CN107891257A - 一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，包括：零件装配点和零件输送设备；还包括：零件识别模块，设于零件装配点处和零件输送设备上，用于识别零件的种类和数量；图像匹配模块，设于零件装配点，用于检测零件的装配结果是否正确。与现有技术相比，本发明通过零件识别模块识别零件的种类，从而实现智能工业中的识别任务，同时通过图像匹配模块实现装配的校验，提高整个装配的智能化程度。

Description

一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统

技术领域

本发明涉及一种智能装配系统，尤其是涉及一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统。

背景技术

目前大部分企业采用手工装配，根据对应的产品装配指导书进行分步装配。以某种电磁阀为例，其人工装配流程包含：

一、预装配步骤：

1)将阀体摆放在预装配台上，平整安装好R型圈。

2)按照装配说明将阀芯装入阀体中，要求用力均匀平滑地装入，阀芯的运动应无卡滞现象。

3)在阀体表面安装好标牌并敲上装配者的钢印。

4)输送至最终装配。

二、最终装配步骤：

1)将已装配好阀芯的阀体放上装配夹具并将夹具旋转90度，在有线圈的一面按照装配说明依次放入垫片(垫片有圆弧倒角的一面朝上且放平,即光面朝上)，弹簧，芯管(芯管必须手动旋入阀体挤压螺纹再用气动工具旋紧)，线圈(检查线圈型号，电压值是否对应)，O型圈，螺母，并用相应的气动工具拧紧。

2)将夹具旋转180度，在有堵头的一面按照装配说明依次放入垫片(垫片有圆弧倒角的一面朝上且放平,即光面朝上)，弹簧，堵头，并用相应的气动工具拧紧。

3)将夹具旋转90度，松开夹具拿下装配完的阀，输送至最终测试。

三、最终测试步骤：

1)将阀放上测试夹具，放下安全防护罩，输入测试者名字，测试阀的物料号和定单号以上信息，开始自动测试。如果测试中有问题，将问题阀放入黄盒子等待质检处理。

2)将测试通过的阀拿下测试夹具，敲上测试者的钢印，如果必要，在P口安装节流堵，接着安装底部的塑料保护盖板并逐个检查“R”型圈是否有遗失，如有遗失立即补充。最后放入小车输送至下道包装工序。

随着劳动人口的减少，这种手工生产方式必然会导致高昂的成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，包括：

零件装配点和零件输送设备；

还包括：

零件识别模块，设于零件装配点处和零件输送设备上，用于识别零件的种类和数量；

图像匹配模块，设于零件装配点，用于检测零件的装配结果是否正确。

所述零件输送设备包括用于将零件总零件的装载点送至零件装配点的传送带，以及用于装载零件的物料盒，零件置于物料盒上后，由所述传送带送至零件装配点。

所述物料盒上设有LED灯，所述装配系统还包括PLC控制模块，且该PLC控制模块与各物料盒上的LED灯连接。

所述零件识别模块包括多个射频读写器，以及设于各物料盒上的可擦写射频标签，所述射频读写器至少设置于零件装配点以及零件的装载点；

零件被装载至物料盒中时，位于零件的装载点上的射频读写器在物料盒上的可擦写射频标签中写入零件信息，待物料盒至零件装配点后，由位于零件装配点的射频读写器读取物料盒中所放置的零件信息。

所述零件信息包括零件的种类和数量。

所述装配系统还包括接收装配信息的平板电脑控制模块，该平板电脑控制模块与零件输送设备连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)通过零件识别模块识别零件的种类，从而实现智能工业中的识别任务，同时通过图像匹配模块实现装配的校验，提高整个装配的智能化程度。

2)通过物料盒作为载体运送零件，在避免零件和传送带互相损伤的问题的同时，也可以作为根据零件的特点改变形态进而提高零件的输送效率。

3)用PLC控制模块来控制物料盒上LED灯的亮灭来辅助工人拿取零件，具有较好的用户体验。

4)通过射频技术实现物品识别，实用性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明系统总体功能结构图；

图3为RFID读写器及托盘模型示意图；

图4为装配流水线布局简易示意图；

图5为阀体装配的PLC控制流程示意图；

图6为阀体装配的控制流程示意图；

其中：1、零件输送设备，2、零件识别模块，3、零件装配点，4、图像匹配模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，如图1所示，包括：

零件装配点和零件输送设备；

还包括：

零件识别模块，设于零件装配点处和零件输送设备上，用于识别零件的种类和数量；

图像匹配模块，设于零件装配点，用于检测零件的装配结果是否正确。

通过零件识别模块识别零件的种类，从而实现智能工业中的识别任务，同时通过图像匹配模块实现装配的校验，提高整个装配的智能化程度。

零件输送设备包括用于将零件总零件的装载点送至零件装配点的传送带，以及用于装载零件的物料盒，零件置于物料盒上后，由传送带送至零件装配点。

物料盒上设有LED灯，装配系统还包括PLC控制模块，且该PLC控制模块与各物料盒上的LED灯连接。

零件识别模块包括多个射频读写器，以及设于各物料盒上的可擦写射频标签，射频读写器至少设置于零件装配点以及零件的装载点；零件被装载至物料盒中时，位于零件的装载点上的射频读写器在物料盒上的可擦写射频标签中写入零件信息，待物料盒至零件装配点后，由位于零件装配点的射频读写器读取物料盒中所放置的零件信息。本实施例中，射频读写器为RFID读写器，可擦写射频标签为RFID电子标签，

零件信息包括零件的种类和数量。

装配系统还包括接收装配信息的平板电脑控制模块，该平板电脑控制模块与零件输送设备连接。

用平板电脑控制模块来接受订单，并进行排产计划，通过零件识别模块来确定零件的种类和数量，并通过传送带输送到相应的物料盒，用PLC控制模块来控制物料盒上LED灯的亮灭来辅助工人拿取零件，最后通过图像匹配模块来检测装配结果的正确与否，并自行判断是否进行到下一步装配。当该流程完成后，即是通过“智能装配系统”辅助的方式完成了需要特殊定制的某一产品，同时也使整个生产装配的效率大大提高。

零件识别模块，包括RFID读写器以及电子标签，以及拥有该产品的控制模块，能够更方便快捷的进行组态，方便控制。图像匹配模块包括，是一款结构紧凑的图像处理器，主要应用于包装和质量检查领域。作为在线监测方案时，可以根据不同的产品特征在生产过程中进行控制，保证产品的质量。PLC控制模块包括，对工作台的相关硬件进行控制、与图像匹配模块和平板电脑连接，并读取相关数据。平板电脑控制模块包括，订单管理、辅助装配、状态追踪、数据统计、离线培训、用户管理，用以提高装配准确性、效率以及帮助新员工快速学习并掌握多种产品的装配等。装配产品可以是，生活用品、工业产品、工艺品及其它产品。

具体的，装配辅助系统的建立本系统需要RFID读写器对产品进行编号读取、装配时图像匹配、可编程控制器(programmable logic controller，PLC)控制和平板电脑控制，因此本系统可分为RFID读写模块、图像匹配模块、PLC控制模块和平板电脑控制模块4部分。它们之间以Ethernet/IP连接并传递信息。系统总体功能结构图如图2所示。

在装配流水线上待装配产品输入处装有一个RFID读写器，能够对待装配产品进行编号。在装配工位处也有一个RFID读写器，当托盘将产品送到此处时，RFID阅读器会读取物料盒上相应的MDT(即电子标签)，获取标签上的信息，对到达的待装配产品进行相应的处理。产品装配完毕后，工人将产品放回托盘，运输到下一个工作台进行检测。当产品完成全部流程，托盘返回起点，输送下一个带装配产品。通过输入处RFID读写器对MDT的重新编辑，可以使托盘重复利用。本系统选取的RFID及电子标签是由博世力士乐公司提供的ID40/SLK和ID40/MDT。RFID读写器及托盘模型如图3所示。

本系统购买的工业摄像头是由基恩士公司生产的IV-2000MA。在产品装配处正上方安装工业摄像头，摄像头与PLC相连，能够传递布尔量信号。当工人完成一个零件的装配，摄像头将进行图像采集，然后同图像库对比，判断装配是否正确:若正确则传递信号值1给系统，进入下一步装配；若不正确则传递信号值0给系统，提示工人重新装配。当垫片正装时，采集的图像同图像库中的设定图像相似度高于70％，工业摄像头传递信号量为1，平板电脑和PLC执行下一步操作，工人可以进行下一步装配；当垫片反装时，其相似度低于70％，工业摄像头传递信号量为0，平板电脑控制显示器提醒工人重新装配。

本系统使用的PLC是博世力士乐公司的L40型号PLC，使用Indraworks进行编程。PLC的主要功能就是对系统进行逻辑控制。

平板电脑通过无线网技术同PLC连接，控制PLC操作和显示器显示，在显示器上显示需要的信息，执行上位机功能。在装配过程中显示当前步骤的操作流程。工人装配完成后，对完成的步骤进行评价:若正确，则显示下一步的操作流程；若不正确，则提示工人重新装配。

用户能够使用平板进行订单处理，零件装配情况和进度追踪，离线培训等操作；平板能显示所有产品装配过程信息，能与数据库进行数据交换，与摄像头、PLC、拧紧枪、工作台一起协同完成辅助装配；数据库的构建，需要有订单、用户、物料盒、装配信息、产品信息、统计信息等数据表，录入相关数据；实现用户管理功能，不同级别的用户拥有不同的使用权限；将平板上的内容无线投影至大屏幕，便于展示。

下面以阀体装配生产为例的流水线简易布局

阀的生产流程为：预装配→最终装配→最终检测→包装。其中的最终装配是装配辅助系统的适用工位，预装配只是对阀体进行阀芯和标牌的安装，在最终装配处将剩余零件全部装配。装配辅助系统同样未涉及最终检测和包装。流水线布局简易示意图如图4所示，其中托盘为物料盒。

阀体装配的PLC控制流程如图5所示，最后，根据根据最终装配的步骤，阀体装配的控制流程如图6所示。

本发明设计的电磁阀装配辅助系统能够有效提高产品合格率，在装配过程中实施质量管理，真正把质量管理的重点从“事后把关”转移到“事先预防”上来，从管质量的结果变成管装配质量的因素，消除因装配而产生次品这一不良因素，符合当今的精益生产和全面质量管理的理念。该系统开发已经完成大部分的基本工作，试运行效果良好。

Claims (6)

1.一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，包括：

零件装配点和零件输送设备；

其特征在于，还包括：

零件识别模块，设于零件装配点处和零件输送设备上，用于识别零件的种类和数量；

图像匹配模块，设于零件装配点，用于检测零件的装配结果是否正确。

2.根据权利要求1所述的一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，其特征在于，所述零件输送设备包括用于将零件总零件的装载点送至零件装配点的传送带，以及用于装载零件的物料盒，零件置于物料盒上后，由所述传送带送至零件装配点。

3.根据权利要求2所述的一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，其特征在于，所述物料盒上设有LED灯，所述装配系统还包括PLC控制模块，且该PLC控制模块与各物料盒上的LED灯连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，其特征在于，所述零件识别模块包括多个射频读写器，以及设于各物料盒上的可擦写射频标签，所述射频读写器至少设置于零件装配点以及零件的装载点；

零件被装载至物料盒中时，位于零件的装载点上的射频读写器在物料盒上的可擦写射频标签中写入零件信息，待物料盒至零件装配点后，由位于零件装配点的射频读写器读取物料盒中所放置的零件信息。

5.根据权利要求4所述的一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，其特征在于，所述零件信息包括零件的种类和数量。

6.根据权利要求1～5中任一所述的一种基于工业4.0技术平台的智能装配系统，其特征在于，所述装配系统还包括接收装配信息的平板电脑控制模块，该平板电脑控制模块与零件输送设备连接。