CN103631214A - 一种工业型柔性制造生产线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业型柔性制造生产线系统，其组成包括自动化立体仓库与码垛机单元，与所述自动化立体仓库与码垛机单元连接的自动化输送线系统单元、CCD形状颜色检测单元、液压打标单元和检测与条码扫描分拣单元，导轨式上下料搬运机器人单元，并联机器人加工单元，数控铣床加工单元，数控车床加工单元，串联机器人废品分拣及装配单元，系统总控单元，所述各单元具备单机/联机功能，在单机模式下，各单元可脱离系统独立运行，可以通过本单元的控制系统控制该单元工作，联机模式下，该单元作为网络中的一个节点，受主站调度。通过上述方式，本发明能够实现生产加工输送过程无人化控制，实现系统的经济高效、安全可靠的运行。
Description
技术领域
本发明涉及物流装备技术领域，特别涉及一种工业型柔性制造生产线系统。
背景技术
柔性制造系统FMS是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统，FMS技术是数控加工技术发展的必然结构，体现了一个国家的装备制造技术水平，其将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全面的智能制造系统。
随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，然而，我国起步较晚，在柔性制造系统上相对落后，随着国内工业化程度的不断推进，以及产业化转型，对于自动化设备的需求，以及技术人才的需求不断增大，对于自动化系统的人才储备，对于自动化系统的教学普及显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的技术中存在的缺陷，提供一种工业型柔性制造生产线系统，能够实现生产加工输送过程无人化控制，实现系统的经济高效、安全可靠的运行。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种工业型柔性制造生产线系统，其组成包括自动化立体仓库与码垛机单元，与所述自动化立体仓库与码垛机单元连接的自动化输送线系统单元、CCD形状颜色检测单元、液压打标单元和检测与条码扫描分拣单元，导轨式上下料搬运机器人单元，并联机器人加工单元，数控铣床加工单元，数控车床加工单元，串联机器人废品分拣及装配单元，系统总控单元，所述各单元具备单机/联机功能，在单机模式下，各单元可脱离系统独立运行，可以通过本单元的控制系统控制该单元工作，联机模式下，该单元作为网络中的一个节点，受主站调度。
作为进一步的改进，所述上下料搬运六自由度串联机器人单元、并联机器人单元、六自由度串联机器人废品分拣及装配单元采用基于PC104总线嵌入式控制系统，通过PROFIBUS-DP分站卡连接至工业现场总线与总站连接与通讯，CCD颜色检测单元、检测与条码扫描分拣单元采用PC机控制通过PROFIBUS-DP分站卡连接至总线与系统主控进行通讯，其余各单元分为5个模块控制单元采用PLC控制通过PROFIBUS-DP分站卡连接至系统总线与主控通讯。
作为进一步的改进，所述的自动化立体仓库堆垛机单元主要包括有轨巷道式堆垛机、自动化立体仓库、出入库平移台、托盘及工件、仓位传感器识别系统、触摸屏与西门子PLC控制系统、报警灯，所述自动化立体仓库为多层直线支架系统，五层十列双排，立体仓库货位底部均安装有货物检测机械开关。
作为进一步的改进，所述自动化输送线系统单元由5套皮带输送机、2套90°转角输送机配合出入库平移台组成框架闭环结构、喷涂工作站、进出楼梯组成，皮带机采用交流电机驱动，电子调速，各工位处安装有位置传感器，90°转角输送机为气动顶升、铰链换向、皮带机结合的结构，由直流电机和减速器驱动。
作为进一步的改进，所述CCD形状颜色检测单元的组成包括CCD摄像机、图像采集卡、图像处理软件、支架、工作台、控制电脑、单元控制琴柜。
作为进一步的改进，所述导轨式上下料搬运机器人单元由一维导轨平移台、工业作业型六自由度串联机器人、嵌入式控制系统与示教盒、配套气动手爪、机器人底座及对射光电传感器、气动定位装置、单元控制琴柜与19寸液晶触摸显示器组成，机器人采用关节式结构，机器人末端安装有气动手爪，控制系统采用windows系列操作系统，基于PC104总线的嵌入式控制系统。
作为进一步的改进，所述并联机器人加工单元采用六自由度并联机器人，末端安装相关加工主轴，控制系统采用基于PC104总线的嵌入式控制系统。
作为进一步的改进，所述串联机器人废品分拣及装配单元由工业作业型六自由度串联机器人、机器人底座、末端气动手爪、废品槽、单自由度旋转料库、料库底座、装配子工件、气动定位装置、对射光电传感器、漫反射光电传感器、嵌入式控制系统、单元控制琴柜与19寸液晶触摸显示器组成。
作为进一步的改进，所述液压打标单元由铝合金支架、液压冲压手动调整装置、液压泵站、液压缸与液压管路元件组成，控制借用输送线plc与总控通讯控制。
作为进一步的改进，所述检测与条码扫描分拣单元由材质检测传感器装置、孔深检测传感器装置、条码打印机、条码扫描仪组成，条码与CCD单元共用PC控制，其余与输送线系统共用PLC控制。
本发明的有益效果是：通过该系统，使学生可通过实验了解自动化生产控制教学实训系统的基本组成和基本原理，为学生提供一个开放性的，创新性的和可参与性的实验平台，让学生全面掌握机电一体化技术与物流技术的应用开发和集成技术，帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。可以促进学生在机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术、数控技术、物流管理等方面的学习，并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和现场总线技术、高级语言编程等技能得到实际的训练，激发学生的学习兴趣，使学生在光机电气一体化系统的设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。
附图说明
下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。
图1是本发明系统总体结构布置图。
图2是本发明系统组网图。
图中，1、自动化立体仓库堆垛机单元，2、自动化输送线系统单元，3、CCD形状颜色检测单元，4、导轨式上下料搬运机器人单元，5、并联机器人加工单元，6、数控铣床加工单元，7、数控车床加工单元，8、串联机器人废品分拣及装配单元，9、液压打标单元，10、检测与条码扫描分拣单元，11、系统总控单元，12、立体仓库，13、巷道式码垛机，14、出入库平移台，15、出入跨梯，16、材质检测装置，17、90°顶升转角输送机，18、孔深检测装置，19、喷涂工作站，20、上料旋转仓库，21、皮带输送机。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如附图1所示：一种工业型柔性制造生产线系统，其组成包括自动化立体仓库与码垛机单元(1)，与所述自动化立体仓库与码垛机单元(1)连接的自动化输送线系统单元(2)、CCD形状颜色检测单元(3)、液压打标单元(9)和检测与条码扫描分拣单元(10)，导轨式上下料搬运机器人单元(4)，并联机器人加工单元(5)，数控铣床加工单元(6)，数控车床加工单元(7)，串联机器人废品分拣及装配单元(8)，系统总控单元(11)，系统上电并启动，待加工工件与托盘由巷道式码垛机(13)从自动化立体仓库(12)原料库中取出，直接由巷道式码垛机(13)送到出库平移台(14)上，运行至第一条出库皮带输送机上，接着，工件经过皮带运输机上的对射开关传感器，给主控计算机系统信号，工件停止在材质检测装置(16)下，对工件进行材质检测，检测信息总控采集管理。检测完毕工件继续运行，到达第二条出库皮带输送机上，经气动阻挡定位装置停止在高速CCD相机(3)处，进行工件的形状、颜色识别。然后上述信号传给计算机主控系统，使主控系统发出指令，对工件下一步动作发出信号。工件检测完成后，继续向下传输。经过90度转角输送机(17)到达横向输送机并运送到轨道式上下料搬运机器人单元(4)的六自由度串联机器人处，经传感器、气动阻挡定位装置而停止。然后由六自由度串联机器人将工件根据上位机主控系统的指令(根据工件的形状等信息)将工件放置在并联加工中心(5)或数控铣床系统(6)或数控车床系统(7)相应加工单元内进行加工，等加工完成后，由六自由度搬运机器人将工件搬运回输送机托盘上向下传输，进行下一个单元的工作。工件继续向下传输。经过一个90度转角皮带输送机(17)进入第一条入库皮带输送机上，经过对射开关和气动阻挡定位装置而停止，进入孔深检测装置(18)处，进行模拟量孔深检测，系统采集信息并与标准尺寸对比。用以识别是否废品。检测完毕继续运行，经过对射开关而停止，到达喷涂工作站(19)，经对射传感器检测停止，对合格工件进行相应颜色喷涂处理。喷涂结束，工件继续运行至第二条入库皮带输送机，根据检验结果，如果是不合格工件(不合格工件不喷涂作业，直接到达本工作站)，当工件走至皮带输送机下一对对射开关处时，装配串联机器人(8)开始工作。将工件搬运到废品槽内。如果是合格工件，由装配串联机器人(8)从上料旋转料库(20)内抓取子工件，进行装配作业(系统工件某一颜色装配)。装配完成，将接着向下运输，经过皮带运输机上对射开关时，对射开关发出信号。皮带输送机停止，液压泵站(9)动作，针对工件打标或冲压工序作业。作业完成，继续运行至条码扫描区域(10)停止。进行条码扫描，根据以上条码、尺寸、颜色等结果，当工件运送到入库平移台末端对射开关处停止。由巷道式码垛机(13)搬运工件放置在立体仓库成品库(12)相应位置上。完成工件的生产循环过程。
如附图2所示：轨道式上下料搬运六自由度串联机器人单元(4)、并联机器人单元(5)、六自由度串联机器人废品分拣及装配单元(8)采用基于PC104总线嵌入式控制系统，通过PROFIBUS-DP分站卡连接至工业现场总线。CCD颜色检测单元(3)、检测与条码扫描分拣单元(7)采用PC机控制通过PROFIBUS-DP分站卡连接至总线。其余4个模块单元采用PLC控制通过PROFIBUS-DP分站卡连接至系统总线。通过PROFIBUS-DP现场总线将各单元PLC控制系统信息流进行高效高度集成，通过总控上位机控制，进行网络调度控制，实现整套物流系统的自动化运输，分拣等各项作业。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本工业型柔性制造生产线系统通过PROFIBUS-DP现场总线将所有单元plc控制系统进行高度、高效集成，实现网络调度与控制，与工业现场形式完全相同。经总控协调控制，实现物流系统的自动化运输，分拣，加工装配等各项作业，通过各项传感器及条码检测并各项作业进行实时监测及更新，配备系统视频监控装置，实现对整套系统的远程监控。
2.本工业型柔性制造生产线系统配备各类机器人以实现自动化，如六自由度串联机器人，六自由度并联机器人，充分利用机器人技术配合自动化输送线实现无人装配加工输送等各项动作。
3.在控制软件方面采用windows操作系统，具有良好的交互式图形化操作界面，直接，高效，对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的终端响应时间。并具有功能很强的存储区保护功能，便于学生动手操作和系统可维护性。
4.系统中的单元设备具有“联机/单机”两种操作模式。所有的单元设备的软硬件均可以脱离系统独立操作，可用单机设备为平台，进行单项技术的研发，易扩展。
5.系统软、硬件部分预留扩展空间，用户方可在原有系统基础上增添设备模块，并可轻松集成到系统中，为用户方二次开发和扩展教学创造了极为有利条件。
6.系统集成信息管理软件，通过计算机与各单元及传感器的通讯与集成，将系统中各环节的状态显示在操作界面上，使操作者通过计算机随时了解系统各环节的工况、状态、运行数据，掌握系统运行状态。
7.本系统机械结构上具备高度拓展性，轨道式上下料机器人单元中可继续增加多工位加工设备，90°转角输送机可做为其他输送线接口等。
8.系统机电技术全面开放，配备完善的实验指导书，可轻松开发出自己的运动或控制功能，激发学习兴趣。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：其组成包括自动化立体仓库与码垛机单元(1)，与所述自动化立体仓库与码垛机单元(1)连接的自动化输送线系统单元(2)、CCD形状颜色检测单元(3)、液压打标单元(9)和检测与条码扫描分拣单元(10)，导轨式上下料搬运机器人单元(4)，并联机器人加工单元(5)，数控铣床加工单元(6)，数控车床加工单元(7)，串联机器人废品分拣及装配单元(8)，系统总控单元(11)，所述各单元具备单机/联机功能，在单机模式下，各单元可脱离系统独立运行，可以通过本单元的控制系统控制该单元工作，联机模式下，该单元作为网络中的一个节点，受主站调度。
2.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述上下料搬运六自由度串联机器人单元(4)、并联机器人单元(5)、六自由度串联机器人废品分拣及装配单元(8)采用基于PC104总线嵌入式控制系统，通过PROFIBUS-DP分站卡连接至工业现场总线与总站连接与通讯，CCD颜色检测单元(3)、检测与条码扫描分拣单元(7)采用PC机控制通过PROFIBUS-DP分站卡连接至总线与系统主控进行通讯，其余各单元分为5个模块控制单元采用PLC控制器控制通过PROFIBUS-DP分站卡连接至系统总线与主控通讯。
3.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述的自动化立体仓库堆垛机单元(1)主要包括有轨巷道式堆垛机(13)、自动化立体仓库(12)、出入库平移台(14)、托盘及工件、仓位传感器识别系统、触摸屏与西门子PLC控制系统、报警灯，所述自动化立体仓库(12)为多层直线支架系统，五层十列双排，立体仓库货位底部均安装有货物检测机械开关。
4.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述自动化输送线系统单元(2)由5套皮带输送机、2套90°转角输送机(17)配合出入库平移台(14)组成框架闭环结构、喷涂工作站(19)、进出楼梯(15)组成，皮带机采用交流电机驱动，电子调速，各工位处安装有位置传感器，90°转角输送机(17)为气动顶升、铰链换向、皮带机结合的结构，由直流电机和减速器驱动。
5.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述CCD形状颜色检测单元(3)的组成包括CCD摄像机、图像采集卡、图像处理软件、支架、工作台、控制电脑、单元控制琴柜。
6.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述导轨式上下料搬运机器人单元(4)由一维导轨平移台、工业作业型六自由度串联机器人、嵌入式控制系统与示教盒、配套气动手爪、机器人底座及对射光电传感器、气动定位装置、单元控制琴柜与19寸液晶触摸显示器组成，机器人采用关节式结构，机器人末端安装有气动手爪，控制系统采用windows系列操作系统，基于PC104总线的嵌入式控制系统。
7.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述并联机器人加工单元(5)采用六自由度并联机器人，末端安装相关加工主轴，控制系统采用基于PC104总线的嵌入式控制系统。
8.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述串联机器人废品分拣及装配单元(8)由工业作业型六自由度串联机器人、机器人底座、末端气动手爪、废品槽、单自由度旋转料库、料库底座、装配子工件、气动定位装置、对射光电传感器、漫反射光电传感器、嵌入式控制系统、单元控制琴柜与19寸液晶触摸显示器组成。
9.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述液压打标单元(9)由铝合金支架、液压冲压手动调整装置、液压泵站、液压缸与液压管路元件组成，控制借用输送线plc与总控通讯控制。
10.根据权利要求1所述的一种工业型柔性制造生产线系统，其特征是：所述检测与条码扫描分拣单元(10)由材质检测传感器装置(16)、孔深检测传感器装置(18)、条码打印机、条码扫描仪(10)组成，条码与CCD单元共用PC控制，其余与输送线系统共用PLC控制。
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