CN107520629A - 一种加工中心机器人自动上下料控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加工中心机器人自动上下料控制系统，该系统包括自动上下料控制系统，与自动上下料控制系统通信连接的机床组，机器人组以及作业系统。本发明解决了传统方式因人工成本高，经验不足，人员不稳定等原因会导致工作效率地下，产品不良率不可控制，生产成本增加、产品质量降低的技术问题。本发明具有自动化程度高，加工工艺可柔性化、定制化实施，稳定性好、精度高、速度快、需要的人力资源较少等优点。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人电气控制技术领域，具体地涉及一种加工中心机器人自动上下料控制系统。
背景技术
以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
数控加工技术由于其加工精度高，加工速度快，产品一致性好等一系列优点，使得数控设备在近几十年得到迅速普及。数控设备的加工速度和精度一方面取决于设备本身，另一方也取决于操作人员上料的快慢和上料时人工放料位置的准确性。因为工业现场噪声污染大，刺激性液体及气体较多，对人体伤害较大，工人多不愿意从事此类重复作业，因此采用自动化设备取代人工作业已经成为业内共识。工业机器人因其具有重复精度高、移动速度快、保养维护方便、能24小时不间断作业等特点，近些在工业领域应用愈加广泛。采用工业机器人取代人工上下料作业已经成为近年热门研究领域。在整个产品生产工艺过程中，要完成从毛坯取料、毛坯上下料、加工成品上下料等动作，采用人工方式因人工成本高，经验不足，人员不稳定等原因会导致工作效率地下，产品不良率不可控制，生产成本增加、产品质量降低。
发明内容
为解决传统方式因人工成本高，经验不足，人员不稳定等原因会导致工作效率地下，产品不良率不可控制，生产成本增加、产品质量降低的技术问题，本发明提出一种加工中心机器人自动上下料控制系统。
在根据本发明的一个优选的实施例中，一种加工中心机器人自动上下料控制系统，系统包括自动上下料控制系统，与自动上下料控制系统通信连接的机床组，机器人组以及作业系统。
优选地，上述的加工中心机器人自动上下料控制系统还包括与自动上下料控制系统通信连接的人机交互系统。
优选地，上述机床组由多台安装有夹具和霍尔式位置检测传感器的机床组成，检测传感器用于实现对夹具夹紧和放松状态的检测。
优选地，上述机器人组由多台装有工件夹紧装置和霍尔开关式到位传感器的机器人组成；所述机器人组与自动上下料系统控制进行实时通信，并将动作情况反馈给自动上下料系统控制。
优选地，上述作业系统包括上料区工作台，加工区中转台，放料区中转台和放料区传送带，以及检测工件取完和人工上料是否完成，检测允许取料及放料是否完成，检测允许放料及放料是否完成的光电开关式检测传感器；所述传感器用于自动完成工件的夹紧放松动作，并把动作完成信号发送给自动上下料系统控制。
优选地，上述机床组由机床G1，机床G2，机床G3及机床G4组成。
优选地，上述机器人组由机器人R1和机器人R2组成。
优选地，上述人机交互系统为与上下料系统控制实时通信的HMI人机界面，用于完成对于整套上下料系统各部分的手动操作、自动操作、报警处理、实时信号监控。
优选地，上述自动上下料控制系统为PLC控制，通过I/O信号控制机床组的NC启动与停止；与HMI人机界面通信，将实时信号发送到HMI人机界面；并与机器人R1和机器人R2通信，实时控制机器人R1和机器人R2的动作，并对异常情况做处理；并且实时控制上料区工作台、加工中心旋转工作台、下料区中转台、以及放料区传送带。
具体优点为：
1、相对于传统的人工上动上下料作业，本发明具有自动化程度高、稳定性好、精度高、速度快、需要的人力资源极少等特点。为工厂有效节省了人力资源，降低了生产成本，提高了产品质量。
2、在传统的制造业里，生产淡季时，工厂因为订单量少，不得不降低工人工资，从而造成大量熟练工人离职，等到生产旺季来临时，又无法在短时间内招到熟练工人。相对于传统的人工上下料作业，机器人自动化上下料设备能有效避免这一弊端，淡季时，只需要设备停用封存，保留少量工人；旺季来临时，启用设备，工厂很快就能全负荷运转。综上，机器人自动化上下料设备极大的提高了工厂的竞争力。
附图说明
通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：
图1是本发明中机器人自动上下料设备整体布局图；
图2是本发明中机器人自动上下料电气控制系统原理图；
图3是本发明中机器人R1的动作流程图。
图4是本发明中机器人R2的动作流程图。
附图标记说明：自动上下料控制系统1；机床组2；机器人组3；作业系统4；人机交互系统5。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
根据本发明的所示出的实施例，
如图1-图2所示，本发明提供的一种加工中心机器人自动上下料控制系统，包括自动上下料控制系统1，与自动上下料控制系统1通信连接的机床组2，机器人组3以及作业系统4，与自动上下料控制系统1通信连接的人机交互系统5。机床组2由多台安装有夹具和检测传感器的机床组成，检测传感器用于实现对夹具夹紧和放松状态的检测。机器人组3由多台装有工件夹紧装置和霍尔开关式到位传感器的机器人组成；机器人组与自动上下料系统控制进行实时通信，并将动作情况反馈给自动上下料系统控制。作业系统包括上料区工作台，加工区中转台，放料区中转台和放料区传送带，以及检测工件取完和人工上料是否完成，检测允许取料及放料是否完成，检测允许放料及放料是否完成的传感器；传感器用于自动完成工件的夹紧放松动作，并把动作完成信号发送给自动上下料系统控制。机床组2由机床G1，机床G2，机床G3及机床G4组成。机器人组3由机器人R1和机器人R2组成。
机床G1是工序1加工机床，通过机床自带的PLC与自动上下料系统控制PLC A进行通信，接受上下料系统PLC A的启动加工信号，并把加工完成信号发送给自动上下料系统控制PLC A；机床G1夹具夹紧放松及其检测信号G1-1 安装在机床G1内部的工作台上，由上下料系统控制PLC A控制夹具夹紧放松电磁阀的动作，夹紧放松到位检测信号发送给上下料系统控制PLC A。
机床G2是工序2加工机床，通过机床自带的PLC与自动上下料系统控制 PLC A进行通信，接受上下料系统PLC A的启动加工信号，并把加工完成信号发送给自动上下料系统控制PLC A。机床G2夹具夹紧放松及其检测信号G2-1 安装在机床G2内部的工作台上，由上下料系统控制PLC A控制夹具夹紧放松电磁阀的动作，夹紧放松到位检测信号发送给上下料系统控制PLC A。
机床G3是工序3加工机床，通过机床自带的PLC与自动上下料系统控制 PLC A进行通信，接受上下料系统PLC A的启动加工信号，并把加工完成信号发送给自动上下料系统控制PLC A。机床G3夹具夹紧放松及其检测信号G3-1 安装在机床G3内部的工作台上，由上下料系统控制PLC B控制夹具夹紧放松电磁阀的动作，夹紧放松到位检测信号发送给上下料系统控制PLC A。
机床G4是工序4加工机床，通过机床自带的PLC与自动上下料系统控制 PLC A进行通信，接受上下料系统PLC A的启动加工信号，并把加工完成信号发送给自动上下料系统控制PLC A。机床G4夹具夹紧放松及其检测信号G4-1 安装在机床G4内部的工作台上，由上下料系统控制PLC A控制夹具夹紧放松电磁阀的动作，夹紧放松到位检测信号发送给上下料系统控制PLC A。
机器人R1主要工作流程是：首先从上料区旋转工作台S1取料、然后完成机床G1的取放料作业、之后完成机床G2的取放料作业，最后把工件放在加工区中转台S2上。机器人R1的末端夹具上装有三个卡爪，分别对应爪1夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R1-1、爪2夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R1-2、爪3夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R1-3几组阀和传感器。机器人R1末端夹具上的三个卡爪：爪1、爪2、爪3分别用于自动上下料自动化设备的不同工序。当机器人R1进行取放料作业时，末端夹持工具上的工件的夹紧放松状态，通过爪1夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R1-1、爪2夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R1-2、爪3夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R1-3，把信号实时发送给自动上下料系统控制PLC A，当出现卡爪夹持不到位或者工件掉落等异常情况时，控制系统发出报警信息。
机器人R2末端夹具上的三个卡爪：爪1、爪2、爪3分别用于自动上下料自动化设备的不同工序。当机器人R2进行取放料作业时，末端夹持工具上的工件的夹紧与放松状态，通过爪1夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R2-1、爪2夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R2-2、爪3夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器R2-3，把信号实时发送给自动上下料系统控制PLC A，当出现卡爪夹持不到位或者工件掉落等异常情况时，控制系统发出报警信息。
其中，自动上下料控制系统具体为自动上下料系统控制PLC(A)，是自动上下料控制系统的核心控制器，其通过I/O信号控制机床的NC启动与停止；与HMI人机界面(B)通信，将实时信号发送到HMI人机界面(B)；与机器人(R1) 通信，实时控制机器人(R1)动作，并对异常情况做处理；与机器人(R2)通信，实时控制机器人(R2)动作，并对异常情况做处理；实时控制上料区工作台(S1)、加工中心旋转工作台(S2)、下料区中转台(S3)、放料区传送带(S4)。控制系统总的控制模式有自动模式和手动模式两种：自动模式，该模式为加工中心机器人自动上下料系统的常规工作模式；手动模式，该模式是特殊情况下，由设备人员手动操作完成上下料系统的作业。
人机交互系统5具体为HMI人机界面(B)，与上下料系统控制PLC(A)实时通信，并能够完成对于整套上下料系统各部分的手动操作、自动操作、报警处理、实时信号监控。机床(G1)夹具夹紧放松及其霍尔式位置检测传感器(G1-1)，可以自动完成工件的夹紧放松动作，并把动作完成信号发送给自动上下料系统控制PLC(A)。HMI人机界面B其主要功能是：操作人员对上下料系统运行情况进行直接监控并操作；HMI人机界面B上设置有各传感器的到位信号指示，各机械动作的手动启动按钮；可以在人机界面B上对上下料系统进行启动模式和手动模式的切换；显示上下料系统工作异常时的报警信息；设置有急停按钮，能够在异常情况下迅速终止设备运行。
机器人(R1)能够与自动上下料系统控制PLC(A)进行实时通信，并将动作情况反馈给自动上下料系统控制PLC(A)；机器人末端装有工件夹紧装置，末端夹紧上的爪1、爪2、爪3夹紧放松及其霍尔开关式到位传感器(R1-1)，可以自动完成工件的夹紧放松动作，并把信号反馈给机器人；通过卡爪上的传感器，实时检测有无工件，当出现工件掉落等异常情况时，及时将异常情况发送给上下料系统控制PLC(A)。
上料区旋转工作台(S1)，由人工手动上件，上件完成后，当机器人侧无料时，上料区旋转工作台S1自动旋转到机器人R1侧，自动上料系统控制PLC A 根据工件取完信号及人工上料完成光电开关式检测S1-1信号，向机器人R1发送取料信号。可以将上料完成信号以及机器人取料完成信号实时发送自动上下料系统控制PLC(A)，并根据PLC指令作出相应的旋转动作。
加工区中转台(S2)，可以将允许取料及放料完成信号实时发送给自动上下料系统控制PLC(A)，并根据PLC指令作出旋转动作。当机器人R1取料完成后，将工件放置在S2上，机器人R2再从S2上取料，机器人R1放料和机器人R2取料由允许取料及放料完成光电开关式检测S2-1决定。
放料区中转台(S3)，可以将允许取料及放料完成信号实时发送给自动上下料系统控制PLC(A)，并根据PLC指令作出旋转动作。当机器人R2准备进行洗屑作业前，首先要更换夹持工件的卡爪，需要使用下料区中转台S3进行中间卡爪交换作业，允许取料及放料完成光电开关式检测S3-1决定机器人R2是否可以进行中转台的放料和取料作业。
放料区传送带(S4)，可以将允许放料及放料完成信号发送给自动上下料系统控制PLC(A)，并根据PLC指令完成零件输出动作。机器人R2将已经加工完成并清洗过的工件通过传送带S4输出，工人从传送带的另一侧取件。允许放料及放料完成光电开关式检测S4-1决定机器人R2是否可以放料，并把放料完成信号发送给传送带S4，传送带根据指令旋转。
参见图3所示，下面结合附图说明加工中心机器人自动上下料电气控制系统的机器人R1动作流程。
步骤1，机器人R1从上料区旋转工作台S1取料，当检测到取件掉落时，重新进入上料区旋转工作台S1取料；
步骤2，机器人R1等待允许进入机床G1取料作业信号，获得允许信号后进入机床G1进行取放料作业；
步骤3，等待允许进入机床G2信号，获得允许信号后进入机床G2进行取放料作业；
步骤4，等待允许向加工区中转台S2放料信号；最后，再次等待允许从上料区旋转工作台S1取料信号，重复以上步骤。
参见图4所示，下面结合附图说明加工中心机器人自动上下料电气控制系统的机器人R2动作流程。
步骤1，机器人R2从加工区中转台S2取料，等待允许进入机床G3信号，获得允许信号后进入机床G3进行取放料作业；
步骤2，机器人R2等待允许进入机床G4信号，获得允许信号后，进入机床G4进行取放料作业；
步骤3，机器人等待允许向放料区中转台S3放料信号，获得允许信号后，向中转台放料，待更换卡爪后，对工件进行洗屑作业；
步骤4，等待允许向放料区中转台S4放料允许信号，获得允许信号后，向传送带S4放料；最后，完成向传送带S4放料作业，再次等待允许从加工区中转台S2取料信号，重复以上步骤。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。
Claims (9)
1.一种加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述系统包括自动上下料控制系统，与自动上下料控制系统通信连接的机床组，机器人组以及作业系统。
2.根据权利要求1所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述系统还包括与自动上下料控制系统通信连接的人机交互系统。
3.根据权利要求2所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述机床组由多台安装有夹具和霍尔式位置检测传感器的机床组成，检测传感器用于实现对夹具夹紧和放松状态的检测。
4.根据权利要求3所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述机器人组由多台装有工件夹紧装置和霍尔开关式到位传感器的机器人组成；所述机器人组与自动上下料系统控制进行实时通信，并将动作情况反馈给自动上下料系统控制。
5.根据权利要求4所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述作业系统包括上料区工作台，加工区中转台，放料区中转台和放料区传送带，以及检测工件取完和人工上料是否完成，检测允许取料及放料是否完成，检测允许放料及放料是否完成的光电开关式检测传感器；所述传感器用于自动完成工件的夹紧放松动作，并把动作完成信号发送给自动上下料系统控制。
6.根据权利要求5所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述机床组由机床G1，机床G2，机床G3及机床G4组成。
7.根据权利要求6所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述机器人组由机器人R1和机器人R2组成。
8.根据权利要求7所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述人机交互系统为与上下料系统控制实时通信的HMI人机界面，用于完成对于整套上下料系统各部分的手动操作、自动操作、报警处理、实时信号监控。
9.根据权利要求8所述的加工中心机器人自动上下料控制系统，其特征在于：所述自动上下料控制系统为PLC控制，通过I/O信号控制机床组的NC启动与停止；与HMI人机界面通信，将实时信号发送到HMI人机界面；并与机器人R1和机器人R2通信，实时控制机器人R1和机器人R2的动作，并对异常情况做处理；并且实时控制上料区工作台、加工中心旋转工作台、下料区中转台、以及放料区传送带。
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