CN112061796A - 加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其技术方案为：包括料盘层叠装配体、物料管理系统、机器人、中转站、加工中心、刀具在机检测系统和防护围栏，物料管理系统和多台加工中心以机器人为中心沿周向均匀布置；加工中心与防护围栏之间设置中转站，刀具在机检测系统与加工中心连接；料盘层叠装配体用于承载刀具物料，物料管理系统能够将盛有毛坯物料的料盘层叠装配体拆垛，并输出盛有成品物料的料盘层叠装配体；加工中心内部安装多工位气检液压夹具，刀具在机检测系统能够在有限的加工中心内部空间中对刀具物料进行精确在机检测。本发明结构紧凑，减少空间浪费，同时可提高机器人对其他各部分进行作业的效率。

Description

加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线

技术领域

本发明涉及智能加工生产线领域，尤其涉及一种加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检 生产线。

背景技术

制造业是当今国民经济的支柱产业，其发展是衡量一个国家综合实力的重要指标。中国是制造 业大国，现阶段我国机械制造领域主要依靠机床加工，每年对机床刀具的需求量很大。在所有机床刀 具的使用中，车刀是使用最为广泛的一种刀具，车削也是最常用的机加工方法之一，应用十分广泛。 随着我国制造业水品的快速发展，制造领域中对于车刀的需求量不断增加。车刀按结构可分为整体车 刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占 比例逐渐增加，与可转位车刀所对应的刀杆需求量也显著上升。我国传统的车刀生产过程为，工人手 动将毛坯刀具物料摆放到夹具中，工人根据自身经验对毛坯刀具物料进行定位和夹紧，随后启动加工 中心进行加工，当加工中心完成一个加工周期后，工人将成品料取走，再将毛坯料摆放到加工中心内， 控制加工中心进行加工，依次循环。由于工人根据自身经验对毛坯刀具物料进行定位和夹紧，所以加 工出来的刀具质量比较差并且在加工过程中无法对加工中心刀具磨损状态进行检测，无法保证加工出 来的刀具质量其次随着车刀的需求量不断增大和人工成本的不断增加，传统的人工上下料方式费时费 力，严重阻碍生产效率和经济性的提升，甚至当工人和机床直接接触时，很可能因为操作不当而导致 人身安全的问题。现如随着自动化产线技术不断提高和人工成本的不断增加，目前多采用由机器人和 加工中心组成的产线对车刀进行加工，通过这种方式上述问题虽然得到了改善但并没有完全解决，当 前涉及加工车刀的生产线主要存在以下问题

(1)产线只能生产单一型号刀具物料，若要生产其余型号的刀具物料需更换相关机构。

(2)工人供料和取料时，产线的等待时间过长；工人单次供料和取料效率较低；人工供料和取 料时，工人与机器间隔过近，并且缺少防护，容易导致人身安全问题；机器人工作区域未与工人工作 区域隔离，容易导致意外。

(3)无法根据订单要求，灵活调整单次输入产线毛坯料或从产线输出的成品料数量。

(4)当一台加工中心异常，工人进行维修时需要将整个产线停工。

(5)进行加工之前，产线无法检测物料的定位夹紧是否可靠，产品质量无法保证。

(6)当前对加工中心刀具的检测多为采用将刀具拆下后进行离机检测，检测过程麻烦检测效率 低，极少数产线采用在机检测，但是无法对不同型号的刀具进行检测且只能对单一刀面进行检测，检 测准确性无法保证，检测效率低

(7)产线结构不紧凑，空间浪费严重。

为了解决上述问题当今车刀生产行业急需一种高效率，高智能化，高适应性且具有检测功能的 智能产线。

广东伯朗特智能装备股份有限公司的尹荣浩发明了一种一台机器人对应三台车床的上下料设 备，包括机架、机器人与三个呈一端开口设置的车床，所述机架的上表面固定连接有一块与其相匹配 的机架板，所述机架板的上表面固定连接有两块产品定位板，该实用新型采用六轴工业机器人利用治 具在定位板上抓取毛坯料，移动到车床的位置，取出已加工完的成品，并将毛坯料放入车床内加工， 来完成上下料工作，代替人工进行工作，一台机器人供料给三台车床加工，效率高，品质稳定，减少 人为失误，解决了人工生产的繁琐，效率低，劳动强度大等问题，实现了连续、高效、高质量的自动 化功能。

此上下料设备虽然解决了人工生产的繁琐，效率低，劳动强度大等问题，但是产线不具备检测 功能，无法保证毛坯料的加工质量而且整条产线只能对特定型号的物料进行加工。

东莞市高技能公共实训中心的吴光明等人发明了一种数控机床加工自动化生产线，包括：六轴机器人、及固定在六轴机器人机器臂上的物料夹具、以及位于六轴机器人四周的三台数控机床和物料 机床，所述物料机床位于六轴机器人的前端，所述三台数控机床与所述物料机床中两两对称且相互垂 直分布在所述六轴机器人的四周，所述六轴机器人具有360°旋转机器臂，所述360°旋转机器臂可 抓取位于物料机床上的待加工件到所述三台数控机床上。该实用新型结构合理，位置布局节省空间， 由一台机器人负责三台数控车床的自动上下料，提高了产品的加工效率，节省人工成本，降低了安全 事故的发生率，提高了产品的加工精度和质量。

此生产线虽然提高了产品的加工效率，节省人工成本，降低了安全事故的发生率，但是物料平 台上的物料托盘只能对特定型号的物料进行搬运，若想要加工其他型号的物料需要对料盘进行更换， 并且无法对机床中的刀具进行及时精确的在机检测，无法保证产品质量。

综上，现代化的加工车刀刀头型腔的生产线应当具备以下特点

(1)能够生产多种型号的刀具物料。

(2)工人对产线作业时最大程度的保护工人人身安全

(3)具备高度自动化的物料管理系统，能够起到有序供料的功能，减少产线中不必要的人工干 预时间，同时提高人工干预的效率，并且可根据订单要求灵活调整单次输入产线毛坯料或从产线输出 成品料的数量。

(4)将工人的供料和取料时间与加工时间交错开，减少工人在供料和取料的过程中产线的等待 时间，

(5)产线能够对夹具的夹紧和定位进行检测，保证产品的加工质量。

(6)当一台加工中心出现异常不影响产线其他部分的正常运行。

(7)具备在高效精确的刀具在机检测系统，保证产品质量。

(8)产线结构紧凑，减少空间浪费

但是相关产线发展并不完善，普遍存在加工型号单一，不具备高度自动化的物料管理系统，无 法保证工人的人身安全，无法对物料的定位夹紧和刀具状态进行检测，产线结构不紧凑等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智 能自检生产线，结构紧凑，减少空间浪费，同时可提高机器人对其他各部分进行作业的效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的实施例提供了加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，包括料盘层叠 装配体、物料管理系统、机器人、中转站、加工中心、刀具在机检测系统和防护围栏，物料管理系统 和多台加工中心以机器人为中心沿周向均匀布置；加工中心与防护围栏之间设置中转站，刀具在机检 测系统与加工中心连接；

其中，料盘层叠装配体用于承载不同型号的刀具物料，物料管理系统能够将输入的盛有毛坯物 料的料盘层叠装配体拆垛，形成单个料盘向机器人供料；并能够将盛有成品物料的料盘码垛，输出盛 有成品物料的料盘层叠装配体；机器人用于实现料台、中转站和加工中心之间的物料交换；

加工中心内部安装用于夹紧物料的多工位气检液压夹具，通过多工位气检液压夹具能够检测物 料的定位夹紧状态；刀具在机检测系统能够在有限的加工中心内部空间中对刀具物料进行精确在机检 测。

作为进一步的实现方式，所述料盘层叠装配体包括多个堆叠在一起的料盘，料盘上加工有多个工 位，每一工位中设有若干用于限定物料位置的定位槽，可对多种型号的刀具物料进行定位和托运；所 述料盘表面设有料盘定位块，料盘定位块下方设有与料盘定位块相适配的料盘定位槽。

作为进一步的实现方式，所述物料管理系统包括料盘输入输出平台、料盘提升平台、料盘抓放 平台、料台和料盘下放平台，料盘提升平台和料盘下放平台嵌入在料盘输入输出平台中；料台设置于 料盘输入输出平台后方，料盘输入输出平台和料台上方布置有料盘抓放平台。

作为进一步的实现方式，所述料盘输入输出平台包括皮带输入模块、皮带输出模块和多个漫反 射传感器，皮带输入模块、皮带输出模块并排安装；皮带输入模块和皮带输出模块上方设置有多个漫 反射传感器；漫反射传感器连接计算机，计算机通过分析漫反射传感器传输的信号控制物料管理系统 进行拆垛和码垛；皮带输出模块侧方设置有漫反射传感器，用于检测成品物料是否被完全输出。

作为进一步的实现方式，所述料盘提升平台包括电机丝杠模块、料盘支撑台和皮带辅助机构， 电机丝杠模块与料盘支撑台相连，且电机丝杠模块能够带动料盘支撑台升降；皮带辅助机构布置在料 盘支撑台下方以减小料盘运动至料盘支撑台的摩擦力；并进一步为料盘层叠装配体的输入提供动力； 电机丝杠模块侧面安装光电传感器，料盘支撑台侧面安装触发片，通过对触发片位置进行检测来控制 料盘支撑台进料；料盘支撑台上安装有漫反射传感器，用于检测毛坯物料是否输入到位。

作为进一步的实现方式，所述料盘抓放平台包括料盘抓放机械手、X轴位移模块、Z轴位移模块 和Y轴位移模块，料盘抓放机械手和Z轴位移模块相连，Z轴位移模块通过Y轴位移模块与X轴位移 模块相连；所述料台包括上层料盘推拉模块和下层料盘推拉模块，上层料盘推拉模块安装在下层料盘 推拉模块上方，双层料盘推拉模块可交替式向机器人供料；所述料盘下放平台包括电机丝杠模块、料 盘支撑台、减摩皮带机构，料盘支撑台与电机丝杠模块相连，减摩皮带机构布置在料盘支撑台下方以 减小料盘在料盘支撑台上运动的摩擦力；料盘支撑台一侧安装有触发片，电机丝杠模块侧面安装有光 电传感器，计算机通过光电传感器检测触发片位置，以控制料盘支撑台出料。中部限位传感器用于检 测料盘支撑台上码放的料盘是否到达规定数量，通过改变中部限位传感器的安装位置可控制单次从所述料盘下放平台输出的料盘数量。

作为进一步的实现方式，所述机器人包括多个均匀布置的夹爪，夹爪后方安装有喷气嘴，用于 清理切屑；夹爪之间安装有激光检测装置；所述激光检测装置包括激光检测器，激光检测器前端安装 有能够开合的防尘端盖。

作为进一步的实现方式，所述刀具在机检测系统包括驱动装置、连接板、图像采集装置，连接 板一端与驱动装置相连，驱动装置可带动连接板转动，也可带动连接板上下移动；图像采集装置安装 于连接板另一端，用于采集刀具的图像信息。

作为进一步的实现方式，所述驱动装置包括电机丝杠模块、升降台、转动机构和伸缩杆，升降 台与电机丝杠模块相连；转动机构固定在升降台上方并与连接板相连，多个伸缩杆连接升降台；升降 台下方安装有环形滑轨，环形滑轨通过滑台与连接板相连；所述图像采集装置包括刀具侧刃及直径图 像采集机构、刀具端面图像采集机构和焦距调节机构，刀具侧刃及直径图像采集机构固定于焦距调节 机构上方，刀具端面图像采集机构安装于焦距调节机构中心位置。

作为进一步的实现方式，所述防护围栏与加工中心相对应的侧面设置安全门和禁止门，安全门 用于将机器人作业区和人工作业区隔离开，禁止门用于将异常加工中心从产线隔离出来。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的各部分以机器人为中心沿周向环形均匀布置使产线结构紧凑，减少空间浪费，同 时可提高机器人对其他各部分进行作业的效率。

(2)本发明整个生产过程只需工人将装有毛坯料的料盘层叠装配体放到皮带输入模块上，再从 皮带输出模块上将装有成品料的料盘层叠装配体取走即可，最大程度的将人从生产过程中解放出来， 减少不必要的人工干预时间。

(3)本发明中工人在进行放料和取料时，均采用层叠料盘的形式，工人一次可以对多个料盘进 行操作，显著降低了人工干预的频率增加了人工干预的效率。

(4)本发明的料盘能够可靠托运不同规格的物料，本发明的机器人能够对不同规格的物料进行 夹取，产线不需经过改装即可生产不同型号的刀具物料，产线适用范围广。

(5)本发明的防护围栏可以将机器人作业区和人工作业区隔离开，保护工人人身安全，同时防 护围栏可以将异常加工中心从产线隔离出来，不影响产线其余正常部分继续作业。

(6)本发明的物料管理系统各个部分的布局排列多采用嵌入式布局，空间紧凑，空间利用率高； 物料管理系统高度自动化，可自动完成料盘的拆垛和码垛。并向后放机器人持续供料显著减少机器人 等待时间，提高产线的上下料和生产效率；物料管理系统可根据不同的订单量灵活调整单次输入或输 出系统的料盘数量。

(7)本发明的机器人上安装有激光检测装置，夹爪和喷气嘴。激光检测装置中的检测器能够在 夹爪对刀具物料进行夹取前检测刀具物料的位置，提高了夹取的可靠性。喷气嘴用于清理定位台上的 切屑，确保刀具物料能够准确定位；激光检测装置可有效避免激光检测器镜头被污染。

(8)本发明的中转站能够对物料进行中转，节约加工中心上下料等待时间，并对物料进行二次 定位；加工中心内部采用的多工位气检液压夹具可一次多个工件进行定位夹紧，定位夹紧效率高，并 且可对刀具物料的定位夹紧进行检测，保证产线的加工质量。

(9)本发明的刀具在机检测系统：具备全自动调焦功能，检测过程无需人工参与，在有限的加 工中心内部空间中，可精确采集到不同型号的刀具端面，刀具各侧刃和刀具直径的图像，进而对不同 型号的刀具各切削刃的后刀面，副后刀面磨损已经刀具型号进行精确的在机检测。保证生产质量，所 述系统通过螺栓悬挂于加工中心顶部，不工作时不影响加工中心作业。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施方式的轴测图；

图2为本发明一个或多个实施方式的物料管理系统爆炸视图；

图3为本发明一个或多个实施方式的料盘层叠装配体轴测图；

图4为本发明一个或多个实施方式的刀具物料轴测图；

图5为本发明一个或多个实施方式的料盘轴测图1；

图6为本发明一个或多个实施方式的料盘轴测图2；

图7为本发明一个或多个实施方式的料盘输入输出平台轴测图；

图8为本发明一个或多个实施方式的料盘提升平台轴测图；

图9为本发明一个或多个实施方式的电机丝杠模块轴测图；

图10为本发明一个或多个实施方式的皮带辅助机构轴测图；

图11为本发明一个或多个实施方式的料盘抓放平台轴测图；

图12为本发明一个或多个实施方式的料盘抓放机械手轴测图；

图13为本发明一个或多个实施方式的凹槽挂钩轴测图；

图14为本发明一个或多个实施方式的Z轴位移模块轴测图；

图15为本发明一个或多个实施方式的Z轴位移模块、Y轴位移模块和料盘抓放机械手装配图；

图16为本发明一个或多个实施方式的X轴位移模块轴测图；

图16(a)为图16中A处的局部放大图；

图17为本发明一个或多个实施方式的料台轴测图；

图18为本发明一个或多个实施方式的上层料盘推拉模块轴测图；

图19为本发明一个或多个实施方式的下层料盘推拉模块轴测图；

图20为本发明一个或多个实施方式的料盘下放平台轴测图；

图21为本发明一个或多个实施方式的料盘支撑台爆炸图；

图22为本发明一个或多个实施方式的机器人轴测图；

图22(a)为图22中A的局部放大图；

图23为本发明一个或多个实施方式的激光检测装置轴测图；

图24为本发明一个或多个实施方式的中转站轴测图；

图25为本发明一个或多个实施方式的加工中心轴测图；

图26为本发明一个或多个实施方式的多工位气检液压夹具轴测图；

图27为本发明一个或多个实施方式的定位台与端面夹紧机构装配轴测图；

图28为本发明一个或多个实施方式的上方夹紧机构轴测图；

图29为本发明一个或多个实施方式的刀具在机检测系统对刀具进行检测的示意图；

图30为本发明一个或多个实施方式的刀具在机检测系统不工作时退回到安全位置的示意图；

图31为本发明一个或多个实施方式的刀具在机检测系统爆炸图；

图32为本发明一个或多个实施方式的驱动装置轴测图；

图33为本发明一个或多个实施方式的转动机构轴测图；

图34为本发明一个或多个实施方式的连接板轴测图；

图35为本发明一个或多个实施方式的图像采集装置轴测图；

图36为本发明一个或多个实施方式的图像采集装置爆炸图；

图37为本发明一个或多个实施方式的导向盘带动双轴滑块沿导向盘径向运动的示意图1；

图38为本发明一个或多个实施方式的导向盘带动双轴滑块沿导向盘径向运动的示意图2；

图39为本发明一个或多个实施方式的刀具端面图像采集机构轴测图；

图40本发明一个或多个实施方式的刀具侧刃及直径图像采集机构测图；

图41为本发明一个或多个实施方式的防护围栏轴测图；

图42为本发明一个或多个实施方式的安全门轴测图1；

图42(a)为本发明一个或多个实施方式的安全门轴测图2；

图42(b)为图42(a)中A处的局部放大图；

图43为本发明一个或多个实施方式的禁止门打开状态时的轴测图；

图44为本发明一个或多个实施方式的禁止门关闭状态时的轴测图；

图45为本发明一个或多个实施方式的所述生产线工作流程图；

图45(a)为本发明一个或多个实施方式的物料管理系统工作流程图；

其中，I为料盘层叠装配体，II为物料管理系统，III为机器人，IV为中转站，V为加工中心， VI为刀具在机检测系统，VII为防护围栏。

I-01为刀具物料，I-02为料盘，I-0201为料盘定位块，I-0202为抓取槽，I-0203为料盘定位 块，I-0204为料盘定位槽，I-0205为料盘定位槽。

II-01为料盘输入输出平台，II-02为料盘提升平台，II-03为料盘抓放平台，II-04为料台， II-05为料盘下放平台。

III-01为夹爪，III-02为激光检测装置，III-03为集线盒，III-04为喷气嘴。

V-01为多工位气检液压夹具，V-02为L形触发块，V-03为L形触发块,V-04为液压站，V-05 为气缸，V-06为接近传感器，V-07为接近传感器，V-08为接近传感器，V-09为接近传感器，V-10 为气缸。

VI-01为驱动装置，VI-02为连接板，VI-03为图像采集装置，VI-04为加工中心刀具。

VII-01为安全门，VII-02为禁止门。

II-01-01为漫反射传感器，II-01-02为皮带输入模块，II-01-03为漫反射传感器，II-01-04 为漫反射传感器，II-01-05为皮带输出模块，II-01-06为漫反射形传感器。II-02-01为电机丝杠模 块，II-02-02为U形光电传感器，II-02-03为漫反射传感器，II-02-04为触发片，II-02-05为U 形光电传感器，II-02-06为料盘支撑台，II-02-07为皮带辅助机构。II-03-01为料盘抓放机械手， II-03-02为Z轴位移模块，II-03-03为Y轴位移模块，II-03-04为X轴位移模块。II-04-01为上层 料盘推拉模块，II-04-02为下层料盘推拉模块。II-05-01为电机丝杠模块，II-05-02为U形光电传 感器，II-05-03为触发片，II-05-04为U形光电传感器，II-05-05为U形光电传感器，II-05-06 为三角台，II-05-07为无杆气缸，II-05-08为减摩皮带机构，II-05-09为料盘支撑台，II-05-10 为推送板。

III-02-01为气缸，III-02-02为复位弹簧，III-02-03为顶杆，III-02-04为防尘端盖，III-02-05 为激光检测器。

V-01-01为定位台，V-01-02为端面夹紧机构，V-01-03为上方夹紧机构，V-01-04为销轴，V-01-05 为V型夹紧块，V-01-06为上夹紧臂，V-01-07为液压缸活塞杆，A-E为出气孔。

VI-01-01为电机丝杠模块，VI-01-02为伸缩杆，VI-01-03为转动机构，VI-01-04为升降台， VI-01-05为环形导轨，VI-01-06为滑台。VI-03-01为导向盘，VI-03-0101为导向槽，VI-03-0102 为导向槽，VI-03-02为轴肩螺钉，VI-03-03为凸台齿轮，VI-03-04为外齿回转轴承，VI-03-05为圆 形固定板，VI-03-06为调速电机，VI-03-07为刀具端面图像采集机构，VI-03-08为保持架，VI-03-09 为弧形连杆，VI-03-10为双轴滑块，VI-03-11为轴肩螺钉，VI-03-12为托板，VI-03-13为刀具侧刃 及直径图像采集机构。

VII-01-01为金属板，VII-01-02为磁力锁，VII-01-03为电磁开关，VII-01-04为安全门插座， VII-01-05为安全门插销，VII-02-01为禁止门插座，VII-02-02为禁止门插销，VII-02-03为禁止门 插销，VII-02-04为禁止门插座。

II-03-01-01为凹槽挂钩，II-03-01-0101为定位凹槽，II-03-01-02为导杆气缸，II-04-01-01 为气缸传感器，II-04-01-02无杆气缸，II-04-01-03为料盘放置板，II-04-01-04为气缸传感器， II-04-02-01为气缸传感器，II-04-02-02为无杆气缸，II-04-02-03为气缸传感器，II-04-02-04 为料盘放置板。

VI-01-03-01为调速电机，VI-01-03-02为联轴器，VI-01-03-03为电机保持架，VI-01-03-04 为转轴，VI-03-07-01为亮度可调环形光源，VI-03-07-02为工业相机，VI-03-07-03为铰链升降机 构，VI-03-13-01为亮度可调环形光源，VI-03-13-02为工业相机，VI-03-13-03为电机丝杠模块。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，如图1所示，包括 料盘层叠装配体I、物料管理系统II、机器人III、中转站IV、加工中心V、刀具在机检测系统VI、 防护围栏VII，防护围栏VII设置于机器人III外侧，物料管理系统II及多台加工中心V以机器人 III为中心沿周向环形均匀布置。刀具在机检测系统VI安装于加工中心V顶部。每个加工中心V与 防护围栏VII之间设置中转站IV。在本实施例中，加工中心V设置三台。机器人III和每个中转站 IV以及每个加工中心V之间的直线距离相等且为定值。

料盘层叠装配体I用于对不同型号的刀具物料I-01进行可靠的托运，可根据不同的订单要求调 整料盘层叠数量。如图3至图6所示，所述料盘层叠装配体I包括多个堆叠在一起的料盘I-02，料 盘I-02用于盛装刀具物料I-01。进一步的，料盘I-02上加工有不同型号的刀具物料定位槽，不同 型号的刀具物料定位槽呈阶梯状排列，可对多种规格刀具物料I-01的空间六自由度进行完全限制， 实现物料在运输过程中的可靠定位。为了提高料盘I-02堆叠时的稳定性，避免料盘层叠装配体I在 运输或码垛的过程中发生倾倒或散落等情况，在每个料盘I-02对角线方向上加工有料盘定位块 I-0201和料盘定位块I-0203。料盘定位块I-0201下方设有料盘定位槽I-0204，料盘定位块I-0203 下方设有料盘定位槽I-0205。料盘I-02堆叠时，下方料盘的料盘定位块I-0201、料盘定位块I-0203 和其上方料盘的料盘定位槽I-0204、料盘定位槽I-0205相互配合，能够使上下两料盘I-02相互限 制，实现二者完全定位，保证料盘层叠装配体I在运输或码垛的过程中的稳定性。

料盘定位块I-0201(I-0203)的高度低于料盘定位槽I-0204(I-0205)的槽深，料盘定位块I-0201 (I-0203)的长度小于料盘定位槽I-0204(I-0205)的槽长，可减少由于单个料盘定位块或料盘定 位槽存在加工误差所导致的上下两料盘I-02无法顺利堆叠的情况。所述料盘I-02两侧加工有抓取槽 I-0202，可以提高机械手在抓取和搬运料盘I-02时的可靠性和稳定性。抓取槽I-0202可以为长条形 的凹槽，也可以为其他形状的凹槽，只要能够使机械手顺利抓取即可。

物料管理系统II能够将输入的盛有毛坯物料的料盘层叠装配体I拆垛，拆垛后通过单个料盘 I-02向机器人III供料。并能够将盛有成品物料的料盘I-02码垛，输出盛有成品物料的料盘层叠装配体I；可根据不同的生产要求灵活调整单次输出或输出系统的料盘层叠装配体I中料盘I-02的数 量。具体的，如图2、图7至图21所示，物料管理系统II包括料盘输入输出平台II-01、料盘提升 平台II-02、料盘抓放平台II-03、料台II-04和料盘下放平台II-05，料盘提升平台II-02和料盘 下放平台II-05嵌入在料盘输入输出平台II-01中。料台II-04设置于料盘输入输出平台II-01后方， 料盘输入输出平台II-01和料台II-04上方布置有料盘抓放平台II-03，料盘抓放平台II-03的工作 范围覆盖料盘输入输出平台II-01和料台II-04。物料管理系统II各个部分的布局排列多采用嵌入 式布局，空间紧凑，空间利用率高。

进一步的，料盘输入输出平台II-01包括皮带输入模块II-01-02、皮带输出模块II-01-05和多 个漫反射传感器，皮带输入模块II-01-02、皮带输出模块II-01-05并排安装，且二者分别与支撑框 架固定。皮带输入模块II-01-02上方设置有漫反射传感器II-01-01，皮带输出模块II-01-05上方 设置有漫反射传感器II-01-03和漫反射传感器II-01-04；皮带输出模块II-01-05一侧设置漫反射 传感器II-01-06，用于检测料盘层叠装配体I是否被完全输出。上述漫反射传感器均连接计算机， 计算机通过对漫反射传感器传输的信号进行分析，控制物料管理系统II对料盘I-02进行拆垛和码垛。 通过皮带输入模块II-01-02和皮带输出模块II-01-05实现料盘层叠装配体I的输入输出。

料盘提升平台包括电机丝杠模块II-02-01、料盘支撑台II-02-06、触发片II-02-04、U形光电 传感器II-02-05、漫反射传感器II-02-03和皮带辅助机构II-02-07，电机丝杠模块II-02-01与料 盘支撑台II-02-06相连，且电机丝杠模块II-02-01能够带动料盘支撑台II-02-06升降，料盘支撑 台II-02-06能够对料盘层叠装配体I进行托举。

电机丝杠模块II-02-01侧面安装U形光电传感器II-02-05，料盘支撑台II-02-06侧面安装触 发片II-02-04，通过对触发片II-02-04位置进行检测来控制料盘支撑台II-02-06进料。料盘支撑 台II-02-06上安装有漫反射传感器II-02-03，用于检测料盘层叠装配体I是否输入到位。皮带辅助 机构II-02-07布置在料盘支撑台II-02-06下方，且皮带辅助机构II-02-07的上表面高于料盘支撑 台II-02-06上表面。当料盘层叠装配体I从皮带输入模块II-01-02输入至料盘支撑台II-01-06上 时，通过皮带辅助机构II-01-07可进一步保证料盘层叠装配体I输入到位，并且可减少料盘层叠装 配体I和料盘支撑台II-01-06接触和摩擦，将原本的滑动摩擦转换为滚动摩擦，极大减少输入过程 中料盘层叠装配体I所受的摩擦力，减少料盘磨损，增加料盘的使用寿命。

料盘抓放平台II-03包括料盘抓放机械手II-03-01、X轴位移模块II-03-04、Z轴位移模块 II-03-02和Y轴位移模块II-03-03，料盘抓放机械手II-03-01和Z轴位移模块II-03-02相连，Z 轴位移模块II-03-02通过Y轴位移模块II-03-03与X轴位移模块II-03-04相连。料盘抓放机械手 II-03-01包括导杆气缸II-03-01-02、凹槽挂钩II-03-01-01，导杆气缸II-03-01-02与凹槽挂钩 II-03-01-01相连，通过导杆气缸II-03-01-02带动凹槽挂钩II-03-01-01横向移动实现料盘的抓放。 以上四部分相互配合可将料台中推出的成品料料盘码放至料盘下方平台，再从料盘提升平台II-02 拆垛出一个毛坯料料盘放至料台。所述凹槽挂钩II-03-01-01的钩头位置开设有定位凹槽 II-03-01-0101，定位凹槽II-03-01-0101与料盘I-02两侧的抓取槽I-0202相互配合，可提高盘抓 取和搬运时可靠性和稳定性。

料台II-04包括上层料盘推拉模块II-04-01和下层料盘推拉模块II-04-02，上层料盘推拉模块 II-04-01安装在下层料盘推拉模块II-04-02上方，二者工作时互不干涉。上层料盘推拉模块II-04-01 和下层料盘推拉模块II-04-02交替为机器人III供料，显著减少机器人III的等待时间，提高产线 的工作效率。上层料盘推拉模块II-04-01包括料盘放置板II-04-01-03、无杆气缸II-04-01-02、气 缸传感器II-04-01-04、气缸传感器II-04-01-01，料盘放置板II-04-01-03安装于无杆气缸 II-04-01-02上方，无杆气缸II-04-01-02一端安装气缸传感器II-04-01-01，另一端安装气缸传感 器II-04-01-04。料盘放置板II-04-01-03上表面加工有凹槽，凹槽形状与料盘形状一致，能够对料 盘I-02起到良好的定位和托运作用。无杆气缸II-04-01-02能够将料盘I-02拉回(靠近机器人III) 和推出(远离机器人III)进而实现料台交替式供料。

下层料盘推拉模块II-04-02包括无杆气缸II-04-02-02、料盘放置板II-04-02-04，料盘放置板 II-04-02-04通过L形连接件连接于无杆气缸II-04-02-02上方，无杆气缸II-04-02-02所在平面与 料盘放置板II-04-02-04所在平面垂直。无杆气缸II-04-02-02一端安装气缸传感器II-04-02-01， 另一端安装气缸传感器II-04-02-03。料盘放置板II-04-02-04上表面加工有凹槽，凹槽形状与料盘 形状一致。两对气缸传感器嵌在两无杆气缸缸体的止点极限位置，可将上下两层料盘的位置信息及时 反馈给计算机。

料盘下放平台II-05包括电机丝杠模块II-05-01、料盘支撑台II-05-09、触发片II-05-03、多 个U形光电传感器、三角台II-05-06、无杆气缸II-05-07、推送板II-05-10和减摩皮带机构II-05-08， 料盘支撑台II-05-09能够对料盘层叠装配体I进行托举。料盘支撑台II-05-09连接于三角台 II-05-06上方，料盘支撑台II-05-09和三角台II-05-06与电机丝杠模块II-05-01相连，通过电机 丝杠模块II-05-01带动二者升降。

料盘支撑台II-05-09一侧安装有触发片II-05-03，电机丝杠模块II-05-01侧面(与触发片 II-05-03同侧)安装有U形光电传感器II-05-04、U形光电传感器II-05-05，计算机通过U形光电 传感器检测触发片II-05-03位置，进而控制料盘支撑台II-05-09出料。通过更改U形光电传感器的 安装位置可控制单次从料盘下放平台II-05输出的料盘数量。无杆气缸II-05-07的滑台固定在三角 台II-05-06上并和推送板II-05-10固连，推送板II-05-10与三角台II-05-06垂直；通过无杆气缸 滑台可带动推送板II-05-10将料盘层叠装配体I推送至皮带输出模块II-01-05。减摩皮带机构 II-05-08布置在料盘支撑台II-05-09下方，且减摩皮带机构II-05-09的上表面高于料盘支撑台 II-05-09上表面，可减少料盘层叠装配体I和料盘支撑板接触和摩擦，将原本的滑动摩擦转换为滚 动摩擦，极大减少输入过程中的摩擦力，减少料盘磨损，增加料盘的使用寿命；进一步保证料盘层叠 装配体I被顺利推出。

如图45(a)所示，当物料管理系统II后方产线完成一个生产周期后，计算机会先检测料盘抓放 平台II-03是否已将之前被推出的料盘支撑板上的成品料料盘更换为毛坯料料盘(料盘更换程序)， 若未更换完毕则等待，当更换完毕后料盘抓放平台II-03会向计算机发送信号。计算机接收到信号后 立即通过料盘推拉模块(上层或下层料盘推拉模块)将盛有成品料的料盘推出。当料盘推出到位后， 气缸传感器II-04-01-01或气缸传感器II-04-02-01会向计算机发送信号，随后计算机控制另一层料 盘推拉模块将盛有毛坯料的料盘拉回。当盛有毛坯料的料盘被拉回至指定位置后，气缸传感器 II-04-01-04或气缸传感器II-04-02-03会向计算机发送信号，此时新一批毛坯料已就位，计算机控 制机器人III对其进行作业，同时控制料盘抓放平台II-03对新推出的成品料料盘执行料盘更换程序 (将盛有成品料的料盘更换为盛有毛坯料的料盘)。

当料盘抓放平台II-03将成品料料盘成功放置在料盘支撑台II-05-09上或成功堆叠在料盘支撑 台II-05-09上已存在的料盘上方。此时刚放置的料盘位于漫反射传感器II-01-03正前方，漫反射传 感器II-03检测到前方出现实体，计算机控制料盘支撑台II-05-09下移。当料盘支撑台II-05-09 下移一个料盘的高度后，漫反射传感器II-01-03前方的检测实体消失，此时计算机控制电机丝杠模 块自锁，料盘支撑台II-05-09固定在此高度，等待下次信号刺激。重复上述过程，料盘支撑台II-05-09 不断下移，当触发片II-05-03到达U型光电传感器II-05-04的检测位置时，表明料盘支撑台II-05-09 上堆叠的料盘已到达规定数量，此时计算机开始执行送料程序。计算机会控制料盘支撑台II-05-09 下移，当触发片II-05-03到达U型光电传感器II-05-05的检测位置时，表明料盘支撑台II-05-09 已到位。计算机会同时执行三个程序；一个是控制电机丝杠模块II-05-01自锁，将料盘支撑台 II-05-09固定在此位置；第二个是控制无杆气缸滑台II-05-07带动推送板II-05-10将装有成品料 的料盘层叠装配体I向外推处；第三个是启动皮带输出模块II-05。当装有成品料的料盘层叠装配体 I被运送至漫反射传感器II-01-06的检测位置时，表明此时料盘层叠装配体I已经完全离开料盘支 撑台II-05-09，计算机将推送板并控制料盘支撑台II-05-09上移。当触发片II-05-03到达U型光 电传感器II-05-04的检测位置时，计算机控制电机丝杠模块II-05-01自锁。此时漫反射传感器II-01-04检测到料盘支撑台II-05-09已归位并向计算机发送信号，表明此时料盘下放平台II-05能 够为待着陆料盘提供支撑的实体，料盘抓放平台II-03可以对料盘进行放置工作。在工作时若订单要 求发生变化，通过调整U型光电传感器II-05-04的安装高度，可控制单次从料盘下放平台II-05输 出的料盘层叠装配体I的层叠数量。应当注意，在料盘抓放平台II-03向料盘抓放平台II-03放置成 品料料盘之前，会先通过漫反射传感器II-01-04进行检测，若料盘支撑台II-05-09已归位则可以进 行放置，否则等待归位后再进行放置。

当漫反射传感器II-01-01前方料盘提升平台II-02中的毛坯料料盘被料盘抓放平台II-03抓取 后，漫反射传感器II-01-01前方检测实体消失，计算机控制料盘支撑台II-02-06上移。当此料盘支 撑台上移一个料盘的高度后，下一个待抓取料盘提升至待抓取位置即漫反射传感器II-01-01前方， 此时传感器前方出现检测实体，此时计算机控制步进电机III-01自锁，等待料盘抓放平台II-03对 料盘抓取。重复以上工序后，料盘支撑台II-02-06不断上升，当料盘支撑台II-02-06中最后一个料 盘被取走后，按照上述控制过程，计算机会继续控制料盘支撑台II-02-06上移。当触发片II-02-04 提升至U形光电传感器II-02-02的检测位置时，计算机会识别出料盘支撑台II-02-06上所有的毛坯 料盘已被抓取完毕，并开始执行进料程序。

首先计算机控制料盘支撑台II-02-06向下运动，当触发片II-02-04下降至U形光电传感器 II-02-05的检测位置时，表明料盘支撑台II-02-06已到位，计算机控制步进电机自锁，同时计算机 会启动皮带输入模块II-01-02和皮带辅助机构II-02-09，将料盘层叠装配体I输送到支撑台 II-02-08上。当料盘层叠装配体I输入到位后，漫反射传感器II-02-02中发射器发出的光束会经由 料盘层叠装配体I反射到接收器上，计算机识别出信号后将皮带输入模块II-01-02和皮带辅助机构 II-02-09停工，同时控制电机丝杠I-02-01启动，使料盘支撑台II-02-06带动刚输入的料盘层叠装 配体I向上提升，当料盘提升至待抓取位置时漫反射传感器II-01-01会将信号传输给计算机，此时 计算机会识别出料盘支撑台II-02-06已归位并且毛坯料料盘已到达指定抓取位置，计算机会及时控 制电机丝杠模块自锁，此时料盘层叠装配体I中的最上层料盘会保持在待抓取位置等待料盘抓放平台 II-03前来抓取。应当注意，料盘抓放平台II-03在对毛坯料料盘进行抓取之前会通过漫反射传感器 II-01-01检测此时待抓取位置是否存在毛坯料盘。

据滚珠丝杠的计算公式：

F_a＝F+μmg (1)

式(1)中，F_a：丝杠轴向总负载N,F:丝杠的轴向切削力N，μ：导向件的综合摩擦系数，m: 移动物体的重量(料盘层叠装配体+料盘支撑台)kg，g：重力系数。

因此，丝杠模块要想顺利的带动料盘支撑台和料盘层叠装配体升降，丝杠模块的驱动转矩T_a至 少为：

T_a＝(F_a*I)/2π*n₁ (2)

式(2)中，T_a：驱动扭矩kgf/mm，I:丝杠导程mm，n₁:丝杠进给的正效率。

在保证物料来源充足的情况下通过物料管理系统II可为后方有序地，不间断地提供物料。

机器人III布置于料台正后方，如图22和图22(a)所示，机器人III包括激光检测装置III-02、 夹爪III-01、喷气嘴III-04、集线盒III-03，多个夹爪III-01均匀分布；在本实施例中，夹爪III-01 设置四个，四个夹爪III-01沿四周均匀分布且朝外布置，可对不同型号的刀具物料I-01进行夹取。 夹爪III-01后方安装有喷气嘴III-04，喷嘴III-04的朝向与夹爪III-01朝向相同，用于对定位台 上的切屑进行清理。由于机器人III前端电气布线较多，故安装集线盒III-03对电气布线进行归置。 激光检测装置III-02用于辅助激光检测器检测待夹取物料的位置。

进一步的，如图23所示，所述激光检测装置III-02包括气缸III-02-01、复位弹簧III-02-02、 顶杆III-02-03、防尘端盖III-02-04和激光检测器III-02-05，激光检测器III-02-05前方安装防 尘端盖III-02-04，气缸III-02-01固定于激光检测器III-02-05一侧，气缸III-02-01的活塞杆和 顶杆III-02-03相连；气缸III-02-01与防尘端盖III-02-04之间通过复位弹簧III-02-02相连，通 过气缸III-02-01、顶杆III-02-03和复位弹簧III-02-02的相互作用可将防尘端盖III-02-04快速 打卡或关闭，避免激光检测器III-02-05镜头被污染。

如图24所示，中转站IV包括支撑架和安装于支撑架上方的中转料盘，中转料盘呈倾斜放置； 中转料盘也加工有同料盘一样的物料定位槽。当机器人III后续对中转料盘中的刀具物料进行夹取 时，在重力的作用下，刀具物料I-01能够保持在定位槽中的正确位置，实现物料的二次定位，不仅 避免激光检测装置III-02的重复检测，同时也提高了夹爪III-01对中转站IV中刀具物料I-01夹取 的稳定性和可靠性。

如图25至图28所示，加工中心V包括多工位气检液压夹具V-01、液压站V-04、多个气缸，多 工位气检液压夹具V-01设于加工中心V内部，且加工中心V具有两扇防护门。两扇防护门上方均安 装有气缸，即气缸V-05、气缸V-010，二者相对设置；气缸V-05、气缸V-010的伸缩方向与两扇防 护门的开关方向平行，实现两侧防护门的开合。防护门上方安装有L形触发块V-02、L形触发块V-03， 在两侧防护门开合的极限位置安装有两对接近传感器，即接近传感器V-06、接近传感器V-09、接近 传感器V-07、接近传感器V-08，接近传感器通过检测两L形触发块的位置，识别防护门的开合状态。 加工中心V外侧布置有液压站V-04，用于提供液压油。

多工位气检液压夹具V-01包括定位台V-01-01、端面夹紧机构V-01-02、上方夹紧机构V-01-03， 端面夹紧机构V-01-02通过凹头螺钉安装于定位台V-01-01前方，定位台V-01-01固定在夹具底座上。 上方夹紧机构V-01-03呈45°安装于夹具底座，三者相互配合能够同时对物料的空间六自由度进行 完全限制，对物料进行可靠的定位夹紧，夹紧效率高。上方夹紧机构V-01-03包括液压缸，液压缸活 塞杆V-01-07通过销轴V-01-04与上夹紧臂V-01-06转动连接，上夹紧臂V-01-06端部安装V型夹紧 块V-01-05。多工位气检液压夹具V-01内部分布有气检管路，各气检管路的出气孔A、出气孔B、出 气孔C、出气孔D、出气孔E均布置于定位台V-01-01。当物料被可靠的定位夹紧后各出气孔均被封 堵，此时内部气检管路出现气压，计算机通过对管路中气压进行检测辨别物料的定位夹紧是否可靠。

如图29和图30所示，刀具在机检测系统VI嵌入在加工中心V内部，可对加工中心V的刀具进 行全面精确的在机检测。具体的，如图31至图40所示，刀具在机检测系统VI包括驱动装置VI-01、 连接板VI-02、图像采集装置VI-03，连接板VI-02一端与驱动装置VI-01相连，且连接板VI-02与 驱动装置VI-01垂直，驱动装置VI-01可带动连接板VI-02转动，也可带动连接板VI-02上下移动。 图像采集装置VI-03安装于连接板VI-02另一端，用于采集加工中心刀具VI-04(位于加工中心的刀 具)的图像信息。刀具在机检测系统VI整体采用L形布局，通过螺栓悬挂于加工中心V顶部，不工 作时不影响加工中心作业。

进一步的，驱动装置VI-01包括电机丝杠模块VI-01-01、升降台VI-01-04、转动机构VI-01-03、 伸缩杆VI-01-02，转动机构VI-01-03通过螺钉固定在升降台VI-01-04上方，转动机构VI-01-03中 的转轴与连接板VI-02通过螺钉相连，转轴带动连接板VI-02往复转动，实现图像采集装置VI-03 从安全区域工作区域的转换。伸缩杆VI-01-02与升降台VI-01-04相连，伸缩杆VI-01-02设置多根， 且连接于安装板与升降台VI-01-04之间。在本实施例中，伸缩杆VI-01-02设置四根。可以理解的， 在其他实施例中，伸缩杆VI-01-02也可以为其他个数。升降台VI-01-04与电机丝杠模块VI-01-01 相连，当电机丝杠模块VI-01-01旋转时，通过其中的丝杠螺母带动升降台VI-01-04进行升降运动， 同时在升降台VI-01-04进行升降运动时，伸缩杆VI-01-02能够起到导向、扶正的作用。电机丝杠模 块VI-01-01带动图像采集装置VI-03升降实现，对刀具端面图像采集时的粗调。

升降台VI-01-04下方安装有环形滑轨VI-01-05，环形滑轨和转动机构VI-01-03的轴线相互重 合，环形滑轨一侧安装有滑台VI-01-06；滑台与连接板VI-2相连。所述转动机构VI-01-03包括调 速电机VI-01-03-01、联轴器VI-01-03-02，电机保持架VI-01-03-03和转轴VI-01-03-04，调速电 机VI-01-03-01固定在电机保持架VI-01-03-03上方。电机保持架VI-01-03-03内部具有型腔，电机 保持架内部型腔中安装联轴器VI-01-03-02，联轴器上端与调速电机相连，下端与转轴VI-01-03-04 相连，进而将调速电机的转矩传递到转轴上；转轴与连接板VI-02相连，驱动连接板转动。所述图像 采集装置VI-03包括刀具侧刃及直径图像采集机构VI-03-13、导向盘VI-03-01、凸台齿轮VI-03-03、 外齿回转轴承VI-03-04、圆形固定板VI-03-05、调速电机VI-03-06、刀具端面图像采集机构VI-03-07、 保持架VI-03-08、弧形连杆VI-03-09、双轴滑块VI-03-10、托板VI-03-12，导向盘VI-03-01、凸 台齿轮VI-03-03、外齿回转轴承VI-03-04、圆形固定板VI-03-05、调速电机VI-03-06、保持架 VI-03-08、弧形连杆VI-03-09、双轴滑块VI-03-10、托板VI-03-12构成焦距调节机构。刀具端面图像采集机构VI-03-07固定在保持架VI-03-08内部，圆形固定板VI-03-05安装在保持架VI-03-08 正上方，圆形固定板VI-03-05下方布置有调速电机VI-03-06，调速电机VI-03-06一端安装有凸台 齿轮VI-03-03，凸台齿轮VI-03-03啮合于外齿回转轴承VI-03-04一侧。

外齿回转轴承VI-03-04具有外齿回转轴承齿轮外圈和外齿回转轴承内圈，外齿回转轴承内圈固 定在圆形固定板VI-03-05正上方。弧形连杆VI-03-09端部开设定位孔，轴肩螺钉VI-03-02穿过弧 形连杆VI-03-09的定位孔与外齿回转轴承内圈上的螺纹孔进行旋合。轴肩螺钉VI-03-02的光杆与弧 形连杆VI-03-09的定位孔之间为间隙配合，安装完成后弧形连杆VI-03-09能够绕轴肩螺钉VI-03-02 转动。双轴滑块VI-03-10包括滑块本体和两个定位轴，定位轴垂直固定于滑块本体上方；滑块本体 开设有定位孔。轴肩螺钉VI-03-11穿过双轴滑块VI-03-10的定位孔与弧形连杆VI-03-09的螺纹孔 进行旋合。进一步的，轴肩螺钉VI-03-11的光杆与双轴滑块VI-03-10的定位孔之间为间隙配合，安 装完成后双轴滑块VI-03-10能够在弧形连杆VI-03-09上表面绕轴肩螺钉VI-03-11转动。

导向盘VI-03-01安装在外齿回转轴承齿轮外圈正上方。导向盘VI-03-01包括同心设置的两个 圆环，两个圆环之间通过多个间隔均匀的导向件相连。每个导向件沿其长度方向开设有两个导向槽， 双轴滑块VI-03-10的定位轴分别穿过导向盘VI-03-01中的导向槽，且轴肩螺钉VI-03-02和轴肩螺 钉VI-03-11安装后的高度以导向盘VI-03-01和外齿回转轴承内圈发生相对转动时不产生干涉为原 则。

托板VI-03-12设置在导向盘VI-03-01上表面，托板VI-03-12开设有安装孔，托板VI-03-12 通过定位轴和安装孔之间的过渡配合实现双轴滑块VI-03-10和托板VI-03-12之间的连接和定位。在 托板VI-03-12上方通过螺钉8安装有刀具侧刃及直径图像采集机构VI-03-13。安装完成后导向盘 VI-03-01、外齿回转轴承VI-03-04、圆形固定板VI-03-05、保持架VI-03-08、加工中心刀具VI-04 的轴线为同一直线。

刀具侧刃及直径图像采集机构VI-03-13包括亮度可调环形光源VI-03-13-01、工业相机 VI-03-13-02、电机丝杠模块VI-03-13-03，工业相机VI-03-13-02安装于电机丝杠模块VI-03-13-03 上方，亮度可调环形光源VI-03-13-01安装于工业相机VI-03-13-02的镜头前方。刀具端面图像采集 机构VI-03-07包括亮度可调环形光源VI-03-07-01、工业相机VI-03-07-02、铰链升降机构 VI-03-07-03，工业相机VI-03-07-02安装于铰链升降机构VI-03-07-03上方，亮度可调环形光源 VI-03-07-01固定于工业相机VI-03-07-02的镜头前端。铰链升降机构VI-03-07-03包括连杆、薄形 手指气缸、相机保持架，薄形手指气缸通过连杆连接相机保持架，工业相机VI-03-07-02固定于相机 保持架一侧。

如图41至图44所示，在本实施例中，防护围栏VII呈矩形框结构，防护围栏VII三个相邻的 侧栏均布置有安全门VII-01和禁止门VII-02，每个侧栏的安全门VII-01和禁止门VII-02的门框之 间相互垂直。安全门VII-01位于侧栏外侧，用于将机器人作业区和人工作业区隔离开。禁止门VII-02 位于侧栏所在平面，用于将异常加工中心从产线隔离出来，不影响其他正常部分运行；将工人维修区 与机器人的工作区隔离开，保证工人维修时的人身安全。加工中心V和所对应安全门VII-01之间的 横向间隙以工人无法通过为宜。物料管理系统II布置在防护围栏VII未设置安全门VII-01和禁止门 VII-02的一侧。

所述安全门VII-01包括安全门门框、安装于安全门门框内侧且与之铰接的安全门门板，还包括 金属板VII-01-01、磁力锁VII-01-02、安全门插座VII-01-04、安全门插销VII-01-05和电磁开关 VII-01-03，金属板VII-01-01和磁力锁VII-01-02安装在安全门门框上方，用于将安全门VII-01 锁紧。电磁开关VII-01-03固定在安全门门框一侧，用于控制磁力锁开关VII-01-02。磁力锁VII-01-02 通电后具有磁性，能够将金属板VII-01-01吸住，实现对安全门门板的固定。按下电磁开关VII-01-03 后磁力锁VII-01-02断电消磁，安全门VII-01可以打开。安全门插座VII-01-04和安全门插销 VII-01-05安装于安全门门框中间位置，二者位于同一高度。

所述禁止门VII-02包括禁止门门框、禁止门门板，禁止门门板与禁止门门框形成推拉门。禁止 门VII-02上安装有两对安全插座和安全插销，即禁止门插座VII-02-01、禁止门插销VII-02-02、禁 止门插销VII-02-03、禁止门插座VII-02-04，禁止门插销VII-02-02安装于禁止门门板一侧，禁止 门插销VII-02-03安装于禁止门门板另一侧，禁止门插座VII-02-01、禁止门插销VII-02-02为一组， 禁止门插销VII-02-03、禁止门插座VII-02-04为一组，四者安装后位于同一高度。

本实施例的工作原理为：

如图45所示，当加工中心V对物料进行加工时，机器人III将中转站IV中上一加工周期生产 出来的成品料和料台II-04上的毛坯料进行交换。中转站IV上方储料盘呈倾斜布置并且中转站IV 储料盘上也加工有不同型号的物料定位槽(同料盘I-02)，当机器人III将物料放置在中转站IV中， 在重力的作用下物料会进行二次定位，确保机器人III下次对中转站中的物料进行抓取时，物料处于 正确位置。中转站IV可将加工中心V和料台II-04之间的交换料转换为中转站III和料台II-04之 间交换料，可极大减少加工中心V在上下料过程中的等待时间，提高产线的生产效率。当机器人III 对料台II-04中料盘I-02上的毛坯料进行夹取时，若此前工人在对料盘I-02摆盘时没有将物料摆放 到料盘定位槽中的指定位置或者出现漏摆情况，若机器人III此时进行抓取很可能会发生“夹空”， “掉落”等意外情况。所以在机器人III控制夹爪III-01对物料夹取之前，会先通过激光检测器 III-02-05对料台II-04中料盘上的毛坯料进行位置检测，检测合格则抓取，不合格则报警。

当需要检测时气缸III-02-01带动顶杆III-02-03将防尘端盖III-02-04进行检测，检测完毕 后气缸III-02-01带动顶杆III-02-03收回，在复位弹簧III-02-02的作用下防尘端盖III-02-04 关闭。当机器人III将中转站III中的成品料和料台II-04上的毛坯料交换完毕后，机器人III回到 安全位置等待。当加工中心V完成当前生产周期后，加工中心控制多工位气检液压夹具V-01打开， 同时向计算机发送结束信号，计算机收到信号后控制气缸V-05、气缸V-10将加工中心V的防护门打 开。当防护门完全打开后接近出接近传感器V-09和接近传感器V-06将信号传输给计算机，计算机控 制机器人III将加工中心内夹具上V-01成品料和中转站上的毛坯料进行更换。

机器人III将毛坯刀具物料I放置在定位台V-01-01上定位时，若定位台V-01-01上存在切屑， 则会导致毛坯刀具物料I定位不准确。为了避免这种情况，在机器人III放置毛坯料I-02之前，会 先通过喷气嘴III-04清理切屑。机器人III将加工中心内的成品料和中转站上的毛坯料更换完毕后， 退回到安全区域，随后计算机控制气缸将加工中心防护门关闭。完全关闭后接近传感器V-08和接近 传感器V-07，将信号传给计算机。随后加工中心控制夹具夹紧工件，并通过对检测夹具内部气检管 路中气压辨别物料是否被可靠的定位夹紧。若物料的定位夹紧符合加工要求那么计算机控制加工中心 进行加工，若不符合，则不加工并报警，通知工人调整维修。同时在接下来的工序中机器人III会自 动忽略此台异常加工中心对其余正常加工中心继续进行作业，最大程度的保证了产线的生产效率。

为了使多工位气检液压夹具V-01对物料实现可靠夹紧，须计算加工中心V切削力的大小，并根 据切削力来调整液压站V-04提供的油液压力。切削力的指数公式是通过大量实验，由测力仪测得切 削力后，所得数据用数学方法进行处理，就可以得出计算切削力的经验公式。根据铣削力计算的经验 公式：

式(3)中，F铣削力，C_P铣刀类型系数，a_p铣削深度，f_z每齿进给量，d铣刀直径，B铣削宽度， Z铣刀齿数，K_P修正系数。

液压泵将液压油通过系统内部液压管路输送到液压缸后，液压油将压力作用于液压活塞杆 V-01-07底部，活塞杆底部与液压油的有效接触面积为S，在压力的作用下，上方夹紧机构对工件实 施夹紧，F₁为液压缸活塞杆作用给上夹紧臂V-01-06的力，L₁为F₁作用点和上夹紧臂上销轴定位孔轴 线之间的直线距离，F₂为v型夹紧块V-01-05作用在工件上的夹紧力，L₂为夹紧时上夹紧臂销轴定位 孔轴线和工件对上夹紧臂反作用力作用点的直线距离，则根据静力平衡方程：

∑M＝0 F₁L₁＝F₂L₂ (4)

可得F₁＝F₂L₂/L₁ (5)

因为上方夹紧机构呈45°倾斜状安装于夹具底座上，故夹紧时v型夹紧块V-01-05作用在工件 上方的分力F₁'和侧方的分力F₂'为：

F₁'＝F₂'＝F₂cos45° (6)

由以上分析得在进行工件加工的夹紧临界状态时：

F＝F₁'＝F₂'＝F₂cos45° (7)

因此：

将F₂代入式(5)中可得：

因此液压站V-04需要提供的油液压力P至少为：

在生产过程中，为了保证刀具物料I-01的生产质量，需要对加工中心刀具进行全方位精确检测， 对断刀或磨损过大的刀具及时发现及时更换，故特设刀具在机检测系统VI。由于加工中心V的刀具 种类较多，不同种类的刀具对应不同的刀长和直径，故当加工中心V处于加工间隙，计算机会同时执 行两个程序：计算机控制加工中心主轴带动刀具提升至预先设定的检测高度并控制刀具转动；计算机 通过刀库中刀具编号识别出当前的刀具型号，并通过电机丝杠模块VI-01-01带动升降台VI-01-04 和连接板将图像采集装置VI-03-03升降到预先设定的检测高度(工业相机VI-03-13-02对刀具侧刃 拍摄时的位置高度)。伸缩杆VI-01-02与升降台VI-01-04相连，随升降台VI-01-04伸缩，起到定 位扶正的作用。

以上两个程序执行完毕后，转动机构VI-01-03将图像采集装置VI-03-03转至检测区域对刀具 侧刃、刀具端面、刀具直径的图像进行采集和检测。导向盘VI-03-01固定在外齿回转轴承VI-03-04 外圈正上方，外齿回转轴承VI-03-04内圈固定在圆形固定板VI-03-05上。同时弧形连杆VI-03-09 通过轴肩螺钉VI-03-02固定在外齿回转轴承VI-03-04内圈上，并且弧形连杆VI-03-09可以绕轴肩 螺钉VI-03-02转动。在弧形连杆VI-03-09另一端，双轴滑块VI-03-09通过轴肩螺钉VI-03-10固定 在弧形连杆VI-03-09上，且双轴滑块VI-03-09可以绕轴肩螺钉VI-03-10转动，安装完毕后双轴滑 块VI-03-09的双杆穿过导向槽VI-03-0101、VI-03-0102与托板VI-03-12下方的安装孔过渡配合， 同时刀具侧刃及直径图像采集机构VI-03-13通过螺钉固定在托板之上。上述零件构成了一个曲柄滑 块机构，当调速电机VI-03-06通过凸台齿轮VI-03-03带动外齿回转轴承VI-03-04外圈转动时，导 向盘VI-03-01和外齿回转轴承VI-03-04内圈发生相对转动，此时双轴滑块VI-03-09带动刀具侧刃 及直径图像采集机构VI-03-13沿导向盘径向运动，实现对不同直径刀具侧刃和刀具直径图像采集时 的粗调。其中刀具侧刃及直径图像采集机构VI-03-13中的电机丝杠模块VI-03-13-03可实现对不同 规格刀具侧刃和刀具直径图像采集时的微调，工业相机VI-03-13-02拍摄过程中，亮度可调环形光源 VI-03-13-01可根据不同的焦距调整光照强度进一步保证图像的清晰度。对于刀具端面图像的采集， 通过之前电机丝杠模块VI-01-01带动图像采集装置VI-03-03的升降，可以实现对不同规格刀具端面 图像采集时的粗调，通过铰链升降机构VI-03-07-03带动工业相机VI-03-07-02的升降实现对不同规 格刀具端面图像采集时的微调，亮度可调环形光源VI-03-13-01可根据不同焦距调整光照强度进一步 保证图像的清晰度。检测结束后，计算机控制驱动装置VI-01带动连接板VI-02和图像采集装置IV 恢复到原来的安全位置，从而使刀具在机检测系统不工作时，不影响加工中心的正常工作。计算机通 过对采集到的图像进行分析，若发现刀具的磨损量处于正常范围则控制加工中心继续执行后续加工， 若刀具磨损量超出事先预设的门槛值，则计算机控制产线报警，并暂停加工中心。

防护围栏内部区域为机器人III工作区域，当机器人III正在进行作业，此时工人若进入防护 围栏，很可能被正在作业的机器人III击伤，造成人身安全事故。故为了避免所述情况发生，三扇安 全门VII-01上都安装有安全门插销VII-01-04和安全门插座VII-01-04，只有当三个安全门VII-01 都关闭，即三个安全门插销VII-01-06都插入到安全门插座VII-01-05中，此时机器人III才能作业。 只要三扇安全门VII-01中有一扇门打开，那么机器人III会立刻停止作业，同时产线发出报警信号。 考虑到车间环境比较复杂，人员流动量较大，机械作业较多。当机器人III正在作业时，为防止安全 门VII-01被意外打开，在安全门VII-01上安装有金属板VII-01-01和磁力锁VII-01-02。安全门关 闭后，只有通过电磁开关VII-01-03将磁力锁VII-01-02断电后才能够将安全门VII-01打开。

当某一台加工中心出现异常时(刀具磨损过度，刀具物料未被可靠定位夹紧等)，此台加工中 心会向计算机发送错误信号，计算机暂停此加工中心并控制机器人忽略此异常加工中心对其他加工中 心进行作业。此时工人打开安全门VII-07进入防护围栏内部维修，机器人III停止作业，工人会先 关闭异常加工中心前的禁止门VII-02，禁止门关闭后，禁止门插销VII-02-03从禁止门插座VII-02-04 中拔出，禁止门插销VII-02-02插入到禁止门插座VII-02-01中，同时将工人维修区域与机器人工作 区域隔离开，保证工人维修时的人身安全。此时线路中会通过禁止门安全插座将与其对应的安全门短 接，随后工人启动机器人，此时机器人III会继续忽略此台异常加工中心并对其余加工中心进行作业。 工人维修完成后，先将机器人暂停，随后打开所对应的禁止门VII-02，此时禁止门插销VII-02-04插入禁止门插座VII-02-05中，禁止门插销VII-02-03从禁止门插座VII-02-02中拔出，同时此禁止 门所对应的安全门接入电路，磁力锁VII-01-02得电，随后工人关闭安全门并且启动机器人，此时机 器人III会识别出异常加工中心已维修完毕，可以对其继续作业。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本 申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，包括料盘层叠装配体、物料管理系统、机器人、中转站、加工中心、刀具在机检测系统和防护围栏，物料管理系统和多台加工中心以机器人为中心沿周向均匀布置；加工中心与防护围栏之间设置中转站，刀具在机检测系统与加工中心连接；

其中，料盘层叠装配体用于承载不同型号的刀具物料，物料管理系统能够将输入的盛有毛坯物料的料盘层叠装配体拆垛，形成单个料盘向机器人供料；并能够将盛有成品物料的料盘码垛，输出盛有成品物料的料盘层叠装配体；机器人用于实现料台、中转站和加工中心之间的物料交换；

加工中心内部安装用于夹紧物料的多工位气检液压夹具，通过多工位气检液压夹具能够检测物料的定位夹紧状态；刀具在机检测系统能够在有限的加工中心内部空间中对刀具物料进行精确在机检测。

2.根据权利要求1所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述料盘层叠装配体包括多个堆叠在一起的料盘，料盘上加工有多个工位，每一工位中设有若干用于限定物料位置的定位槽；所述料盘表面设有料盘定位块，料盘定位块下方设有与料盘定位块相适配的料盘定位槽。

3.根据权利要求1所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述物料管理系统包括料盘输入输出平台、料盘提升平台、料盘抓放平台、料台和料盘下放平台，料盘提升平台和料盘下放平台嵌入在料盘输入输出平台中；料台设置于料盘输入输出平台后方，料盘输入输出平台和料台上方布置有料盘抓放平台。

4.根据权利要求3所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述料盘输入输出平台包括皮带输入模块、皮带输出模块和多个漫反射传感器，皮带输入模块、皮带输出模块并排安装；皮带输入模块和皮带输出模块上方设置有多个漫反射传感器；漫反射传感器连接计算机，计算机通过分析漫反射传感器传输的信号控制物料管理系统进行拆垛和码垛；皮带输出模块侧方设置有漫反射传感器，用于检测成品物料是否被完全输出。

5.根据权利要求3所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述料盘提升平台包括电机丝杠模块、料盘支撑台和皮带辅助机构，电机丝杠模块与料盘支撑台相连，且电机丝杠模块能够带动料盘支撑台升降；皮带辅助机构布置在料盘支撑台下方；电机丝杠模块侧面安装光电传感器，料盘支撑台侧面安装触发片，通过对触发片位置进行检测来控制料盘支撑台进料；料盘支撑台上安装有漫反射传感器，用于检测毛坯物料是否输入到位。

6.根据权利要求3所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述料盘抓放平台包括料盘抓放机械手、X轴位移模块、Z轴位移模块和Y轴位移模块，料盘抓放机械手和Z轴位移模块相连，Z轴位移模块通过Y轴位移模块与X轴位移模块相连；所述料台包括上层料盘推拉模块和下层料盘推拉模块，上层料盘推拉模块安装在下层料盘推拉模块上方，双层料盘推拉模块可交替式向机器人供料；所述料盘下放平台包括电机丝杠模块、料盘支撑台、减摩皮带机构，料盘支撑台与电机丝杠模块相连，减摩皮带机构布置在料盘支撑台下方；料盘支撑台一侧安装有触发片，电机丝杠模块侧面安装有光电传感器，计算机通过光电传感器检测触发片位置，以控制料盘支撑台出料。

7.根据权利要求1所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述机器人包括多个均匀布置的夹爪，夹爪后方安装有喷气嘴；夹爪之间安装有激光检测装置；所述激光检测装置包括激光检测器，激光检测器前端安装有能够开合的防尘端盖。

8.根据权利要求1所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述刀具在机检测系统包括驱动装置、连接板、图像采集装置，连接板一端与驱动装置相连，驱动装置可带动连接板转动，也可带动连接板上下移动；图像采集装置安装于连接板另一端，用于采集刀具的图像信息。

9.根据权利要求8所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述驱动装置包括电机丝杠模块、升降台、转动机构和伸缩杆，升降台与电机丝杠模块相连；转动机构固定在升降台上方并与连接板相连，多个伸缩杆连接升降台；升降台4下方安装有环形滑轨，环形滑轨通过滑台与连接板相连；所述图像采集装置包括刀具侧刃及直径图像采集机构、刀具端面图像采集机构和焦距调节机构，刀具侧刃及直径图像采集机构固定于焦距调节机构上方，刀具端面图像采集机构安装于焦距调节机构中心位置。

10.根据权利要求1所述的加工车刀刀头型腔的自动拆码垛上下料智能自检生产线，其特征在于，所述防护围栏与加工中心相对应的侧面设置安全门和禁止门，安全门用于将机器人作业区和人工作业区隔离开，禁止门用于将异常加工中心从产线隔离出来。

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