CN111673624A - 喷砂上下料的自动化线 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种喷砂上下料的自动化线，设于送料轨道组和至少一台喷砂机之间，该自动化线由取料工位、移载模组、两台以上六轴机器人构成，其中取料工位和一台前位六轴机器人并排定位装接于送料轨道组和移载模组之间；所述移载模组包括滑轨、竖向隔空相叠的顶载台和底载台，且两个载台受驱于移载驱动单元在滑轨两端的两个工位间移动换位；数量上与喷砂机匹配的后位六轴机器人定位装接于移载模组与喷砂机之间，且后位六轴机器人的端部接设有在移载模组和喷砂工位之间取放工件的取料机械手和检测喷砂对位的视觉识别单元。应用本发明的自动化线，取代人工操作，提高了喷砂作业的效率；能迅速适应生产工艺的改变，有利于快速投产。
Description
技术领域
本发明涉及自动化设备技术领域，尤其涉及一种应用于工件进行喷砂处理的自动化上下料生产线。
背景技术
喷砂机是采用压缩空气的动力，以形成高速喷射束将喷料（钢砂、石英砂、金刚砂、玻璃砂、树脂砂）高速喷射到需要处理的工件表面。由于喷料对工件表面具有冲击和切削作用，使工件外表面的机械性能发生变化（改善性），且获得一定的清洁度和不同的粗糙度，因此提高了工件的抗疲劳性能，增加了工件表面和涂层间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰。喷砂处理能把工件表面的杂质、杂色及氧化层清除掉，同时使工件表面粗化，消除工件表面残余应力和提高工件表面硬度。
目前，传统的喷砂设备大部分不能自动上下料，需要人工作业靠近喷砂机进行替换工件和回收喷砂成品。这对作业人员的呼吸系统健康具有较大的影响。由此，也造成喷砂机操作工招聘困难，人员不稳定，易于人才流失。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种喷砂上下料的自动化线，解决喷砂车间自动化和作业效率提升的问题。
本发明实现上述目的的技术解决方案为：喷砂上下料的自动化线，设于送料轨道组和至少一台喷砂机之间，其特征在于：所述自动化线由取料工位、移载模组、两台以上六轴机器人构成，其中取料工位和一台前位六轴机器人并排定位装接于送料轨道组和移载模组之间；所述移载模组包括滑轨、竖向隔空相叠的顶载台和底载台，且两个载台受驱于移载驱动单元在滑轨两端的两个工位间移动换位；数量上与喷砂机匹配的后位六轴机器人定位装接于移载模组与喷砂机之间，且后位六轴机器人的端部接设有在移载模组和喷砂工位之间取放工件的取料机械手和检测喷砂对位的视觉识别单元。
进一步地，所述自动化线仅设有一台喷砂机且配设装接一台后位六轴机器人，所述移载模组对应设置一套在两台六轴机器人之间往返换位的顶载台和底载台。
进一步地，所述自动化线设有两台并排的喷砂机且各自配设装接一台后位六轴机器人，所述移载模组对应每台后位六轴机器人设有一套独立受控且在前、后位六轴机器人之间往返换位的顶载台和底载台。
更进一步地，所述自动化线的送料轨道组包含一条进料通道和两条出料通道，且每一条出料通道独立对应一台喷砂机和一套顶载台、底载台下料。
再进一步地，所述顶载台和底载台的表面布局相同，任意顶载台或底载台的表面包括对应物料盘的第一容槽和对应工件分隔排放的第二容槽。
进一步地，所述工件分组排放于顶载台或底载台表面，所述取料机械手设有对应每组工件个数至少多一个的成排夹爪。
进一步地，所述喷砂机在对应后位六轴机器人的旁侧设有延伸平台，且延伸平台上装接有一个以上暂存架，所述暂存架的规格与装入物料盘的喷砂成品数量和排列间隔相对应。
进一步地，两层以上物料盘叠放于盛料箱中，所述前位六轴机器人端部接设有兼顾夹取盛料箱、物料盘和工件的复合夹爪，所述复合夹爪受控转动并在立体正交方向上异步切换朝向盛料箱、物料盘和工件。
进一步地，两层以上物料盘叠放于盛料箱中，所述取料工位设有对应盛料箱、物料盘各自独立的中转架和临时存放台，其中对应物料盘的中转架为直列式的，且对应每个物料盘的插接位设有检测入位的传感器；对应盛料箱的中转架为半包状的限位挡块，所述盛料箱在限位挡块中水平状逐层堆叠。
进一步地，所述送料轨道组、取料工位、全部喷砂机、六轴机器人和移载模组所在区域外设有带锁移门的隔离围栏，且每一台喷砂机通过管路单独外联除尘机。
进一步地，所述弹簧的弹力强度与皮带的张紧强度要求成正比。
与现有技术相比，本发明自动化线的应用，其具备显著的有益效果：
（1）、利用移载模组、多轴机器人与复合夹爪、取料机械手相配合，除取代人工操作外，还能有效控制生产作业的节拍，部分多轴机器人面向移栽模组载放工件的速率单独可控，另一部分多轴机器人同步实施移栽模组与喷砂机之间换件的速率也单独可控，两相协调作业大大减低了多轴机器人的静止等待时间，有效提高了喷砂作业的效率和综合能耗。
（2）、通过多轴机器人的末端更替夹具及修改运行程序的方式，能迅速适应生产工艺的改变，免去了对员工的培训成本，相对提升了调试速度，有利于快速投产。
（3）、上下料过程实现全自动化，减少了中间环节对喷砂成品表面的影响，从而使得工件表面更美观、质量大幅提高。
附图说明
图1是本发明喷砂上下料的自动化线的总装结构及作业场景示意图。
图2是图1所示自动化线优选实施例中移载模组的细节结构示意图。
图3是图1所示自动化线优选实施例中取料工位所设组件的结构示意图。
图4是图1所示自动化线中前位六轴机器人端部所接复合夹爪的细节结构示意图。
图5是图1所示自动化线中后位六轴机器人端部所接取料机械手的细节结构示意图。
具体实施方式
本发明针对传统喷砂处理行业作业环境恶劣，对作业人员健康危害大等不利现状，创新提出了一种喷砂上下料的自动化线，通过应用六轴机器人替代人工作业把待喷砂处理的工件在喷砂作业全部工位进行流转，实现全自动运料、空位防呆、运料效率和喷砂外观品质提升。
如图1至图5所示，该喷砂上下料的自动化线设于作业场景中原始基础的送料轨道组和至少一台喷砂机之间。所不同的是，整个场景中当所有设备开始运行后将不需要作业人员参与其中，既可以避免人为作业误差及健康威胁，又能避免因供料和喷砂作业的速率参差而造成停机的尴尬。该自动化线从技术概述来初步认知：其由取料工位2、移载模组、两台以上六轴机器人构成，其中取料工位2和一台前位六轴机器人43并排定位装接于送料轨道组1和移载模组之间；该移载模组包括滑轨、竖向隔空相叠的顶载台A和底载台B，且两个载台受驱于移载驱动单元在滑轨C两端的两个工位间移动换位；数量上与喷砂机匹配的后位六轴机器人定位装接于移载模组与喷砂机之间，且后位六轴机器人的端部接设有在移载模组和喷砂工位之间取放工件的取料机械手7和检测喷砂对位的视觉识别单元（未图示）；前述移载驱动单元接入上位的工控系统9并受控运行。基于整体生产作业规划，该前位六轴机器人、各后位六轴机器人、移栽模组、喷砂机、送料轨道组均可进行独立编程控制并整合调试，实现上下料和喷砂作业全过程的节拍一致性。
对以上技术概述需要说明的是：其中取料工位在一定程度上是高必要性的选择，对于工件通过简单容器逐个上料的情况，是不需要该工位配置的。而为了提升喷砂处理效率和工件流转的规模化效率，一般流转工件的容器，即物料盘为单盘多工件整齐排列状，更有通过物料盘上下多层叠放于盛料箱中批量流转。为此该上料工位正是对应该批量流转工件所需而配设。其中移载模组主要承担工件在线性的两个工位间无缝交互，竖向隔空的顶、底载台在换位过程中互不干涉，其仅与前、后位的各六轴机器人关联互动，具体结构特点和功能实现后文详述。其中后位六轴机器人主要负责将顶载台或底载台上的加工前工件搬运载入喷砂机的作业盘，且将完成喷砂后的工件摘取运回对应的顶、底载台。可以直接理解到的是：无论该前位或后位的六轴机器人，利用其本身的多轴定位精度可以实现夹取工件并在任意位置定位落料。但任意六轴机器人的端部活动空间有限，作用范围仅限于各自相邻两工位之间，因此对于每台六轴机器人在进行编程调试时的工作量大幅减低，且对于同为后位的多个六轴机器人可以套用控制程序的主要架构，通过少量参数修改即可投入实用。由此可见，该自动化线应用于工艺调整的适应性和快速投产也理所应当。此外，前述视觉识别单元主要为各类用于对位检测的传感器或摄像头等，且定位原理可以参照现有各种成熟的相关技术。
这里，该自动化线可以仅设有一台喷砂机且配设装接一台后位六轴机器人，则移载模组对应设置一套在两台六轴机器人之间往返换位的顶载台和底载台。在工艺效率要求不高的情况下，该实施方式可广泛性普及。但通常情况下，工件的上料速率要远高于喷砂作业及下料的速率。为此，该自动化线也可以设有两台并排的喷砂机，按照工艺流程各自独立受控实施异步喷砂作业，且各自配设装接一台后位六轴机器人。对此，移载模组对应每台后位六轴机器人设有一套独立受控且在前、后位六轴机器人之间往返换位的顶载台和底载台。这种实施方式下，喷砂机及其对应的移载模组与并排而设的另一套喷砂机及移载模组各自独立运行、往返换位。而各个六轴机器人则很好地衔接了两条上下料线之间的空隙时间，提高了设备利用率并节省了单位时间下的能耗。与之相适应的，该自动化线的送料轨道组也包含一条进料通道11和两条出料通道12，且每一条出料通道独立对应一台喷砂机和一套顶载台、底载台下料。其中进料通道自不用多言，根据调试后的设备产能，只需满足前位六轴机器人向取料工位持续供应批量工件即可。而出料通道的区分则更利于后道质检及产品标签化的工艺流程对喷砂机进行追踪。
为更具象化理解该自动化线的创新性，以下通过更具体的实施例详细说明如下。
从图1所示的优选实施例总装结构及作业场景可见，该实施例下含有两台喷砂机51、52及各自对应的后位六轴机器人41、42、移载模组31、32；考虑到作业效率的前后参差，前位仅设有一台六轴机器人43。而且设其中后位六轴机器人41和移载模组31为一套搬运工作组，简称“左路”，后位六轴机器人42和移载模组32为另一套搬运工作组，简称“右路”。两套工作组受控异步动作，仅协调地顺应前位六轴机器人43的上料动作，以平衡前后位作业效率并实现空位防呆。特别地，图示可见该工件61为条状的转子，该物料盘62为对应十个工件呈五排双列状的容量设计，且根据喷砂作业效率采用三个物料盘堆叠于盛料箱63为一个供料批次的实施，由此可以实现工业夹爪对工件进行批量抓取、搬运或移载，自动码齐工件，提高流转效率。此外，取料工位2设有对应盛料箱、物料盘各自独立的中转架和临时存放台21，其中对应物料盘的中转架22为直列式的，且对应每个物料盘的插接位设有检测入位的传感器221，用以向上位的工控系统反馈哪些插接位为满载及哪些插接位为空置；对应盛料箱的中转架23为半包状的限位挡块，盛料箱在限位挡块中水平状逐层堆叠。该限位挡块只是为了便于前位六轴机器人对盛料箱的准确定位，而盛料箱本身具有自下而上逐一码齐的特定结构设置（如定位榫卯等），故该部分中转架23相对结构简单。
进一步细化地，上述任一移载模组中，顶载台和底载台的表面布局相同，且任意顶载台或底载台的表面包括对应物料盘62的第一容槽3a和对应五个工件61分隔排放的第二容槽3b。根据前述每个供料批次的工件及其容器数量，其中顶载台A或底载台B在表面靠近前位六轴机器人处设有三个并排且定位相隔的第一容槽3a，而在表面略远离前位六轴机器人之处设有呈两排三列共六个相隔的第二容槽3b。其中为满足后位六轴机器人取用及装载工件不相冲突，两排第二容槽3b呈阶梯状高度分布，即越靠近后位六轴机器人的一排第二容槽略低，越远离后位六轴机器人的一排第二容槽高出一个卧躺状工件的高度。当然，顶、底载台的高度落差满足在底载台满载状态下不影响两者移动换位。
前述后位六轴机器人端部的取料机械手7设有对应每组工件个数至少多一个的成排夹爪71。即在抓取一组五个待喷砂工件后需要预留至少一个与喷砂机交互喷砂成品并逐个替换的冗余夹爪。
前述前位六轴机器人端部接设有兼顾夹取盛料箱63、物料盘62和工件61的复合夹爪8，该复合夹爪通过对六轴机器人端部的万向转轴及其工控编程受控转动并在立体正交方向上异步切换朝向盛料箱、物料盘和工件。即其中对应盛料箱63的分夹爪83、对应物料盘62的分夹爪82、对应工件61的分夹爪81两两成90°布置，只需六轴机器人端部适时转向即可调整各对应的分夹爪朝下进行抓取、释放。同理地，该复合夹爪也设有用于分别面向对象对位的传感器件（未图示），且传感器件均总线信号接入上位的工控系统，作为程控参数参与到整个自动化上下料作业过程。
考虑到喷砂机为成品逐一出料，而喷砂成品为五个一组整体载入物料盘的，因此需要喷砂成品进行排列暂存。对此，该喷砂机在对应后位六轴机器人的旁侧设有延伸平台53，且该延伸平台53上装接有一个以上暂存架531。该暂存架531的规格与装入物料盘的喷砂成品数量和排列间隔相对应。如优选实施例中，每个该暂存夹531具有对应喷砂成品五个成排竖立的落位座，其外形结构参照试管架。而该延伸平台53可以一体连接两台喷砂机51、52。
有鉴于该自动化线整体上可以实现离人作业，且为防止多轴机器人在运行摆臂时意外伤人，该送料轨道组1、取料工位2、全部喷砂机、六轴机器人和移载模组所在区域外设有带锁移门的隔离围栏10，且每一台喷砂机通过管路单独外联除尘机54。这样，在喷砂作业过程中喷砂机内部的尘屑可以快速被集中外排，作业环境显著改善。
以下就该优选实施例的上述自动化线布局结构，详述其一段初始作业过程内的工件流转，以明确其特点及效果。
从送料轨道组1的进料通道逐一送出供料批次，由前位六轴机器人的复合夹爪切换分夹爪83，将盛料箱63搬上取料工位2的临时存放台21，而后复合夹爪切换分夹爪82，逐一将物料盘分别载入左路的第一容槽3a，并随之切换分夹爪81将待处理的工件依次载入第二容槽3b；可见每个供料批次可以填满一个顶载台或底载台。当左路的一个载台满载后，工控系统信号传入移载驱动单元，驱动其与另一个空载的载台换位。此时左路的后位六轴机器人开始运作，取料机械手将第二容槽中的工件抓取，并逐一装入喷砂机51进行喷砂作业。图示可见，该喷砂机的作业盘为圆盘，各个喷砂工位圆形分布并按预设角度转动换位进行喷砂作业。在左路的后位六轴机器人41参与运载和喷砂作业的同时，前位六轴机器人43对右路临近的一个载台同步实施与前述左路载台装载工件相同的步骤，进行第二供料批次的载入，并在其后进行移动换位。而后右路的喷砂机52和后位六轴机器人42协同作业，对工件装载、喷砂处理。当两台喷砂机及其对应的后位六轴机器人各自作业时，前位六轴机器人43继续载入第三供料批次并进行左路空置载台的装载，当完成载入并左路的后位六轴机器人41已将临近的载台清空时便进行两载台的移动换位，持续供应满载的待处理工件；前位六轴机器人43继续载入第四供料批次并进行右路空置载台的装载，重复左路满载后移动换位的供料。与此同时，喷砂机51将完成对第一供料批次的喷砂作业，当第三供料批次接近喷砂机51后，通过取料机械手先抓取第二容槽上的一组工件，并利用冗余夹爪先取下一个喷砂成品，再通过位移或切换角度将其它夹爪上的待处理工件装入喷砂工位，以此小循环完成取料机械手的工件换装；而后将成组的喷砂成品放入暂存架而放空夹爪，继续抓取第二容槽上的另一组工件，并穿插将暂存架上的喷砂成品逐组装入或收归物料盘之中。同理，右路的后位六轴机器人的作业过程相同，只是较之于左路相对延迟一段时间。
当左右两路的两个喷砂机51、52和后位六轴机器人41、42忙碌作业的同时，该前位六轴机器人面向左路先退还的载台之一继续装载第五供料批次。然而由于之前第一供料批次使得物料盘清空状退回，需要先将其从载台移除。故该前位六轴机器人首先使用分夹爪82将空的物料盘移至取料工位2的中转架22而清空载台，继而装载第五供料批次；同理对于右路退还的载台，在前位六轴机器人43完成第五供料批次装载后以相同方式操作。
由此，前向上两个载台装载新的供料批次的工件，后向上两个载台依次下料工件、上料喷砂成品并装盘。相对而言，左路先完成两部分载台的装载工作，前位六轴机器人此时已然完成对右路第六供料批次的装载而短暂停歇，而后发生移动换位。这样后位六轴机器人41可持续进行第三供料批次的成品出料和第五供料批次的喷砂位上料，而前位六轴机器人43利用分夹爪82将载有喷砂成品的物料盘逐一装入盛料箱中得到一批次成品（与第一供料批次相关），切换分夹爪83将盛料箱转入一条出料通道；此时右路尚未完成第二供料批次的整体喷砂和成品装载，前位六轴机器人43继续从进料通道向空载的载台上料工件。右路的成品出料过程参照左路，省略赘述。
由此该喷砂上下料的自动化线可以周期性重复作业，且不难看出该前位六轴机器人43和两个后位六轴机器人得以持续工作或短间断工作，显著避免空位待机。在整条自动化线作业临近结束且无新的供料批次载入时，可以控制前位六轴机器人，将中转架上的空置物料盘全部载入第一容槽中并转移靠近后位六轴机器人，等待喷砂成品的装盆作业及最后的装箱收尾作业。
综上，本发明喷砂上下料的自动化线的结构和功能全面描述可以理解到其创新实质，且技术效果显著：
（1）、利用移载模组、多轴机器人与复合夹爪、取料机械手相配合，除取代人工操作外，还能有效控制生产作业的节拍，部分多轴机器人面向移栽模组载放工件的速率单独可控，另一部分多轴机器人同步实施移栽模组与喷砂机之间换件的速率也单独可控，两相协调作业大大减低了多轴机器人的静止等待时间，有效提高了喷砂作业的效率和综合能耗。
（2）、通过多轴机器人的末端更替夹具及修改运行程序的方式，能迅速适应生产工艺的改变，免去了对员工的培训成本，相对提升了调试速度，有利于快速投产。
（3）、上下料过程实现全自动化，减少了中间环节对喷砂成品表面的影响，从而使得工件表面更美观、质量大幅提高。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.喷砂上下料的自动化线，设于送料轨道组和至少一台喷砂机之间，其特征在于：所述自动化线由取料工位、移载模组、两台以上六轴机器人构成，其中取料工位和一台前位六轴机器人并排定位装接于送料轨道组和移载模组之间；所述移载模组包括滑轨、竖向隔空相叠的顶载台和底载台，且两个载台受驱于移载驱动单元在滑轨两端的两个工位间移动换位；数量上与喷砂机匹配的后位六轴机器人定位装接于移载模组与喷砂机之间，且后位六轴机器人的端部接设有在移载模组和喷砂工位之间取放工件的取料机械手和检测喷砂对位的视觉识别单元。
2.根据权利要求1所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：所述自动化线仅设有一台喷砂机且配设装接一台后位六轴机器人，所述移载模组对应设置一套在两台六轴机器人之间往返换位的顶载台和底载台。
3.根据权利要求1所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：所述自动化线设有两台并排的喷砂机且各自配设装接一台后位六轴机器人，所述移载模组对应每台后位六轴机器人设有一套独立受控且在前、后位六轴机器人之间往返换位的顶载台和底载台。
4.根据权利要求3所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：所述自动化线的送料轨道组包含一条进料通道和两条出料通道，且每一条出料通道独立对应一台喷砂机和一套顶载台、底载台下料。
5.根据权利要求1、2、3或4所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：所述顶载台和底载台的表面布局相同，任意顶载台或底载台的表面包括对应物料盘的第一容槽和对应工件分隔排放的第二容槽。
6.根据权利要求1所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：所述工件分组排放于顶载台或底载台表面，所述取料机械手设有对应每组工件个数至少多一个的成排夹爪。
7.根据权利要求1所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：所述喷砂机在对应后位六轴机器人的旁侧设有延伸平台，且延伸平台上装接有一个以上暂存架，所述暂存架的规格与装入物料盘的喷砂成品数量和排列间隔相对应。
8.根据权利要求1所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：两层以上物料盘叠放于盛料箱中，所述前位六轴机器人端部接设有兼顾夹取盛料箱、物料盘和工件的复合夹爪，所述复合夹爪受控转动并在立体正交方向上异步切换朝向盛料箱、物料盘和工件。
9.根据权利要求1所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：两层以上物料盘叠放于盛料箱中，所述取料工位设有对应盛料箱、物料盘各自独立的中转架和临时存放台，其中对应物料盘的中转架为直列式的，且对应每个物料盘的插接位设有检测入位的传感器；对应盛料箱的中转架为半包状的限位挡块，所述盛料箱在限位挡块中水平状逐层堆叠。
10.根据权利要求1所述喷砂上下料的自动化线，其特征在于：所述送料轨道组、取料工位、全部喷砂机、六轴机器人和移载模组所在区域外设有带锁移门的隔离围栏，且每一台喷砂机通过管路单独外联除尘机。
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