開始下漏固定數(shù)量的浮料，持續(xù)3s后，稱料機(jī)停止下料，完成一次浮料下料。

7）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的偏移，使相鄰的接料杯202移動(dòng)至浮料下料位置；

8）重復(fù)執(zhí)行步驟6）、7）過程，直至浮料上下料機(jī)構(gòu)中12個(gè)接料杯202放上所需數(shù)量的浮料，完成浮料上料過程。

9）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的取放機(jī)構(gòu)3移動(dòng)至上料傳送裝置中傳送帶上方，并進(jìn)一步控制取放機(jī)構(gòu)3移動(dòng)，使全部電磁吸盤302a中位于一角處的電磁吸盤302a移動(dòng)至吸附位置。當(dāng)上料傳送裝置上安裝的光電開關(guān)檢測到末端執(zhí)行器后，傳送帶開始運(yùn)行，通過在電磁吸盤302a處安裝的接近開關(guān)303檢測電磁吸盤302a下方是否存在鋼背。若檢測到下方存在鋼背，則當(dāng)前位于吸附位置上方的電磁吸盤通電，吸附鋼背；若檢測到下方無鋼背，則繼續(xù)在吸附位置處等待。

10）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的偏移，使相鄰的電磁吸盤302a移動(dòng)至浮料下料位置。

11）重復(fù)執(zhí)行步驟9）、10）過程，直至兩套取放機(jī)構(gòu)3中12個(gè)電磁吸盤302a均吸附有鋼背，完成鋼背吸取過程。

12）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的摩擦料上下料機(jī)構(gòu)整體置于沖壓機(jī)腔內(nèi)，三條抽拉板204在執(zhí)行氣缸205的帶動(dòng)下，同步移動(dòng)，導(dǎo)通下料通道，一次性完成摩擦料上下料機(jī)構(gòu)中12個(gè)接料杯202的摩擦料下料。

13）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)120°，將浮料上下料機(jī)構(gòu)置于沖壓機(jī)腔內(nèi)，三條抽拉板204在執(zhí)行氣缸205的帶動(dòng)下，同步移動(dòng)，導(dǎo)通下料通道，一次性完成浮料上下料機(jī)構(gòu)中12個(gè)接料杯202的浮料下料。

14）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)120°，將取放機(jī)構(gòu)3置于沖壓機(jī)腔內(nèi)，將由12各電磁吸盤302a吸附的鋼背分別置于各浮料上，隨后控制電磁吸盤斷電，使鋼背脫離電磁吸盤302a，并控制取放機(jī)構(gòu)3移出沖壓機(jī)腔，沖壓機(jī)開始進(jìn)行沖壓。

15）待沖壓機(jī)沖壓完畢后，通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的取放機(jī)構(gòu)3移動(dòng)到?jīng)_壓機(jī)腔內(nèi)，使各個(gè)電磁吸盤302a對(duì)應(yīng)置于各個(gè)壓制好的剎車片上方，全部電磁吸盤302a通電，一次性將全部壓制好的剎車片同時(shí)吸附。

16）通過機(jī)器人控制末端執(zhí)行器的取放機(jī)構(gòu)3移出沖壓機(jī)腔內(nèi)，進(jìn)一步移動(dòng)至回輸傳送裝置的傳送帶上方制定位置，隨后的全部電磁吸盤302a斷電，將全部壓制好的剎車片置于傳送帶上，至此末端執(zhí)行器的單次作業(yè)完畢。返回步驟1），再次按照上述步驟進(jìn)行往復(fù)作業(yè)。

3.稱重系統(tǒng)研發(fā)

西門子PLC300通過DP總線將稱重儀表連接，另外配置了兩個(gè)網(wǎng)口：一個(gè)通過以太網(wǎng)協(xié)議與計(jì)量網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，另一個(gè)通過西門子內(nèi)部S7協(xié)議和一級(jí)的西門子PLC400進(jìn)行連接。

PLC程序的設(shè)計(jì)：在稱重PLC內(nèi)部建立公共數(shù)據(jù)塊，一方面，通過西門子自帶的驅(qū)動(dòng)S7 連接，直接與一級(jí)PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)和寫質(zhì)量數(shù)據(jù)的操作；另一方面，將稱重信號(hào)的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)實(shí)時(shí)發(fā)送給上位機(jī)軟件進(jìn)行判斷和采集，使得質(zhì)量數(shù)據(jù)與MES上的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。軟件也是通過特定的以太網(wǎng)端口，接收到來自稱重PLC的組合控制數(shù)據(jù)，根據(jù)控制位的信息，對(duì)組合數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，形成一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系，并保存在數(shù)據(jù)庫里，且可以從這個(gè)以太網(wǎng)端口發(fā)送指令，通過稱重PLC對(duì)稱重儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

稱重PLC與一級(jí)PLC建立的西門子內(nèi)部S7驅(qū)動(dòng)連接，只需要在一級(jí)PLC內(nèi)部建立公共數(shù)據(jù)塊，稱重PLC通過西門子內(nèi)部功能塊GET和PUT方法，就可以很方便地在一級(jí)PLC里進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和寫入操作，對(duì)一級(jí)PLC不會(huì)有任何影響。

稱重PLC通過以太網(wǎng)傳輸方式與上位機(jī)軟件通信的設(shè)置中，稱重PLC只負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，上位機(jī)程序只負(fù)責(zé)接收稱重?cái)?shù)據(jù)。這種形式的PLC稱重系統(tǒng)，在硬件使用了兩個(gè)以太網(wǎng)口，為了節(jié)約成本，采用一個(gè)帶以太網(wǎng)口的CPU和單獨(dú)的一塊網(wǎng)卡組成。連接方式一邊以S7 驅(qū)動(dòng)的方式通過以太網(wǎng)連接到一級(jí)PLC，另一邊以TCP/IP 以太網(wǎng)的方式連接計(jì)量網(wǎng)絡(luò)，將生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)量網(wǎng)絡(luò)分割在不同的網(wǎng)段上，保證了網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。

結(jié)果分析

1.輪廓識(shí)別有效性實(shí)驗(yàn)

實(shí)際測量中，由于光照環(huán)境和圖像處理工具定位等因素，工件的擺放位置對(duì)測量結(jié)果具有一定程度的影響。同一工件，隨機(jī)擺放20次，進(jìn)行靜態(tài)測量，計(jì)算出測量值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.03mm，測量結(jié)果見表1。

結(jié)果顯示，該技術(shù)可以高效穩(wěn)定地檢測出剎車片的尺寸大小，而且可以應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中。

2.末端執(zhí)行器的多品種適應(yīng)性和穩(wěn)定性驗(yàn)證

某客戶現(xiàn)有114種剎車片的生產(chǎn)需求，其最小長度為61.7mm，最大長度為249.5mm，最小寬度為37.8mm，最大寬度為108.7mm。

為驗(yàn)證可靠性，各尺寸數(shù)據(jù)均經(jīng)過3維模擬分析，確保末端執(zhí)行器的工作范圍和變換方式能夠滿足現(xiàn)場要求。

3.稱重系統(tǒng)實(shí)時(shí)精度的驗(yàn)證

由于稱重工藝對(duì)精度的要求，特設(shè)計(jì)了一套基于PLC的多工位投料機(jī)構(gòu)，以基礎(chǔ)料倉為倉位基礎(chǔ)，二級(jí)投放機(jī)構(gòu)為高精度螺旋投料機(jī)構(gòu)，保障在線稱重的高精度。為驗(yàn)證精度，連續(xù)進(jìn)行100次的300g摩擦材料的自動(dòng)稱重，數(shù)據(jù)如圖5所示。

數(shù)據(jù)顯示，100次內(nèi)磨料的誤差為±0.5g，滿足剎車片對(duì)摩擦材料質(zhì)量的高精度要求。

結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的汽車零部件智能化生產(chǎn)技術(shù)是在當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人單工作站發(fā)展基礎(chǔ)上，結(jié)合產(chǎn)線式發(fā)展趨勢要求，根據(jù)集中控制與分層控制理論，提出了一種具有示范效應(yīng)的剎車片生產(chǎn)機(jī)器人集成運(yùn)用的方法，并進(jìn)行了深入研究，創(chuàng)新性的形成了集上下料、搬運(yùn)、噴塑、打碼、包裝及倉儲(chǔ)為一體的機(jī)器人應(yīng)用理論。

在理論研究基礎(chǔ)上，開展了多項(xiàng)原創(chuàng)性的實(shí)驗(yàn)研究和開發(fā)性工作，建成了多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)示范產(chǎn)線。并在此研究中，開發(fā)了視覺監(jiān)測軟件與多品種精準(zhǔn)投放料系統(tǒng)，研制了多機(jī)器人組控制系統(tǒng)， 提出了機(jī)器人一鍵式起動(dòng)概念，對(duì)機(jī)器人輔助自動(dòng)投放料系統(tǒng)進(jìn)行多次驗(yàn)證，投放效果要比人工提高70%。通過機(jī)器人來完成投放工作，更好地保證了產(chǎn)品的一致性，把人從粉塵與高溫環(huán)境中解放出來，減少編程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。在自動(dòng)控制方面，產(chǎn)線采用利用DCS與PLC實(shí)現(xiàn)智能化控制；利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及離線式端口通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與外圍設(shè)備的信息交換及傳輸功能實(shí)現(xiàn)智能制造。

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