CN104942178B - 冲压线全零件线末自动装箱系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲压线全零件线末自动装箱系统及方法，包括：机器人系统分别设置在伺服同步皮带系统两端，视觉系统与PLC控制器连接，机器人系统与机器人控制器连接，PLC控制器与机器人控制器连接，料筐与料筐更换系统连接；零件通过伺服同步皮带系统进行运输，视觉系统获取零件位置图像信息并判断零件位置偏差，PLC控制器将位置偏差信息传送给机器人控制器，机器人控制器控制机器人对零件进行抓取，并根据零件形状放入相应的料筐。本发明有益效果：本发明通过图像获取装置确定零件位置偏差信息，机器人根据此位置偏差信息自动调整抓取零件的位置，实现对每件零件的精确定位。

Description

冲压线全零件线末自动装箱系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化生产技术领域，尤其涉及一种冲压线全零件线末自动装箱系统及方法。

背景技术

现在汽车冲压线大部分都已安装机器人/机械手代替人工生产形成冲压自动化生产线，大大提高生产效率及减少了人工成本，但是现在的冲压自动化生产线线末零件出料后仍为人工码垛装箱或者只是实现了侧围等大型零件的自动化装箱，这种方法极大地阻碍了生产线的生产效率，并且需要耗费大量的人力物力，容易造成安全隐患。

中国专利CN201410315136.1公开了一种冲压结构件的自动化流水线结构，物料由生产机构生产，并通过传送机构传递至线尾下料机构，线尾下料机构包括控制装置、下料机器人和料垛转运架，控制装置与下料机器人相连，控制装置控制下料机器人将传送机构传递至的物料拾取并放入料垛转运架中。该技术能够实现物料的自动装箱，但是，并未考虑零件出料后在输送过程中与输送皮带机产生的位置偏差以及线末零件出料后，由于人工质检导致的零件位置的随机性问题；同时，该方案只能针对形状大小固定的零件进行自动化的装箱，当零件结构有所改变时，需要更换相应的转运架，不能够实现针对不同形状大小的零件的自动装箱。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种冲压线全零件线末自动装箱系统及方法，该系统及方法充分考虑线末零件位置以及零件大小的不确定性，实现了线末零件的自动装箱。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种冲压线全零件线末自动装箱系统，包括：伺服同步皮带系统、视觉系统、PLC控制器、机器人系统、机器人控制器、料筐以及料筐更换系统；

所述机器人系统分别设置在伺服同步皮带系统两端，视觉系统与PLC控制器连接，机器人系统与机器人控制器连接，PLC控制器与机器人控制器连接，料筐与料筐更换系统连接；

零件通过伺服同步皮带系统进行运输，视觉系统获取零件位置图像信息并判断零件位置偏差，PLC控制器将位置偏差信息传送给机器人控制器，机器人控制器控制机器人对零件进行抓取，并根据零件形状放入相应的料筐。

所述伺服同步皮带系统包括：伺服驱动器、伺服同步皮带和位置调整机构；

所述伺服驱动器驱动伺服同步皮带运动，位置调整机构调整伺服同步皮带的位置；

所述位置调整机构包括：固定底座、导轨和丝杠；所述导轨与伺服同步皮带连接，所述丝杠通过丝杠螺母与伺服同步皮带连接，用于调整伺服同步皮带之间的间距，导轨和丝杠分别固定在固定底座上。

所述视觉系统包括：图像获取装置以及视觉辅助灯光系统；

所述图像获取装置与PLC控制器连接，所述图像获取装置和视觉辅助灯光系统均设置在伺服同步皮带上方的安装支架上。

所述机器人系统包括：机器人、底座、机器人端拾器、真空发生器和减压阀；

机器人通过底座固定在伺服同步皮带系统两侧，机器人与机器人端拾器连接，减压阀与真空发生器连接，为机器人端拾器提供真空气压使得机器人端拾器吸附零件。

所述机器人端拾器包括：端拾器支杆、支杆固定盘、手动快换接头、气动快换接头、吸盘和气管；

所述端拾器支杆通过手动快换接头固定在支杆固定盘上，所述支杆固定盘通过气动快换接头与机器人连接；在每一条端拾器支杆上分别设置若干吸盘，所述吸盘通过气管与气动快换接头连接。

所述料筐上分别设有用于放置有孔零件的水平支杆或者用于支撑无孔零件、防止零件变形的自动置复位支撑机构。

所述自动置复位支撑机构包括：分别设置在料筐内部左右两侧的安装立柱，在所述左右两侧的安装立柱上分别相对设置若干对置复位支撑，所述置复位支撑能够在安装立柱上转动以便支撑零件；零件放置在相对设置的一对置复位支撑上，当放入一件零件后，下一件零件的置复位支撑自动到位以便下一件零件的放入。

一种冲压线全零件线末自动装箱系统的工作方法，包括以下步骤：

(1)对零件进行质检，根据质检结果将零件分为合格零件和不合格零件，质检后的零件分别进入伺服同步皮带进行传输；

(2)获取零件图像，判断图像是否获取成功；如果图像获取成功，根据图像信息判断零件位置信息，将零件位置信息与预先设定的零件位置信息进行比较，得出零件位置偏差信息，进入下一步；

如果图像获取不成功，则零件进入回收区；

(3)零件进入机器人抓取工位，机器人对零件进行抓取；

(4)判断抓取到的零件形状，根据抓取到的零件形状，放入相应的料筐中；如果当前料筐已满，则等待更换料筐后，再将零件放入料筐中。

所述步骤(1)中使用四条窄伺服同步皮带对零件进行运输，每条伺服同步皮带能够根据不同零件的形状特征调整位置。

所述步骤(4)中对于有孔的零件，放入带有用于悬挂零件的水平支杆的料筐中；

对于无孔的零件，放入带有自动置复位支撑机构的料筐中，当放入一件零件后，下一件零件的支撑自动到位以便下一件零件的放入。

本发明的有益效果是：

本发明通过图像获取装置确定零件位置偏差信息，机器人根据此位置偏差信息自动调整抓取零件的位置，实现对每件零件的精确定位。

本发明同步皮带保证零件在皮带机上不打滑，实现零件与皮带机同步运行，还保证了皮带与同步轮不打滑，皮带走过的距离即伺服电机输出的距离。

本发明能够根据试教时的数据在更换不同零件时对伺服同步皮带进行位置调整以适应各种零件需求。

本发明针对有孔零件和无孔零件，分别设置了不同的料筐，实现了零件自动整齐有序排放。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明伺服同步皮带位置调整机构结构示意图；

图3为本发明机器人端拾器结构示意图；

图4(a)为本发明手动快换接头母头部分结构示意图；

图4(b)为本发明手动快换接头公头部分结构示意图；

图5(a)为本发明自动置复位支撑机构初始位置结构示意图；

图5(b)为本发明自动置复位支撑机构放置零件后结构示意图；

其中，1.伺服同步皮带，2.安装支架，3.辅助灯光系统，4.智能相机，5.位置调整机构，6.机器人系统，7.料筐，8.安全防护系统，9. AGV小车，10. AGV小车轨道，11.回收区，12.导轨，13.丝杠，14.丝杠螺母，15.固定底座，16.启动快换接头，17.支杆固定盘，18.手动快换接头，19.支杆，20.吸盘，21.气管，22.母头部分，23.手柄，24.手动压紧装置，25.压紧弹簧，26.公头部分，27.凹槽，28.安装立柱，29.置复位支撑，30.无孔的零件。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

应当理解，本发明实施例中涉及到的伺服同步皮带1、视觉系统、机器人以及料筐7的数量只是本实施例给出的一种具体实施方式，本领域技术人员根据实际需要有能力对各组成部分的数量进行自行设定，并且有能力根据相应的数量调整系统各组成部分的相对位置。

一种冲压线全零件线末自动装箱系统，如图1所示，包括：伺服同步皮带系统、视觉系统、PLC控制器、机器人系统6、机器人控制器、料筐7、料筐更换系统及安全防护系统8；

所述机器人系统6分别设置在伺服同步皮带系统两端，视觉系统与PLC控制器连接，机器人系统6与机器人控制器连接，PLC控制器与机器人控制器连接，料筐7与料筐更换系统连接；

零件通过伺服同步皮带系统进行运输，视觉系统获取零件位置图像信息并判断零件位置偏差，PLC控制器将位置偏差信息传送给机器人控制器，机器人控制器控制机器人对零件进行抓取，并根据零件形状放入相应的料筐7。

对系统各部分功能作用描述如下：

A、伺服同步皮带系统，由4条伺服同步皮带1及其位置调整机构5组成。通过位置调整机构5调整4条伺服同步皮带1的位置以适应各种零件的需求并将线末出料的零件精确输送到每台机器人抓料工位位置。每一条伺服同步皮带1均通过伺服驱动器驱动。

位置调整机构5包括：固定底座15、导轨12和丝杠13；导轨12与伺服同步皮带1连接，用于支撑伺服同步皮带1及在调整伺服同步皮带1位置时起导向作用，丝杠13通过丝杠螺母14与伺服同步皮带1连接，用于调整伺服同步皮带1之间的间距，导轨12和丝杠13分别固定在固定底座15上。

B、视觉系统，由一套视觉获取装置及以12套视觉辅助灯光系统3组成。

视觉系统包括：图像获取装置以及视觉辅助灯光系统3；图像获取装置与PLC控制器连接，图像获取装置和视觉辅助灯光系统3均设置在伺服同步皮带1上方的安装支架2上。

视觉获取装置的主要功能是，零件在伺服同步皮带1上输送时对零件进行拍照，并与调试时给出的一个标准零件位置对比计算得出当前零件的偏差位置，并将位置偏差信息传送给PLC控制器，PLC控制器将位置偏差信息传送给机器人控制器；视觉辅助灯光系统3主要功能是，辅助视觉获取装置适应各种天气光线不同，满足视觉获取装置拍照曝光时的需求。

本实施例视觉获取装置选用COGNEX智能相机4，辅助视觉获取装置选用PHILIPS视觉辅助灯光。

C、机器人系统6，包括4套冲压搬运专用机器人，每套机器人分别固定在相应的底座上。冲压搬运专用机器人主要功能是，通过COGNEX智能相机4提供的位置信息对当前零件精确定位后，将伺服同步皮带1输送过来的零件搬运至料筐7中。安装底座的主要功能是牢固稳定的固定冲压搬运专用机器人。

机器人系统6还包括机器人端拾器，机器人端拾器通过真空系统提供真空气压来吸附零件，每套机器人端拾器主要由4根端拾器支杆19、手动快换接头18、若干吸盘20及气管21组成。端拾器支杆19通过手动快换接头18固定在支杆固定盘17上，支杆固定盘17通过气动快换接头16与机器人连接；在每一条端拾器支杆19上分别设置若干吸盘20，吸盘20通过气管21与气动快换接头16连接，主要功能是根据各种零件外形调整吸盘20位置，由真空系统提供动力吸取零件以便机器人搬运。

手动快换接头18结构如图4(a)和图4(b)所示，包括：母头和公头两部分，母头部分22通过螺栓固定在支杆固定盘17上，母头中间部分设有插入公头的孔，靠近孔的位置设置手动压紧装置24，手动压紧装置24上设有手柄23和压紧弹簧25，通过手柄23按压弹簧实现母头与公头的固定和分离；在公头部分26设有与手动压紧装置24相匹配的凹槽27。

使用时，通过手柄23按压压紧弹簧25，将手动压紧装置24按下，使得手动压紧装置24与孔分离，插入公头后，松开弹簧，手动压紧装置24卡入公头上设置的凹槽27里，以此固定公头，使得公头与母头固定连接；需要分离时，通过手柄23按压压紧弹簧25，将手动压紧装置24按下，拔出公头。

每套真空系统由两台SCHMALZ真空发生器及若干气管21、气管21接头组成，真空系统通过气路系统提供动力，气路系统由SMC过滤减压阀和若干气管21组成。

D、料筐7及料筐更换系统，料筐7增加了水平支杆或者机械式自动置复位支撑机构满足机器人装箱的需要。针对有孔零件采取了悬挂式存放，即在料筐7中增加一条或多条水平支杆，用于悬挂零件的孔处或下凹处实现零件的悬挂；针对无孔或平放板料制作了机械式自动置复位支撑29，当放入一件零件后下一件零件的支撑自动到位以便下件零件的放入。

自动置复位支撑机构如图5所示，包括：分别设置在料筐7内部左右两侧的安装立柱28，在所述左右两侧的安装立柱28上分别相对设置若干对置复位支撑29，所述置复位支撑29能够在安装立柱28上转动以便支撑零件；零件放置在相对设置的一对置复位支撑29上，当放入一件零件后，下一件零件的置复位支撑29自动到位以便下一件零件的放入。

每套料筐更换系统采用AGV小车9进行更换，AGV小车9沿其运行轨道运行，AGV小车轨道10贯穿于满料筐7区和空料筐7区之间。

E、PLC控制器的作用是接收图像获取装置的图像位置信息，并将图像位置信息与调试时给出的一个标准零件位置信息进行比较，得到零件的位置偏差信息，并将所得位置偏差信息传送至机器人控制器。位置信息是零件在皮带机平面上的位置坐标信息。包括X方向、Y方向及绕Z方向的旋转角度。

机器人控制器的作用是根据接收到的零件位置偏差信息，控制机器人准确移动至零件位置，并对零件进行抓取和存放。

另外，冲压线全零件线末自动装箱系统还包括：若干远程IO分站、PROFACE触摸屏等，以实现对自动装箱系统的远程控制。

本发明冲压线全零件线末自动装箱系统的工作过程具体如下：

(1)对零件进行质检，质检后的零件进入伺服同步皮带1进行传输；质检是质检零件是否为合格件，合格件放入OK料筐7中，不合格件放入NG料筐7中。

使用四条窄伺服同步皮带1对零件进行运输，每条伺服同步皮带1能够根据不同零件的形状特征调整位置。

(2)获取零件图像，判断图像是否获取成功；如果图像获取成功，根据图像信息判断零件位置信息，将零件位置信息与调试时给出的一个标准零件位置信息进行比较，得出零件位置偏差信息；

如果图像获取不成功，则零件进入回收区11；

(3)零件进入机器人抓取工位，机器人对零件进行抓取，并判断抓取到的零件是否为有孔零件；

对于有孔的零件，放入带有用于悬挂零件的水平支杆的料筐7中；

对于无孔的零件30，放入带有自动置复位支撑机构的料筐7中，当放入一件零件后，下一件零件的支撑自动到位以便下一件零件的放入。

(4)如果当前料筐7已满，则等待更换料筐7后，再将零件放入料筐7中。

线末零件出料后，由于需要人工质检检验零件是否合格，因此出料后的零件可能会被人工随意动过并位置有随机性。本发明使用智能相机4对每件零件拍照，再与试教时的零件位置做比较得出每件零件的位置偏差信息，把得出的位置偏差信息传送给PLC控制器，PLC控制器将信息传送给机器人控制器，机器人控制器根据此位置偏差信息自动调整零件抓取的位置，实现对每件零件的精确定位。

零件出料后在输送过程中会与输送皮带机产生位置偏差，导致视觉拍照后的位置偏差信息与实际位置偏差不一致，机器人无法准确抓取零件。本发明使用伺服同步皮带1，伺服保证在视觉拍照后零件在皮带机上输送的精确距离，同步皮带保证零件在皮带机上不打滑零件与皮带机同步运行，还保证了皮带与同步轮不打滑皮带走过的距离即伺服电机输出的距离。

不同零件有大有小有高有低形状不定，本发明中使用四条窄伺服同步皮带1，每条伺服同步皮带1可根据不同零件的形状特征调整位置，根据调试时给出的一个标准零件位置信息的数据在更换不同零件时对四条伺服同步皮带1进行位置调整以适应各种零件需求。

不同零件形状不同，无法使用同一种料筐7存放，本发明中针对有孔零件采取了悬挂式存放，即在料筐7中增加一条或多条水平支杆，用于悬挂零件的孔处或下凹处实现零件的悬挂；针对无孔或平放板料制作了机械式自动置复位支撑29，当放入一件零件后下一件零件的支撑自动到位以便下件零件的放入。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种冲压线全零件线末自动装箱系统，其特征是，包括：伺服同步皮带系统、视觉系统、PLC控制器、机器人系统、机器人控制器、料筐以及料筐更换系统；

零件通过所述伺服同步皮带系统进行运输；所述伺服同步皮带系统包括：伺服驱动器、伺服同步皮带和位置调整机构；所述伺服驱动器驱动伺服同步皮带运动，位置调整机构调整伺服同步皮带的位置；所述位置调整机构包括：固定底座、导轨和丝杠；所述导轨与伺服同步皮带连接，所述丝杠通过丝杠螺母与伺服同步皮带连接，用于调整伺服同步皮带之间的间距，导轨和丝杠分别固定在固定底座上；

所述伺服同步皮带，可根据不同零件的形状特征调整位置，根据调试时给出的一个标准零件位置信息的数据在更换不同零件时对伺服同步皮带进行位置调整以适应各种零件需求；

所述视觉系统包括：图像获取装置、视觉辅助灯光系统；所述图像获取装置与PLC控制器连接，所述图像获取装置和视觉辅助灯光系统均设置在伺服同步皮带上方的安装支架上；

所述图像获取装置，对零件在所述伺服同步皮带上输送时进行拍照，并与调试时给出的一个标准零件位置对比计算得出每件零件的偏差位置，同时将位置偏差信息传送给所述PLC控制器，所述PLC控制器将位置偏差信息传送给机器人控制器；机器人控制器控制机器人准确移动至零件位置对零件进行抓取，并根据零件形状放入相应的料筐；

所述辅助灯光系统，辅助所述图像获取装置适应各种天气光线，满足所述图像获取装置拍照曝光时的需要；

所述机器人系统分别设置在伺服同步皮带系统两端，视觉系统与PLC控制器连接，机器人系统与机器人控制器连接，PLC控制器与机器人控制器连接，料筐与料筐更换系统连接；

所述机器人系统包括：机器人、底座、机器人端拾器、真空发生器和减压阀；机器人通过底座固定在伺服同步皮带系统两侧，机器人与机器人端拾器连接，减压阀与真空发生器连接，为机器人端拾器提供真空气压使得机器人端拾器吸附零件；

所述机器人端拾器包括：端拾器支杆、支杆固定盘、手动快换接头、气动快换接头、吸盘和气管；所述端拾器支杆通过手动快换接头固定在支杆固定盘上，所述支杆固定盘通过气动快换接头与机器人连接；在每一条端拾器支杆上分别设置若干吸盘，所述吸盘通过气管与气动快换接头连接；

所述料筐分别设有用于放置有孔零件的水平支杆；用于支撑无孔零件、防止零件变形的自动置复位支撑机构。

2.如权利要求1所述的一种冲压线全零件线末自动装箱系统，其特征是，所述自动置复位支撑机构包括：分别设置在料筐内部左右两侧的安装立柱，在所述左右两侧的安装立柱上分别相对设置若干对置复位支撑，所述置复位支撑能够在安装立柱上转动以便支撑零件；零件放置在相对设置的一对置复位支撑上，当放入一件零件后，下一件零件的置复位支撑自动到位以便下一件零件的放入。

3.一种如权利要求1所述的冲压线全零件线末自动装箱系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）对零件进行质检，根据质检结果将零件分为合格零件和不合格零件，质检后的零件分别进入4个伺服同步皮带进行传输，所述伺服同步皮带根据不同零件的形状特征调整位置；根据调试时给出的一个标准零件位置信息的数据在更换不同零件时对4条伺服同步皮带进行位置调整以适应各种零件需求；

（2）获取零件图像，判断图像是否获取成功；如果图像获取成功，根据图像信息判断零件位置信息，将零件位置信息与预先设定的零件位置信息进行比较，得出零件位置偏差信息，进入下一步；所述位置信息是零件在皮带机平面上的位置坐标信息，包括X方向、Y方向及绕Z方向的旋转角度；

如果图像获取不成功，则零件进入回收区；

（3）零件进入机器人抓取工位，机器人控制器根据接收到的零件位置偏差信息，控制机器人准确移动至零件位置，并对零件进行抓取和存放；

（4）判断抓取到的零件形状，根据抓取到的零件形状，放入相应的料筐中；如果当前料筐已满，则等待更换料筐后，再将零件放入料筐中。