CN112705984A - 一种自动化换刀注油系统和自动化换刀注油方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种自动化换刀注油系统和自动化换刀注油方法，用作根据信号来源工位的自动进行换刀或者注油操作，自动化换刀注油系统包括AGV、用于识别换刀和/或注油信号来源的识别模块以及控制模块；AGV上设有多轴机械手、油枪和刀具平台；识别模块与控制模块连接并将换刀或者注油信号来源转化成第一指令和第二指令；控制模块与AGV连接，控制模块根据第一指令设定AGV的运行路径，AGV到达信号来源处后，控制模块根据第二指令控制多轴机械手进行换刀或者注油操作。本发明具有自动化程度高、刀具更换效率高、注油快捷的优点。

Description

一种自动化换刀注油系统和自动化换刀注油方法
技术领域
本发明属于自动化生产线技术领域，具体涉及一种利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统和自动化换刀注油方法。
背景技术
随着自动化技术的发展，投入生产的加工中心类型增多的同时，对应涉及到的刀具种类和数量也呈现出倍增的趋势，为机床及时注入润滑油的频次和总量也在不断地增加。
现有技术的换刀过程为：人工去刀具房取刀返回现场，并且比对刀具号和现场的刀具清单，通过操作换刀机构将刀具送入刀库中完成换刀；
现有技术中的注油过程为：人工比对油料编号，先将油料中的油料转入油壶中，再运送至现场，进行注油。
为了避免对产品品质发生影响，目前的做法是人为确认刀具，刀具号，油料编号，进行换刀和注油的操作，但这个过程极容易出现差错，出现撞机，加工工件品质不良，耗费人力，物力及相应维修设备，返修工件等，需要花费的高昂成；
人员需求量大、操作易出错等缺陷已经难以应对高速的自动化生产线的需求。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种自动化换刀注油系统和自动化换刀注油方法，具有自动化程度高、刀具更换效率高、注油快捷的优点。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统，用作根据信号来源工位的自动进行换刀或者注油操作，其包括：
AGV；
用于识别换刀和/或注油信号来源的识别模块；以及
控制模块；
AGV上设有多轴机械手、油枪和刀具平台；
识别模块与控制模块连接并将换刀或者注油信号来源转化成第一指令和第二指令；
控制模块与AGV连接，控制模块根据第一指令设定AGV的运行路径，AGV到达信号来源处后，控制模块根据第二指令控制多轴机械手进行换刀或者注油操作。
在本发明的上述技术方案中，识别模块可以一次单个或者多个识别换刀和/或注油信号的来源工位，并将其转化为相应的第一指令组和第二指令组，控制模块根据第一指令组的信号综合判断AGV的运行路径，优选以AGV的行驶路径长度、多个来源工位机床加工中心周期循环的剩余时间和所需更换的刀具寿命临界值大小(注油操作根据注油周期的时间临界值)判断多个来源工位的先后操作顺序，待AGV到达信号来源工位处后，控制模块根据第二指令控制多轴机械手进行换刀或者注油操作。
其中识别模块所发出的第二指令可以是换刀指令，也可以是注油指令，还可以是换刀指令+注油指令，待其传递至控制模块后进行转化成相应的换刀控制信号和/或注油控制信号。
根据本发明的另一种具体实施方式，进一步包括视觉定位模块，视觉定位模块设置在AGV上，视觉定位模块能够对AGV和/或多轴机械手提供三维坐标定位。
其中视觉定位模块优选能够进行拍照识别(图像采集)、刀具ID识别、基准位置识别等，以精准的提供刀具或者注油口的精准位置。
此外视觉定位模块进行识别后还能够将其所获得数据例如照片数据、刀具ID传递至控制模块进行刀具和所注油脂的核对。
根据本发明的另一种具体实施方式，多轴机械手的末端设有连接座、刀具手指、两组驱动组件，驱动组件包括L形的转动座、呈三角形布置的平衡连杆组以及推杆，转动座包括第一边和第二边，刀具手指可拆卸地设置在第一边上，平衡连杆组的第一角部铰接在连接座上，平衡连杆组的第二角部铰接在转动座的转角处，推杆的一端铰接在连接座上，推杆的另一端铰接在第二边上。
根据本发明的另一种具体实施方式，驱动组件还包括随动连杆和滑块，滑块滑动设置在连接座上，随动连杆的一端铰接在平衡连杆组的第三角部，随动连杆的另一端铰接在滑块上。
本发明基于柔性化设计换刀结构，根据现场所用刀具的刀杯具有不同的直径，通过更换刀具手指进行适配不同直径系列的刀杯，从而使用不同刀具的更换。
另一方面，本发明提供一种自动化换刀注油方法，其包括：
通过识别模块获取换刀或者注油信号的来源工位，识别模块发出第一指令和第二指令至控制模块；
控制模块根据第一指令设定AGV的运行路径，控制AGV到达相应的来源工位处；
控制模块根据第二指令控制AGV上的多轴机械手进行换刀或者注油操作。
根据本发明的另一种具体实施方式，换刀操作为：通过视觉定位模块确定刀具的三维坐标后，多轴机械手启动将需要更换的刀具从机床换刀平台取下并放置于刀具平台上，然后多轴机械手抓取替换的刀具逆向运行将替换的刀具放入机床换刀平台上，控制模块将刀具到位指令传递给机床换刀平台，完成换刀。
根据本发明的另一种具体实施方式，控制模块能够同时接收不同来源工位的多组第一指令和第二指令，控制模块依据AGV的行驶路径长度、多个来源工位机床加工中心周期循环的剩余时间和所需更换的刀具寿命临界值大小判断多个来源工位的先后操作顺序。
根据本发明的另一种具体实施方式，注油操作为：通过视觉定位模块确定注油口位置，多轴机械手启动将油枪与注油口配合，控制模块启动油泵进行定量加注，加注完成后多轴机械手回位，完成注油。
根据本发明的另一种具体实施方式，在单次注油过程通过视觉定位模块持续进行注油口位置识别，并微调油枪放入的角度至最佳。
根据本发明的另一种具体实施方式，在换刀操作的同时通过控制模块检测是否需要注油，以判断是否主动进行注油操作。
本发明具备以下有益效果：
本发明利用AGV作为运载工具能够适用于大面积生产车间进行往复运载，在特定的面积内，充分遵从现有的生产线布局，能够有效提高刀具更换和注油的效率，具有装置简单、成本低、可靠性高、节省人力物力的优点。
本发明能够自动完成换刀过程，完全由程序控制，能够解决多种类多数量刀具更换效率低、易出错的难题以及人工注油费时费力的难题。
本发明采用多轴机械臂以及其上的附件进行刀具的自动取下和自动安装，一方面保证刀具转移过程的稳定性，另一方面能够有效定位，避免定位不准所造成的刀具安装失败的问题。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明自动化换刀注油系统的框架示意图；
图2是本发明AGV的结构示意图；
图3是本发明多轴机械手末端的结构示意图；
图4是本发明显示随动连杆和滑块的示意图；
图5是本发明一种刀具信号来源的示意图；
图6是本发明另一种刀具信号来源的示意图；
图7是本发明又一种刀具信号来源的示意图；
图8是本发明换刀和注油的交互流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
本发明提供了一种利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统，如图1－7所示，用作根据信号来源工位的自动进行换刀或者注油操作，包括AGV、识别模块、视觉定位模块和控制模块。
其中识别模块能够与现场加工中心之间通讯，以获取生产相关的信息，进而识别换刀和/或注油信号来源，
AGV上设有多轴机械手10、油枪20和刀具平台30；
控制模块能够获取AGV的路线实时信息、多轴机械手10的工作状态、储油量的多少等信息，并将上述信息转化为相应的指令以提供控制信号。
具体的识别模块与控制模块通讯连接并将换刀或者注油信号来源转化成第一指令和第二指令，控制模块与AGV连接，控制模块根据第一指令设定AGV的运行路径，AGV到达信号来源处后，控制模块根据第二指令控制多轴机械手10进行换刀或者注油操作。
视觉定位模块设置在AGV上，视觉定位模块能够对AGV和/或多轴机械手10提供三维坐标定位。
其中视觉定位模块优选能够进行拍照识别(图像采集)、刀具ID识别、基准位置识别等，以精准的提供刀具或者注油口的精准位置。
此外视觉定位模块进行识别后还能够将其所获得数据例如照片数据、刀具ID传递至控制模块进行刀具和所注油脂的核对。
本发明一种具体的多轴机械手10的抓取结构如图2－4所示，多轴机械手10的末端设有连接座40、刀具手指50和两组驱动组件60。
驱动组件60包括L形的转动座61、呈三角形布置的平衡连杆组62、推杆63、随动连杆64和滑块65，转动座61包括第一边61a和第二边61b，刀具手指50可拆卸地设置在第一边61a上，平衡连杆组62的第一角部铰接在连接座40上，平衡连杆组62的第二角部铰接在转动座61的转角处，推杆63的一端铰接在连接座40上，推杆63的另一端铰接在第二边61b上；滑块65滑动设置在连接座40上，随动连杆64的一端铰接在平衡连杆组62的第三角部，随动连杆64的另一端铰接在滑块65上。
通过在滑块65上施加动力源(例如气缸或者电机推杆等)可以控制两组转动座61的第一边61a进行转动以夹紧或者放松刀柄d，进而完成相应刀具的更换；刀具手指50是可拆卸的，以便于提供不同直径系列的抓取条件，适配不同直径系列的刀杯。
本实施例中的识别模块可以一次单个或者多个识别换刀和/或注油信号的来源工位，并将其转化为相应的第一指令组和第二指令组，控制模块根据第一指令组的信号综合判断AGV的运行路径，优选以AGV的行驶路径长度、多个来源工位机床加工中心周期循环的剩余时间和所需更换的刀具寿命临界值大小(注油操作根据注油周期的时间临界值)判断多个来源工位的先后操作顺序，待AGV到达信号来源工位处后，控制模块根据第二指令控制多轴机械手进行换刀或者注油操作。
其中识别模块所发出的第一指令可以是基于GPS的位置指令，也可以是预设编号的位置指令，控制模块可以根据第一指令获取到来源工位的位置信息，以进行规划AGV的运行路径。
其中识别模块所发出的第二指令可以是换刀指令，也可以是注油指令，还可以是换刀指令+注油指令，待其传递至控制模块后进行转化成相应的换刀控制信号和/或注油控制信号。
一种具体的换刀流程为：
首先进行异常换刀信号的处理；
判断异常换刀信号是否超过单台AGV单次换刀总数；
如果超过的话，可以采用多台AGV小车进行同时作业或者进行顺序作业，每执行完一次换刀过程后，均再次判断剩余的换刀请求信号，直至处理完当次前往刀具房时所接收到的所有信号；如果还存在异常换刀信号，则该AGV回到刀具房后进行补充需要更换的刀具，重复上述换刀过程；
如果不超过的话，然后判断有无其他正常换刀请求信号；
对正常换刀信号进行排序，按照优先顺序增补刀具直至单台AGV最大换刀数按照刀具信号分类，考虑不同条件的优先级，判断最终的执行顺序；其中这里的优先级例如为：首先处理所有的异常换刀请求，然后处理单台加工中心工序的换刀请求，最后处理刀具寿命到期的换刀请求。
此外，如果存在多个加工中心均具有换刀请求，优先进行同一加工中心的换刀操作，然后再进行其他加工中心的换刀操作。
如图5所示，异常换刀信号超过单台AGV单次换刀总数的示例，刀具信号判断分别为“多工序单机床单把刀”、“多工序单机床单把刀”、“多工序单机床单把刀”、“多工序单机床单把刀”，换刀请求信号解释为：首先信号来自多个不同的工序，其次每个工序有且只有一台机床发出请求，最后每台机床中有且只有一把刀具发出请求，即：工序OP10/20中的刀具C发出换刀请求，工序OP50中的刀具B发出请求，工序OP100中的刀具B发出请求，工序OP140中的刀具A发出请求。
如图6所示，异常换刀信号未超过单台AGV单次换刀总数的示例，刀具信号判断为“单工序单机床单把刀”，换刀请求信号解释为：首先信号来自单个工序，其次该工序有且只有一台机床发出请求，最后改机床中有且只有一把刀具发出换刀请求，即仅有工序OP10/20中的刀具A发出换刀请求。
同理，如图7所示，异常换刀信号未超过单台AGV单次换刀总数的示例，刀具信号判断为“单工序三机床单把刀”，换刀请求信号解释为：首先信号来自单个工序，其次该工序三台机床发出请求，最后这三台机床上分别有且仅有对应的刀具A发出换刀请求，即工序OP10/20中的刀具A发出换刀请求，工序OP50中的刀具B发出请求，工序OP100中的刀具C发出请求。
本实施例中的注油过程可以参考换刀过程，这里不再详细说明。
实施例2
本实施例提供一种自动化换刀注油方法，其采用实施例1的自动换刀注油系统进行实现，包括：
通过识别模块获取换刀或者注油信号的来源工位，识别模块发出第一指令和第二指令至控制模块；
控制模块根据第一指令设定AGV的运行路径，控制AGV到达相应的来源工位处；
控制模块根据第二指令控制AGV上的多轴机械手进行换刀或者注油操作，其中换刀操作和注油操作可以是交替协同进行的，如图8所示。
其中换刀操作为：通过视觉定位模块确定刀具的三维坐标后，多轴机械手启动将需要更换的刀具从机床换刀平台取下并放置于刀具平台上，然后多轴机械手抓取替换的刀具逆向运行将替换的刀具放入机床换刀平台上，控制模块将刀具到位指令传递给机床换刀平台，完成换刀。
具体的，控制模块能够同时接收不同来源工位的多组第一指令和第二指令，控制模块依据AGV的行驶路径长度、多个来源工位机床加工中心周期循环的剩余时间和所需更换的刀具寿命临界值大小判断多个来源工位的先后操作顺序。
其中注油操作为：通过视觉定位模块确定注油口位置，多轴机械手启动将油枪与注油口配合，控制模块启动油泵进行定量加注，加注完成后多轴机械手回位，完成注油。
具体的，在单次注油过程通过视觉定位模块持续进行注油口位置识别，并微调油枪放入的角度至最佳，例如在注油过程中至少进行三个图像采集以核准油枪是否处于最佳位置，并且将其微调至最佳角度以完成注油过程。
本实施例中在换刀操作的同时通过控制模块检测是否需要注油，以判断是否主动进行注油操作，例如该工位接近注油时间，则在换刀完成后进行注油操作，以节省后续再次注油的操作，优选的，剩余时间少于注油周期的一半时即判断需要进行主动注油操作。
本实施例中的优先级操作顺序为：优先满足换刀需求后满足加油请求，具体遵循下列顺序：1)优先处理异常换刀请求；2)处理单台加工中心工序换刀；3)处理正常换刀请求信号；4)处理紧急加油请求信号；5)处理加油预警请求信号。
需要说明的是，一旦AGV开始执行本轮换刀或者注油过程，将不受换刀和注油请求信号影响，待结束单周期的换刀和注油之后，再重新根据换刀和注油信号开启下一周期的换刀和注油过程。
另外，在具有多台AGV同时使用的场景下，同时应答加油请求的AGV优选不超过AGV总数的一半，并且AGV在空闲状态会提前前往油料库房进行储油的处理。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统，用作根据信号来源工位的自动进行换刀或者注油操作，其包括：
AGV；
用于识别换刀和/或注油信号来源工位的识别模块；以及
控制模块；
AGV上设有多轴机械手、油枪和刀具平台；
所述识别模块与所述控制模块连接并将换刀或者注油信号来源转化成第一指令和第二指令；
所述控制模块与AGV连接，所述控制模块根据第一指令设定AGV的运行路径，AGV到达信号来源处后，所述控制模块根据第二指令控制所述多轴机械手进行换刀或者注油操作。
2.如权利要求1所述的利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统，其中，进一步包括视觉定位模块，所述视觉定位模块设置在AGV上，所述视觉定位模块能够对AGV和/或所述多轴机械手提供三维坐标定位。
3.如权利要求1所述的利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统，其中，所述多轴机械手的末端设有连接座、刀具手指、两组驱动组件，所述驱动组件包括L形的转动座、呈三角形布置的平衡连杆组以及推杆，所述转动座包括第一边和第二边，所述刀具手指可拆卸地设置在所述第一边上，所述平衡连杆组的第一角部铰接在所述连接座上，所述平衡连杆组的第二角部铰接在所述转动座的转角处，所述推杆的一端铰接在所述连接座上，所述推杆的另一端铰接在所述第二边上。
4.如权利要求3所述的利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统，其中，所述驱动组件还包括随动连杆和滑块，所述滑块滑动设置在所述连接座上，所述随动连杆的一端铰接在所述平衡连杆组的第三角部，所述随动连杆的另一端铰接在所述滑块上。
5.一种采用权利要求1－4之一所述的利用AGV作为运载工具的自动化换刀注油系统的自动化换刀注油方法，其包括：
通过识别模块获取换刀或者注油信号的来源工位，识别模块发出第一指令和第二指令至控制模块；
控制模块根据第一指令设定AGV的运行路径，控制AGV到达相应的来源工位处；
控制模块根据第二指令控制AGV上的多轴机械手进行换刀或者注油操作。
6.如权利要求5所述的自动化换刀注油方法，其中，换刀操作为：通过视觉定位模块确定刀具的三维坐标后，多轴机械手启动将需要更换的刀具从机床换刀平台取下并放置于刀具平台上，然后多轴机械手抓取替换的刀具逆向运行将替换的刀具放入机床换刀平台上，控制模块将刀具到位指令传递给机床换刀平台，完成换刀。
7.如权利要求6所述的自动化换刀注油方法，其中，控制模块能够同时接收不同来源工位的多组第一指令和第二指令，控制模块依据AGV的行驶路径长度、多个来源工位机床加工中心周期循环的剩余时间和所需更换的刀具寿命临界值大小判断多个来源工位的先后操作顺序。
8.如权利要求5所述的自动化换刀注油方法，其中，注油操作为：通过视觉定位模块确定注油口位置，多轴机械手启动将油枪与注油口配合，控制模块启动油泵进行定量加注，加注完成后多轴机械手回位，完成注油。
9.如权利要求8所述的自动化换刀注油方法，其中，在单次注油过程通过视觉定位模块持续进行注油口位置识别，并微调油枪放入的角度至最佳。
10.如权利要求6所述的自动化换刀注油方法，其中，在换刀操作的同时通过控制模块检测是否需要注油，以判断是否主动进行注油操作。
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