CN111003492B - 一种铜板材加工流水线的自动上料系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流水线的自动上料系统，特别是一种铜板材加工流水线的自动上料系统，包括送料装置、上料装置以及导向装置，其中，通过控制吸盘机械手吸取升降平台上的铜板材，接着吸盘机械手上的铜板材经一对挡板的敞口端进入该对挡板中间，吸盘机械手再将铜板材放到辊式输送机的辊面上。本发明解决了“提升铜板材加工流水线的生产效率”的技术问题，具备上料效率高，省时省力，降低人工成本，提升铜板材加工流水线的自动化程度等显著的优点。

Description

一种铜板材加工流水线的自动上料系统

技术领域

本发明涉及一种流水线的自动上料系统，特别是一种铜板材加工流水线的自动上料系统。

背景技术

流水线，英文是Assembly line，是一种工业上的生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工作。

目前，铜板材加工流水线均采用人工上料，费时费力，且生产效率相对低下。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种能够提升铜板材加工流水线上料效率的自动上料系统。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种铜板材加工流水线的自动上料系统，其包括：

一个以上的送料装置，其包括：

一个送料小车；一个用以承载铜板材的交叉臂式升降平台，其安装至送料小车的车体部上；以及，一个驱动升降平台的伺服控制系统，其用以控制升降平台上最顶部的铜板材始终处于吸盘机械手夹持工位；

一个导向装置，其包括：

一个辊式输送机，其辊面高出输送机的顶面；

对称分布的一对挡板，其位于辊式输送机的辊轴向的两侧；所述挡板上设有平行于辊轴向的导轨，并与输送机顶面的导轨槽配合；所述挡板由第一部分与第二部分构成，一对挡板的第一部分平行分布，其第二部分则呈敞口状；

斜对称分布的一对齿条，其位于一对挡板之间，与挡板逐一对应且连接；所述齿条自其对应的挡板表面沿着辊轴向延伸；

一个齿轮轴，其安装在辊式输送机上，并可自转；一对齿条与其齿轮部啮合；在其轴部上设有在径向上向外凸起的挡条；

一对配重，其与挡板逐一对应，并均通过牵引组件与其对应的挡板连接；一对配重始终趋向于保持在同一高度，且一对配重的高度值与一对挡板之间的间距值呈反比；

以及，一个由活动部与固定部组成的锁止器，其固定部安装至辊式输送机上，其活动部则仅在锁止状态下落在前述挡条的旋转轨迹上；且活动部与挡条接触时，一对挡板的第一部分之间的间距值等于辊式输送机上被输送铜板材在辊轴向上的边长值；

以及，一个上料装置，其包括：

一个机架；一个直线轨道，其安装至机架上；一个夹持铜板材的吸盘机械手，其沿着直线轨道往复的移动，且在空间竖直方向上亦能够升降；以及，一个链传动机构，其驱动吸盘机械手沿直线轨道往复的移动。本发明设计结合至铜板材加工流水线上，去代替传统人工上料，能够提升铜板材加工流水线的生产效率。优选的，上述交叉臂式升降平台的结构，其包括：

一个负载平台，该负载平台位于送料小车的车体部上方；

一对交叉臂，其位于送料小车的车体部与负载平台之间，且对称分布；该交叉臂包括第一臂与第二臂；在第一臂的一侧端部上铰接有一个第一连接块，该第一连接块的非铰接端部固定至车体部上，其另一侧的端部则与第一滚珠丝杆螺母副的第一螺母部铰接，该第一螺母部与固定在负载平台上的第一导向轨配合，并沿第一导向轨往复移动；在第二臂的一侧端部上铰接有一个第二连接块，该第二连接块的非铰接端部固定至负载平台上，其另一侧的端部则与第二滚珠丝杆螺母副的第二螺母部铰接，该第二螺母部与固定在车体部上的第二导向轨配合，并沿着第二导向轨往复移动；

所述伺服控制系统，其包括上位控制系统、伺服驱动器、伺服电机、编码器、光栅尺和数据采集卡；其中，交流伺服驱动器接收伺服电机的编码器反馈信号，实现对电机的控制；光栅尺采集负载平台位移信号量，通过数据采集卡反馈给上位控制系统；

其中，第一滚珠丝杆螺母副与第二滚珠丝杆螺母副的丝杆部与伺服电机逐一对应，且由其对应的伺服电机驱动。

与现有技术相比，本发明得到的一种铜板材加工流水线的自动上料系统，其具备上料效率高，省时省力，降低人工成本，提升铜板材加工流水线的自动化程度等显著的优点。

附图说明

图1是本实施例所提供一种自动上料系统的结构示意图；

图2是一种送料装置的结构示意图；

图3是一种上料装置的结构示意图；

图4是一种导向装置的结构示意图；

图5是图4中A处的局部放大示意图；

图6是图4中导向装置的局部结构示意图；

图7是一种伺服控制系统结构图；

图8是伺服控制系统中光栅尺信号采集原理图；

图9是伺服控制系统的软件结构流程图。

图中：送料装置1、送料小车2、车体部2-1、交叉臂式升降平台3、吸盘机械手4、导向装置5、辊式输送机6、辊面6-1、顶面6-2、挡板7、第一部分7-1、第二部分7-2、导轨8、导轨槽9、齿条10、齿轮轴11、齿轮部11-1、轴部11-2、挡条12、配重13、牵引组件14、锁止器15、活动部15-1、固定部15-2、上料装置16、机架17、直线轨道18、链传动机构19、负载平台20、交叉臂21、第一臂22、第二臂23、第一连接块24、第一滚珠丝杆螺母副25、第一螺母部25-1、第一丝杆部25-2、第一导向轨26、第二连接块27、第二滚珠丝杆螺母副28、第二螺母部28-1、第二丝杆部28-2、第二导向轨29、上位控制系统30、伺服驱动器31、伺服电机32、编码器33、光栅尺34、数据采集卡35、链条块36、第一圆弧段37、电缸38、推杆39、电机40、第一直线段41、第二圆弧段42、第二直线段43、铜板材44。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-6所示，本实施例中所提供的一种铜板材加工流水线的自动上料系统，其包括：

一个以上的送料装置1，其包括：

一个送料小车2；一个用以承载铜板材44的交叉臂式升降平台3，其安装至送料小车2的车体部2-1上；以及，一个驱动升降平台的伺服控制系统，其用以控制升降平台上最顶部的铜板材44始终处于吸盘机械手4夹持工位；

一个导向装置5，其包括：

一个辊式输送机6，其辊面6-1高出输送机的顶面6-2；

对称分布的一对挡板7，其位于辊式输送机6的辊轴向的两侧；所述挡板7上设有平行于辊轴向的导轨8，并与输送机顶面6-2的导轨槽9配合；所述挡板7由第一部分7-1与第二部分7-2构成，一对挡板7的第一部分7-1平行分布，其第二部分7-2则呈敞口状；

斜对称分布的一对齿条10，其位于一对挡板7之间，与挡板7逐一对应且连接；所述齿条10自其对应的挡板7表面沿着辊轴向延伸；

一个齿轮轴11，其安装在辊式输送机6上，并可自转；一对齿条10与其齿轮部11-1啮合；在其轴部11-2上设有在径向上向外凸起的挡条12；

一对配重13，其与挡板7逐一对应，并均通过牵引组件14与其对应的挡板7连接；一对配重13始终趋向于保持在同一高度，且一对配重13的高度值与一对挡板7之间的间距值呈反比；

以及，一个由活动部15-1与固定部15-2组成的锁止器15，其固定部15-2安装至辊式输送机6上，其活动部15-1则仅在锁止状态下落在前述挡条12的旋转轨迹上；且活动部15-1与挡条12接触时，一对挡板7的第一部分7-1之间的间距值等于辊式输送机6上被输送铜板材44在辊轴向上的边长值；

以及，一个上料装置16，其包括：

一个机架17；一个直线轨道18，其安装至机架17上；一个夹持铜板材44的吸盘机械手4，其沿着直线轨道18往复的移动，且在空间竖直方向上亦能够升降；以及，一个链传动机构19，其驱动吸盘机械手4沿直线轨道18往复的移动。

上述交叉臂式升降平台3的结构，其包括：

一个负载平台20，该负载平台20位于送料小车2的车体部2-1上方；

一对交叉臂21，其位于送料小车2的车体部2-1与负载平台20之间，且对称分布；该交叉臂21包括第一臂22与第二臂23；在第一臂22的一侧端部上铰接有一个第一连接块24，该第一连接块24的非铰接端部固定至车体部2-1上，其另一侧的端部则与第一滚珠丝杆螺母副25的第一螺母部25-1铰接，该第一螺母部25-1与固定在负载平台20上的第一导向轨26配合，并沿第一导向轨26往复移动；在第二臂23的一侧端部上铰接有一个第二连接块27，该第二连接块27的非铰接端部固定至负载平台20上，其另一侧的端部则与第二滚珠丝杆螺母副28的第二螺母部28-1铰接，该第二螺母部28-1与固定在车体部2-1上的第二导向轨29配合，并沿着第二导向轨29往复移动；

所述伺服控制系统，如图7所示，其包括上位控制系统30、伺服驱动器31、伺服电机32、编码器33、光栅尺34和数据采集卡35；其中，交流伺服驱动器31接收伺服电机32的编码器33反馈信号，实现对伺服电机32的控制；光栅尺34采集负载平台20位移信号量，通过数据采集卡35反馈给上位控制系统30；其中，第一滚珠丝杆螺母副25与第二滚珠丝杆螺母副28的第一丝杆部25-2、第二丝杆部28-2均与伺服电机32逐一对应，且由其对应的伺服电机32驱动。

上述伺服控制系统中上位控制部分包括通用PC机、ADT850运动控制卡；(2)松下MINAS A4系列交流伺服驱动器31和交流伺服电机32组成驱动部分；(3)闭环反馈部分由光栅尺34和数据采集卡35来实现。上述控制系统采用双环控制，即内环与外环。内环是保证系统的稳定性和对外干扰及参数变化的鲁棒性。外环提高系统的控制精度，使闭环系统响应和参考模型接近。

(1)内环是通过交流伺服驱动器31接收伺服电机32的编码器33反馈信号，实现对伺服电机32的控制。松下MINAS A4系列交流伺服驱动器31包含了伺服控制器与PWM功率放大器。伺服控制器以位置环控制器、速度环控制器和电流环控制器组成。伺服控制器的功能在于完成伺服系统的闭环控制，如转矩控制、速度控制和位置控制。伺服驱动器31中IPM(智能功率模块)是以IGBT为功率器件的新型模块。(PWM变频调速技术)这种功率模块是将输出功率元件IGBT和驱动电路、多种保护电路集成在同一模块内，提高了系统性能和可靠性，降低了IPM通态损耗和开关损耗，同时减小了整个系统的尺寸。

(2)外环构成是由光栅尺34采集负载平台20位移信号量，通过数据采集卡35反馈给上位控制系统30。光栅尺34采用直线增量式光栅尺34。增量测量法的光栅采用周期性的光栅刻线，位置信息是通过计算自某点开始的增量数(测量步距)获得的。如图8所示，光栅尺34的输出信号为相位角相差90°的A、B两路方波信号，信号的空间位置周期为W，最高分辨率为η＝W/4。W越小，意味着光栅尺34的分辨率越高。当系统正向运动时，A信号的上升沿及下降沿均比B信号超前1/4W；反之当系统反向运动时，A信号的上升沿及下降沿均比B信号滞后1/4W。根据采集到的运动信号方向和A信号变化的周期数用计数器进行计数，就可以测算出位移，即位移量X＝nW，n为计数值。

(3)运动控制卡负责系统的实时控制。ADT850运动控制卡是PCI总线的运动控制卡，用于控制步进电机和数字伺服电机32，进行直线、圆弧插补和样条函数等运动。ADT850运动控制卡作为步进电机的上位单元，与计算机构成主从式控制结构。计算机主要完成人机交互界面的管理、控制系统的检测和控制工作，运动控制卡接收计算机CPU发出的指令，进行运动轨迹的规划。这包括脉冲的方向和方向信号的输出、自动升降速处理、原点和限位开关等信号的检测。系统具有软件搜索参考点和软件限位功能，这样可以保证伺服电机32和滚珠丝杠副等精密部件不在系统运行中损坏。同时ADT850支持DOS、Windows95/98/NT/2000/XP等操作系统，提供底层库函数，可用VC++、VB等进行软件开发。

本系统同时采用基于PCI总线的运动控制卡和数据采集卡35，两种卡都提供底层VC库函数，为在一个软件框架下进行开发提供了便捷的途径。开发中选择在Windows系统下，利用VC++的MFC以面向对象方式进行编程。软件的开发过程主要包括三个部分，如系统结构图9所示：程序的初始化；二维轨迹设计；检测信号的误差比较。

(1)ADT850运动控制卡的初始化

ADT850运动控制卡本身提供静态库ADT850.LIB、头文件ADT850.H、WindowsNT/2000使用的文件winio.sys，动态库中的函数已在头文件ADT850.H中有声明。在程序头声明了#include“adt850.h”之后，调用库函数，确认adt850卡的安装，设置脉冲输出的模式，位置反馈的模式，限位开关的工作模式，伺服信号的使用与否，是否使用软件限位等，这些参数应根据具体的硬件平台来设置，一般只在程序初始化时设置一次，以后不应再设置。部分函数调用如下：

adt850_initial()//检测安装ADT850卡

int set_pulse_mode()//设置输出脉冲的工作方式

int get_status()//获取各轴的驱动状态

int get_inp_status()//获取插补的驱动状态

int set_range()//范围设定

int set_startv()//初始速度设定

int set_speed()//驱动速度设定

(2)KPCI-811多功能数据采集卡35的初始化

采用KPCI-811多功能数据采集卡35，在初始化中同运动控制卡一样，调用数据采集卡35库函数进行卡的初始化设置。包括创建设备对象，设置采集频率，定时计数工作模式等。部分函数调用如下：

IO_HANDLEL_KP811_LocateAndOpen()//创建设备对象

void KP811_TimerWrite()//设置AD采集频率

void KP811_ModeWrite()//设置工作模式

void KP811_ChannelWrite()//设置A/D通道号

WORD KP811_CheckSF_ReadFIFO()//软件触发A/D并读取数据

void KP811_8254_CTRL_Write()//设置8254定时计数工作模式

(3)二维轨迹程序设计

利用VC++的MFC设计基于对话框的运动控制轨迹设计。以直线插补轨迹为例，实现从原点到指定位置的直线运动。部分程序如下：

void CMyDlg::OnOrigin()

{

……

char ch1[10>,ch2[10>；

GetDlgItem(IDC_LOG_POS1)->GetWindowText(ch1,10)；

GetDlgItem(IDC_LOG_POS2)->GetWindowText(ch2,10)；

num1＝atoi(ch1)；

num2＝atoi(ch2)；

……

}

void CMyDlg::OnLine()

{

……

inp_move2(cardno,1,num1,num2)；

……

}

本实施例中一种自动上料系统结合至铜板材加工流水线上，通过控制吸盘机械手4吸取升降平台上的铜板材44，接着吸盘机械手4上的铜板材44经一对挡板7的敞口端进入该对挡板7中间，吸盘机械手4再将铜板材44放到辊式输送机6的辊面6-1上。其具体的自动上料操作如下：

工人在分拣台处将符合要求的铜板材44分拣至送料装置1上，有刮痕瑕疵的铜板材44则分拣至一边。将一摞铜板材44分拣完成后，给予送料小车2信号(如：执行按钮)，小车将铜板材44运送至上料装置16的下方。

送料装置1包含了一个可上下调整负载平台20高度的交叉臂式升降平台3，由伺服控制系统控制。若铜板材44堆叠高于设置的高度(即吸盘机械手4夹持工位)，则伺服电机32驱动平台下降；反之，则伺服电机32驱动平台上升，直至达到设定高度。并且在铜板材44被上料装置16逐一吸取的过程中，高度始终保持动态的稳定，确保每次吸盘机械手4都能够抓取成功。

上料装置16负责从送料装置1上逐一抓取铜板材44送至导向装置5。各工步详细说明如下：

(1)链条块36进入第一圆弧段37时，已带动吸盘机械手4运动至直线轨道18的端点，位于直线轨道18端点的位置传感器(图中未示出)释放信号，此信号控制电缸38推动推杆39往下止点运动。电缸38里的底部磁环(图中未示出)感应到推杆39抵达下止点后，释放信号控制吸盘机械手4开始工作，同时吸盘机械手4中设置的碰撞传感器(图中未示出)等待碰撞信号。若吸盘机械手4未能成功吸取铜板材44，则返回警报信号，拉响警报；若吸盘机械手4成功吸取铜板材44，返回碰撞信号。碰撞信号控制电缸38将推杆39移至中间位置，中部磁环(图中未示出)感应成功后，释放信号控制电机40继续转动。控制信号由PLC编程实现。

(2)链条块36进入第一直线段41，带动吸盘机械手4在导轨8上作直线运动，电缸38保持在恒定的位置，使得吸盘机械手4上的铜板材44作稳定平移。

(3)链条块36进入第二圆弧段42，同时铜板材44已平移至辊式输送机6的辊面6-1上方。此时吸盘机械手4也运动至直线轨道18的另一端点，位于轨道端点的位置传感器(图中未示出)释放信号，此信号控制电缸38推动推杆39往下止点运动。电缸38里的底部磁环(图中未示出)感应到推杆39抵达下止点后，释放信号控制吸盘机械手4释放铜板材44，然后吸盘机械手4返回至上止点。顶部磁环(图中未示出)感应成功，释放信号控制电机40继续转动。

(4)链条块36进入第二直线段43，带动吸盘机械手4在轨道上作直线运动，电缸38保持在恒定的位置，待吸盘机械手4返回至送料装置1的上方，再次吸取铜板材44。

经上料装置16，铜板材44被运送至导向装置5进行导向，保证铜板材44笔直进入铜板材加工流水线的下一道工位。

实际工作中，铜板材44进入导向装置5，将一对挡板7撑开，但在配重13作用下，受到挡板7的夹紧力，达到导向对中的效果。调节配重13的重量，可改变该夹紧力。

在导向装置5正常工作时，锁止器15处于锁止状态。一对挡板7在配重13的拉动下会互相靠近，由于齿条10与挡板7固连，所以两平行齿条10相对运动，带动齿轮轴11单向旋转。齿轮轴11的轴部11-2上设有挡条12，挡条12随轴部11-2转动，直至与锁止器15的活动部15-1相碰。显然，锁止器15锁止状态下，齿轮只能转动一周，从而限制了一对挡板7之间的活动范围，而这个范围的大小，实际上是由齿轮直径决定。

为了适应不同宽度规格的铜板材44，可将锁止器15打开，齿轮轴11上的挡条12不受限制，可方便调整一对挡板7间的最小间距，这个间距值在调节过程中一般是调整到输送机辊面6-1上被输送铜板材44在辊轴向上的边长值。

本发明设计结合至铜板材加工流水线上，去代替传统人工上料，能够提升铜板材加工流水线的生产效率。本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铜板材加工流水线的自动上料系统，其特征是包括：

一个以上的送料装置，其包括：

一个送料小车；一个用以承载铜板材的交叉臂式升降平台，其安装至送料小车的车体部上；以及，一个驱动升降平台的伺服控制系统，其用以控制升降平台上最顶部的铜板材始终处于吸盘机械手夹持工位；

一个导向装置，其包括：

一个辊式输送机，其辊面高出辊式输送机的顶面；

对称分布的一对挡板，其位于辊式输送机的辊轴向的两侧；所述挡板上设有平行于辊轴向的导轨，并与辊式输送机顶面的导轨槽配合；所述挡板由第一部分与第二部分构成，一对挡板的第一部分平行分布，其第二部分则呈敞口状；

斜对称分布的一对齿条，其位于一对挡板之间，与挡板逐一对应且连接；所述齿条自其对应的挡板表面沿着辊轴向延伸；

一个齿轮轴，其安装在辊式输送机上，并可自转；一对齿条与其齿轮部啮合；在其轴部上设有在径向上向外凸起的挡条；

一对配重，其与挡板逐一对应，并均通过牵引组件与其对应的挡板连接；一对配重始终趋向于保持在同一高度，且一对配重的高度值与一对挡板之间的间距值呈反比；

以及，一个由活动部与固定部组成的锁止器，其固定部安装至辊式输送机上，其活动部则仅在锁止状态下落在前述挡条的旋转轨迹上；且活动部与挡条接触时，一对挡板的第一部分之间的间距值等于辊式输送机上被输送铜板材在辊轴向上的边长值；

以及，一个上料装置，其包括：

一个机架；一个直线轨道，其安装至机架上；一个夹持铜板材的吸盘机械手，其沿着直线轨道往复的移动，且在空间竖直方向上亦能够升降；以及，一个链传动机构，其驱动吸盘机械手沿直线轨道往复的移动。

2.根据权利要求1所述的一种铜板材加工流水线的自动上料系统，其特征是所述交叉臂式升降平台的结构，其包括：

一个负载平台，该负载平台位于送料小车的车体部上方；

一对交叉臂，其位于送料小车的车体部与负载平台之间，且对称分布；该交叉臂包括第一臂与第二臂；在第一臂的一侧端部上铰接有一个第一连接块，该第一连接块的非铰接端部固定至车体部上，其另一侧的端部则与第一滚珠丝杆螺母副的第一螺母部铰接，该第一螺母部与固定在负载平台上的第一导向轨配合，并沿第一导向轨往复移动；在第二臂的一侧端部上铰接有一个第二连接块，该第二连接块的非铰接端部固定至负载平台上，其另一侧的端部则与第二滚珠丝杆螺母副的第二螺母部铰接，该第二螺母部与固定在车体部上的第二导向轨配合，并沿着第二导向轨往复移动；

所述伺服控制系统，其包括上位控制系统、交流伺服驱动器、伺服电机、编码器、光栅尺和数据采集卡；其中，交流伺服驱动器接收伺服电机的编码器反馈信号，实现对伺服电机的控制；光栅尺采集负载平台位移信号量，通过数据采集卡反馈给上位控制系统；

其中，第一滚珠丝杆螺母副与第二滚珠丝杆螺母副的丝杆部与伺服电机逐一对应，且由其对应的伺服电机驱动。

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