CN110666510A - 基于plc控制的热水器内胆底盖压机及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PLC控制的热水器内胆底盖压机及装配方法，包括机架、上料机器人、调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构、压合机构和PLC控制器；所述上料机器人用于夹取待压合底盖，所述底盖夹持旋转机构夹持所述上料机器人上料的待压合底盖，并实现待装配底盖的90度翻转，所述工件夹持机构用于可拆卸地夹持桶体，所述压合机构上安装有压合模头，实现所述待压合底盖与待压合桶体的压合；所述调型机构与底盖夹持旋转机构连接；所述PLC控制器与所述上料机器人、调型机构和底盖夹持旋转机构电连接。本发明提高了生产效率和装配精度，并能兼容不同直径、不同长度内胆底盖压入。

Description

基于PLC控制的热水器内胆底盖压机及装配方法
技术领域
本发明涉及热水器制造技术领域，更具体的说，涉及一种基于PLC控制的热水器内胆底盖压机及装配方法。
背景技术
为了满足市场需求，常见热水器有各种类型，它们的样式和尺寸都不相同。热水器的核心部件就是内胆，内胆质量的好坏从根本上决定了热水器的使用寿命的长短。在热水器生产过程中，大多数热水器内胆是搪瓷内胆，采用焊接工艺将底盖与内胆焊接在一起。在焊接工序前需要将底盖压入内胆，而压入精度是否合格，对焊接有很大的影响。
现有技术的热水器内胆底盖压机与特定尺寸的内胆底盖匹配，难以兼容不同直径，不同长度的内胆底盖，且自动化程度和装配精度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种兼容性高的基于PLC控制的热水器内胆底盖压机及装配方法，并提高了自动化程度和装配精度，用于解决现有技术存在的技术问题。
本发明提供了一种基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，包括机架、上料机器人、调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构、压合机构和PLC控制器，其特征在于：所述调型机构、底盖夹持旋转机构和压合机构均安装于所述机架上，所述上料机器人用于夹取待压合底盖，所述底盖夹持旋转机构夹持所述上料机器人上料的待压合底盖，并实现待装配底盖的90度翻转，所述工件夹持机构用于可拆卸地夹持桶体，所述压合机构上安装有压合模头，所述待压合底盖与所述桶体位于同一压合轴线上，在油缸的驱动下，实现所述待压合底盖与待压合桶体的压合；所述调型机构与底盖夹持旋转机构连接，用于产品换型时对底盖夹持旋转机构的位置进行调整；所述PLC控制器与所述上料机器人、调型机构和底盖夹持旋转机构电连接。
可选的，所述工件夹持机构为磁性吸附机构，所述磁性吸附机构电磁铁、丝杆和圆柱式直线导轨，所述电磁铁设置在丝杆的下端，并与所述圆柱式直线导轨连接，所述圆柱式直线导轨可滑动安装于机架上，所述丝杆在电机的驱动下转动，带动所述圆柱式直线导轨在机架上升降滑动，以实现电磁铁和桶体的升降。
可选的，桶体的吸附与脱离采用电磁铁通断电实现，所述工件夹持机构还包括定位装置，所述定位装置包括第一气缸和第二气缸，分别位于磁性吸附机构的两侧，第一气缸和第二气缸分别固定两个圆柱式直线导轨以实现工件的固定。
可选的，底盖夹持旋转机构包括底盖夹爪、圆盘、第三气缸和旋转架，所述圆盘设有限位槽和底盖夹爪，所述限位槽用于容置待压合底盖，所述圆盘安装在旋转架上，所述旋转架和圆盘采用第三气缸连接，通过第三气缸的伸出与缩回可以实现圆盘的90度旋转。
可选的，所述调型机构包括第一油缸、第一直线导轨、第一滑块和接近开关，所述第一直线导轨设置在机架的平台上，所述第一滑块安装在所述的第一直线导轨上，所述第一油缸与第一滑块连接，所述底盖夹持旋转机构安装于所述的第一滑块上，通过所述第一油缸驱动第一滑动以带动所述底盖夹持旋转机构运动，采用接近开关对第一油缸的缩回行程进行调整，以兼容不同尺寸的产品。
可选的，所述压合机构还包括第二油缸、第二直线导轨和第二滑块，第二滑块安装在所述第二直线导轨上，所述第二油缸与所述第二滑块连接，所述压合模头安装于所述第二滑块上，通过所述第二油缸驱动第二滑动以带动所述压合模头运动；压盖模头上与工件接触位置设有橡胶块。
可选的，所述PLC控制器与上料机器人的控制柜连接，所述PLC控制器接收输入信号并向外输出输出信号，所述输入信号为编程的控制指令，所述输出信号为调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构和压合机构的动力部件的控制信号。
本发明还提供了一种基于PLC控制的热水器内胆底盖装配方法，包括以下步骤：步骤一、通过触摸屏选型界面选择产品型号，并将指令传输给PLC控制器，所述PLC控制器控制和调节调型机构和工件夹持机构；并判断所选型号与输送线上的产品类型是否匹配；
步骤二、分别检测工件和底盖是否进入，进入后则分别进入相应的工序，所述工件为桶体；
步骤三、工件工序：检测到工件进入后，则工件夹持机构的磁性吸附机构下降，并对电磁铁充磁以吸附工件，吸附工件后所述磁性吸附机构上升至压合方向上；
底盖工序：上料机器人取料，并将待压合底盖上料于底盖夹持旋转机构上，由底盖夹持旋转机构夹紧待压合底盖，所述底盖夹持旋转机构转动90度至压合方向；
步骤四、夹持有待压合底盖的所述底盖夹持旋转机构处于压合方向，并在调型机构的驱动下，所述底盖夹持旋转机构带动底盖前进；压合机构的第二油缸带动压合模头，压合底盖和工件以实现装配。
采用本发明技术，与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明能够实现底盖的全自动装配，提高生产效率和装配精度，并能兼容不同直径、不同长度内胆底盖压入。
附图说明
图1为本发明基于PLC控制的热水器内胆底盖压机的结构示意图；
图2为圆盘的背面结构示意图；
图3为圆盘的正面结构示意图；
图4为PLC控制器的控制连接关系示意图；
图5为本发明基于PLC控制的热水器内胆底盖装配方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参考图1所示，本发明提供了一种基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，包括机架、上料机器人、调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构、压合机构和PLC控制器；所述调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构和压合机构均安装于所述机架上，所述上料机器人15用于夹取待压合底盖，所述底盖夹持旋转机构夹持所述上料机器人上料的待压合底盖，并实现待装配底盖的90度翻转，所述工件夹持机构用于可拆卸地夹持桶体，所述压合机构上安装有压合模头，所述待压合底盖与所述桶体位于同一压合轴线上，在油缸的驱动下，实现所述待压合底盖与待压合桶体的压合；所述调型机构与底盖夹持旋转机构连接，用于产品换型时对底盖夹持旋转机构的位置进行调整；所述PLC控制器与所述上料机器人、调型机构和底盖夹持旋转机构电连接。
所述工件夹持机构为磁性吸附机构，所述磁性吸附机构电磁铁10、丝杆8和圆柱式直线导轨7，所述电磁铁10设置在丝杆8的下端，并与所述圆柱式直线导轨7连接，所述圆柱式直线导轨7可滑动安装于机架上，所述丝杆8在电机的驱动下转动，带动所述圆柱式直线导轨7在机架上升降滑动，以实现电磁铁10和桶体的升降。
桶体的吸附与脱离采用电磁铁通断电实现，所述工件夹持机构还包括定位装置，所述定位装置包括第一气缸6和第二气缸9，分别位于磁性吸附机构的两侧，第一气缸6和第二气缸9分别固定两个圆柱式直线导轨7以实现工件的固定。
底盖夹持旋转机构包括底盖夹爪4、圆盘5、第三气缸和旋转架3，所述圆盘5设有限位槽和底盖夹爪4，所述限位槽用于容置待压合底盖，所述圆盘5安装在旋转架3上，所述旋转架3和圆盘5采用第三气缸连接，通过第三气缸的伸出与缩回可以实现圆盘5的90度旋转。如图2、3所示，分别示意了圆盘5的背面和正面示意图，在圆盘5的背面设置了第一连接点18和第二连接点19，其中一个连接点与气缸连接，通过气缸的伸出与缩回可以实现圆盘5的90度旋转，另一个通过旋转支承轴连接在旋转架3上。在圆盘5的正面设置了底盖夹爪4，在多个底盖夹爪4均设有限位槽20，将所述底盖置于所述限位槽20内，驱动底盖夹爪4夹紧。
所述调型机构包括第一油缸1、第一直线导轨17、第一滑块和接近开关，所述第一直线导轨17设置在机架的平台上，所述第一滑块安装在所述的第一直线导轨17上，所述第一油缸1与第一滑块连接，所述底盖夹持旋转机构安装于所述的第一滑块上，通过所述第一油缸1驱动第一滑动以带动所述底盖夹持旋转机构运动，采用接近开关对第一油缸的缩回行程进行调整，以兼容不同尺寸的产品。
所述压合机构还包括第二油缸13、第二直线导轨14和第二滑块，第二滑块安装在所述第二直线导轨14上，所述第二油缸13与所述第二滑块连接，所述压合模头安装于所述第二滑块上，通过所述第二油缸13驱动第二滑动以带动所述压合模头运动；压盖模头上与工件接触位置设有橡胶块11，用于防止划伤，同时可以弥补工件高度偏差。
PLC的控制系统设计。整个控制系统选用西门子S7-1500系列可编程控制器作为整个控制系统的控制核心，主要由西门子KTP1200触摸屏、西门子V90伺服驱动器、EMI滤波器、直流电源、数字量输入输出模块以及各种传感器信号组成。将各种传感器信号和所需的机器人输出信号与PLC的输入端相连接。PLC的输出端与要控制的元件或机器人的外部I/O板中的输入端相连。在此基础上，开发自动模式下程序设计、手动模式下程序设计、报警程序设计、伺服程序设计、初始化程序设计和产品型号判断程序设计。1、自动模式下程序设计：主要采用步序控制，根据控制流程依次完成每个动作。2、手动模式下设计：以触摸屏界面设计中设置的各个动作的操作按钮为输入点，点击按钮完成相应动作。3、报警程序设计：为每个动作输出设定限制值，当超过设定值时对报警信息进行编码并显示到触摸屏的报警界面中。4、伺服程序设计：主要定义磁性吸附机构伺服电机的起始位置、取料位置、放料位置和压合位置。5、初始化程序设计：主要用于设备启动时各个机构原点位置检测及进行回原点操作。6、产品型号判断程序设计：采用PLC中4位输出点代表4位BCD码用于产品型号编码以及产品型号判断，根据读取触摸屏中的产品型号信息，自动判断产品型号并将判断结果发送给机器人。
机器人控制系统设计，在机器人控制柜中将机器人上的传感器信号和所需的PLC输出信号与输入端相连接。机器人控制柜的输出端与要控制的元件或PLC的输入端相连。然后在示教器中配置输入输出参数，开发机器人的初始化程序、主程序、例行程序和中断报警程序。主程序包括对产品型号进行判断并调用不同的例行程序，实现自动换型功能；初始化程序主要对速度、加速度及进行复位操作；中断报警程序用于实现机器人异常报警功能，当在机器人自动运行时出现异常时机器人会立刻停止运动；例行程序用于定义运动轨迹、取料位置、放料位置以及接收发送信号等具体指令。
参考图4，整个控制系统选用西门子S7-1500系列可编程控制器作为整个控制系统的控制核心，将各种传感器信号和所需的机器人输出信号与PLC的输入端相连接。PLC的输出端与要控制的元件或机器人的外部I/O板中的输入端相连。PLC可以读取触摸屏中的信息，也可将信号传给伺服驱动器，控制伺服电机输出端的执行机构。其中，PLC、触摸屏和伺服控制系统之间可采用PROFINET工业以太网进行通信，PLC与机器人之间通过接线方式实现数据交换。
参考图5，可以确定热水器底盖压机工作时动作顺序依次为：在触摸屏选型界面选择产品型号、上料机器人取料、上料机器人放料、底盖夹爪夹紧、底盖夹持机构旋转到压合位置、磁性吸附机构下降取料、磁铁充磁、磁性吸附机构去压合位置、底盖夹持机构前进、压合机构压合、底盖夹爪松开、压合机构压合后退、底盖夹持机构后退、磁性吸附机构去放料位置、磁铁退磁、磁性吸附机构上升、底盖夹持机构旋转到底盖上料位置、工件离开。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，包括机架、上料机器人、调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构、压合机构和PLC控制器，其特征在于：所述调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构和压合机构均安装于所述机架上，所述上料机器人用于夹取待压合底盖，所述底盖夹持旋转机构夹持所述上料机器人上料的待压合底盖，并实现待装配底盖的90度翻转，所述工件夹持机构用于可拆卸地夹持桶体，所述压合机构上安装有压合模头，所述待压合底盖与所述桶体位于同一压合轴线上，在油缸的驱动下，实现所述待压合底盖与待压合桶体的压合；所述调型机构与底盖夹持旋转机构连接，用于产品换型时对底盖夹持旋转机构的位置进行调整；所述PLC控制器与所述上料机器人、调型机构和底盖夹持旋转机构电连接。
2.根据权利要求1所述的基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，其特征在于：所述工件夹持机构为磁性吸附机构，所述磁性吸附机构电磁铁(10)、丝杆(8)和圆柱式直线导轨(7)，所述电磁铁(10)设置在丝杆(8)的下端，并与所述圆柱式直线导轨(7)连接，所述圆柱式直线导轨(7)可滑动安装于机架上，所述丝杆(8)在电机的驱动下转动，带动所述圆柱式直线导轨(7)在机架上升降滑动，以实现电磁铁(10)和桶体的升降。
3.根据权利要求2所述的基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，其特征在于：桶体的吸附与脱离采用电磁铁通断电实现，所述工件夹持机构还包括定位装置，所述定位装置包括第一气缸(6)和第二气缸(9)，分别位于磁性吸附机构的两侧，第一气缸(6)和第二气缸(9)分别固定两个圆柱式直线导轨(7)以实现工件的固定。
4.根据权利要求1或3所述的基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，其特征在于：底盖夹持旋转机构包括底盖夹爪(4)、圆盘(5)、第三气缸和旋转架(3)，所述圆盘(5)设有限位槽和底盖夹爪(4)，所述限位槽用于容置待压合底盖，所述圆盘(5)安装在旋转架(3)上，所述旋转架(3)和圆盘(5)采用第三气缸连接，通过第三气缸的伸出与缩回可以实现圆盘(5)的90度旋转。
5.根据权利要求3所述的基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，其特征在于：所述调型机构包括第一油缸(1)、第一直线导轨(17)、第一滑块和接近开关，所述第一直线导轨(17)设置在机架的平台上，所述第一滑块安装在所述的第一直线导轨(17)上，所述第一油缸(1)与第一滑块连接，所述底盖夹持旋转机构安装于所述的第一滑块上，通过所述第一油缸(1)驱动第一滑动以带动所述底盖夹持旋转机构运动，采用接近开关对第一油缸的缩回行程进行调整，以兼容不同尺寸的产品。
6.根据权利要求3所述的基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，其特征在于：所述压合机构还包括第二油缸(13)、第二直线导轨(14)和第二滑块，第二滑块安装在所述第二直线导轨(14)上，所述第二油缸(13)与所述第二滑块连接，所述压合模头安装于所述第二滑块上，通过所述第二油缸(13)驱动第二滑动以带动所述压合模头运动；压盖模头上与工件接触位置设有橡胶块(11)。
7.根据权利要求6所述的基于PLC控制的热水器内胆底盖压机，其特征在于：所述PLC控制器与上料机器人的控制柜连接，所述PLC控制器接收输入信号并向外输出输出信号，所述输入信号为编程的控制指令，所述输出信号为调型机构、底盖夹持旋转机构、工件夹持机构和压合机构的动力部件的控制信号。
8.一种基于PLC控制的热水器内胆底盖装配方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、通过触摸屏选型界面选择产品型号，并将指令传输给PLC控制器，所述PLC控制器控制和调节调型机构和工件夹持机构；并判断所选型号与输送线上的产品类型是否匹配；
步骤二、分别检测工件和底盖是否进入，进入后则分别进入相应的工序，所述工件为桶体；
步骤三、工件工序：检测到工件进入后，则工件夹持机构的磁性吸附机构下降，并对电磁铁充磁以吸附工件，吸附工件后所述磁性吸附机构上升至压合方向上；
底盖工序：上料机器人取料，并将待压合底盖上料于底盖夹持旋转机构上，由底盖夹持旋转机构夹紧待压合底盖，所述底盖夹持旋转机构转动90度至压合方向；
步骤四、夹持有待压合底盖的所述底盖夹持旋转机构处于压合方向，并在调型机构的驱动下，所述底盖夹持旋转机构带动底盖前进；压合机构的第二油缸带动压合模头，压合底盖和工件以实现装配。
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