CN117289654A - 智能生产线的智能检测单元的结构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能生产线设备技术领域，具体涉及智能生产线的智能检测单元的结构及控制方法，包括三段基础输送模块、上下料与在线检测模块和大数据平台信息系统，所述上下料与在线检测模块包括机器人底座、工业机器人、手爪库台、测量平台、在线检测系统和输送型AGV对接机构，与传统的检测单元整体定制相比，设计周期、工程实施周期及成本大幅度下降，单元的可靠性显著提高，故障率下降且故障维修时间明显缩短，该单元符合面向多品种变批量的智能制造需求，同时组合到智能生产线也非常便捷。

Description

智能生产线的智能检测单元的结构及控制方法

技术领域

本发明属于智能生产线设备技术领域，具体涉及智能生产线的智能检测单元的结构及控制方法。

背景技术

目前，离散工业智能生产线普遍采用定制生产线，使得智能生产线设计周期长、工程实施难度大且时间长、维护维修麻烦，导致智能生产线成本高、生产过程常出问题，影响了智能生产线的推广。随着产业转型升级速度的加快，企业特别是广大的中小企业迫切需要通用性强、设计与实施周期短、成本低、柔性化的相对通用的智能生产线，同时要解决生产线的效率与柔性的矛盾。围绕企业的新需求，我们开发了一种由三段基础输送模块加应用模块组成的智能应用单元系列，智能检测单元就是其中一例，经多次应用取得了好的效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了智能生产线的智能检测单元的结构及控制方法。

本发明提供了如下的技术方案：

智能生产线的智能检测单元的结构，包括三段基础输送模块、上下料与在线检测模块和大数据平台信息系统，所述上下料与在线检测模块包括机器人底座、工业机器人、手爪库台、测量平台、在线检测系统和输送型AGV对接机构；

所述工业机器人和手爪库台均设置在机器人底座上，机器人底座安装在三段基础输送模块侧边，所述测量平台设置在工业机器人正下方，所述在线检测系统包括工业机器人、复合测头和测量软件，所述工业机器人具有自动上下料、在线检测双重功能，且工业机器人与在线检测系统电性连接；

所述工业机器人的手腕处上安装有复合测头，所述复合测头包括激光传感器、视觉传感器A和气动三爪，所述激光传感器、视觉传感器A合气动三爪按固定角度安装在工业机器人的手腕处，所述激光传感器合视觉传感器A用于测量加工工件的几何尺寸、形位公差和表面缺陷，所述气动三爪用于完成生产线与测量平台间的工件自动上下料；

所述三段基础输送模块包括机架系统、控制柜系统和托盘，所述机架系统包括第一输送带、第二输送带、第三输送带、换道器、输送带传感与控制一和输送带传感与控制三。

优选地，所述第一输送带、第二输送带和第三输送带均包括直流电机、传输带、滚轮和控制器，所述换道器包括牛眼滚珠、换道块、弹簧、旋转气缸和支架；

所述输送带传感与控制一包括2个托盘到位传感器一和2个托盘挡块一，所述输送带传感与控制三包括工件有无传感器、托盘到位传感器三、RFID读写器、托盘挡块三、视觉传感器、固定支架和光源；

所述控制柜系统包括可编程序控制器、工业机器人控制器、工业机器人驱动器、工业网关、可控电源、人机交互界面、按钮旋钮、电网气一体化接头组件和接线端子；

所述托盘包括料盘、RFID传感器电子标签、到位感应器和支柱。

优选地，所述托盘挡块三和托盘挡块一均包括立块、弹簧、直线气缸和支架，所述换道块中间设置有换道通路。

优选地，所述料盘用于待加工的工件的放置，且料盘放置在托盘上，托盘承载工件在传输带上流转。

优选地，所述手爪库台包含本次检测需要的不同类型、不同规格的气动手爪。

优选地，所述工件有无传感器、托盘到位传感器三、托盘挡块三和视觉传感器构成本模块工艺工位。

优选地，所述上下料与在线检测模块一侧设置有输送型AGV对接机构，所述输送型AGV对接机构上安装有次品箱。

一种根据所述智能生产线的智能检测单元的控制方法，具体步骤如下：

当放有工件的托盘通过三段基础输送模块到达工艺工位时，该模块可编程序控制器采集到托盘到位传感器三的到位信号后，可编程序控制器发出控制信号，控制直线气缸动作，使托盘挡块三挡住托盘运动，同时可编程序控制器采集工件有无传感器信息，检测托盘上有无工件，若无工件，则可编程序控制器发出控制信号，控制直线气缸动作，让托盘挡块三下降，托盘继续流转，相关生产数据由可编程序控制器发出，经本单元工业网关输送到大数据平台信息系统；

若有工件，则RFID读写器读出托盘上RFID传感器电子标签上记录的工件工艺与生产信息，视觉传感器采集料盘上工件的二维码，RFID读写器将读出的信息与视觉传感器采集的二维码信息经本模块的工业网关送至大数据平台信息系统、可编程序控制器，经可编程序控制器处理后，发送至工业机器人控制器和在线检测系统，工业机器人控制器和在线检测系统分别从各自应用程序库中选择本批次运行的程序，并在人机交互界面显示，可编程序控制器对工业机器人发出启动信号，工业机器人先作为上下料机器人把工件从托盘上抓取、运送、放置到测量平台上，然后作为测量机器人采集测量需要的数据，最后又作为上下料机器人将测量好的工件按正品、次品从测量平台抓取、运送、放置到托盘上或次品箱内；

具体检测过程如下：

1）上料过程：此阶段工业机器人是上料机器人，可编程序控制器得到待测工件已到达本单元工艺工位信息后，可编程序控制器经本单元工业网关向工业机器人发出控制信息，启动上料工作；工业机器人先判断手爪类型是否合适抓取待测工件，若合适，工业机器人控制气动手爪直接移动到托盘上方，从托盘上抓取工件，搬运并放置在测量平台上，若不合适，则工业机器人先自动去快换手爪，换上合适的气动手爪后，工业机器人直接移动到托盘上方，从托盘上抓取工件，搬运并放置在测量平台上；

2）测量过程：此阶段工业机器人是测量机器人，可编程序控制器得到工件已在测量平台上信息后，可编程序控制器向工业机器人发出控制信息，启动在线检测工作，首先，复合测头中的激光传感器转到工作位并工作，激光传感器在工业机器人的带动下，采集测量需要的数据，其次，复合测头中视觉传感器A转到工作位并工作，激光传感器停止工作，视觉传感器A在工业机器人的带动下，采集测量需要的数据，然后，将采集的数据送至检测系统计算处理，最后，按要求给出检测指标值，检测完成后，一方面将检测结果在人机交互界面上显示，另一方面将所有检测结果数据、检测报告经本单元工业网关上传大数据平台信息系统；

3）下料过程：此阶段工业机器人是下料机器人，可编程序控制器得到工件已检测完成信息后，可编程序控制器经本单元工业网关向工业机器人发出控制信息，启动下料工作，首先，将复合测头的气动三爪转到工作位，工业机器人控制气动三爪去测量平台上抓取已测量好的工件，若是合格品，则将工件搬运、放置到托盘上，若是次品，则将工件搬运、放置到AGV接口机构上的次品箱内；

4）可编程序控制器接收、处理大数据平信息系统下发下个工艺位是否“忙”的信息，若忙，则可编程序控制器控制托盘挡块三保持原状；若不忙，则可编程序控制器发出控制信号，控制直线气缸动作，让托盘挡块三下降，托盘继续向下一个工位移动，同时可编程序控制器通过工业网关向大数据平信息系统发送工件已检测完毕且本工艺工位已空信息。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明由三段基础输送模块、上下料与在线检测应用模块、大数据平台信息系统等组成的智能检测单元，只有少量工装机构需要定制外，都采用标准设备，与传统的检测单元整体定制相比，设计周期、工程实施周期及成本大幅度下降，单元的可靠性显著提高，故障率下降且故障维修时间明显缩短；该单元符合面向多品种变批量的智能制造需求，同时组合到智能生产线也非常便捷。

附图说明

图1为本发明智能检测单元的整体结构图；

图2为本发明三段基础输送模块的整体结构图；

图3为本发明三段基础输送模块的主视图；

图4为本发明三段基础输送模块的托盘结构示意图；

图5为本发明智能检测单元的局部模块图。

图中标记如下：

1-三段基础输送模块；101-第一输送带；102第二输送带；103-第三输送带；104-工件有无传感器；105-托盘；106-换道块；107-人机交互界面；108-视觉传感器；109-机架系统；110-换道通路；111-牛眼滚珠；112-RFID读写器；113-托盘到位传感器三；114-托盘挡块三；115-按钮旋钮；116-控制柜系统；117-电气网一体化接头组件；118-可控电源；119-工业网关；120-可编程序控制器；121-托盘到位传感器一；122-托盘挡块一；123-料盘；124-RFID传感器电子标签；125-到位感应器；126-支柱；2-上下料与在线检测模块；201-机器人底座；202-工业机器人；203-手爪库台；204-气动手爪；205-激光传感器；206-视觉传感器A；207-复合测头；208-测量平台；209-输送型AGV对接机构。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而非全部。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

智能生产线的智能检测单元的结构，包括三段基础输送模块1、上下料与在线检测模块2和大数据平台信息系统，所述上下料与在线检测模块2包括机器人底座201、工业机器人202、手爪库台203、测量平台208、在线检测系统和输送型AGV对接机构209；

所述工业机器人202和手爪库台203均设置在机器人底座201上，机器人底座201安装在三段基础输送模块1侧边，所述测量平台208设置在工业机器人202正下方，所述在线检测系统包括工业机器人202、复合测头207和测量软件，所述工业机器人202具有自动上下料、在线检测双重功能，且工业机器人202与在线检测系统电性连接；

所述工业机器人202的手腕处上安装有复合测头207，所述复合测头207包括激光传感器205、视觉传感器A206和气动三爪204，所述激光传感器205、视觉传感器A206合气动三爪204按固定角度安装在工业机器人202的手腕处，所述激光传感器205合视觉传感器A206用于测量加工工件的几何尺寸、形位公差和表面缺陷，所述气动三爪204用于完成生产线与测量平台208间的工件自动上下料；

所述三段基础输送模块1包括机架系统109、控制柜系统116和托盘105，所述机架系统109包括第一输送带101、第二输送带102、第三输送带103、换道器、输送带传感与控制一和输送带传感与控制三。

所述第一输送带101、第二输送带102和第三输送带103均包括直流电机、传输带、滚轮和控制器，所述换道器包括牛眼滚珠111、换道块106、弹簧、旋转气缸和支架，所述换道块106中间设置有换道通路110；

所述输送带传感与控制一包括2个托盘到位传感器一121和2个托盘挡块一122，所述输送带传感与控制三包括工件有无传感器104、托盘到位传感器三113、RFID读写器112、托盘挡块三114、视觉传感器108、固定支架和光源；

所述控制柜系统116包括可编程序控制器120、工业机器人控制器、工业机器人驱动器、工业网关119、可控电源118、人机交互界面108、按钮旋钮115、电网气一体化接头组件117和接线端子；

所述托盘105包括料盘123、RFID传感器电子标签124、到位感应器125和支柱126。

所述托盘挡块三114和托盘挡块一122均包括立块、弹簧、直线气缸和支架。

所述料盘123用于待加工的工件的放置，且料盘123放置在托盘105上，托盘105承载工件在传输带上流转。

所述手爪库台203包含本次检测需要的不同类型、不同规格的气动手爪204。

所述工件有无传感器104、托盘到位传感器三113、托盘挡块三114和视觉传感器108构成本模块工艺工位。

所述上下料与在线检测模块2一侧设置有输送型AGV对接机构209，所述输送型AGV对接机构209上安装有次品箱。

一种根据所述智能生产线的智能检测单元的控制方法，具体步骤如下：

当放有工件的托盘105通过三段基础输送模块1到达工艺工位时，该模块可编程序控制器120采集到托盘到位传感器三113的到位信号后，可编程序控制器113发出控制信号，控制直线气缸动作，使托盘挡块三114挡住托盘105运动，同时可编程序控制器120采集工件有无传感器104信息，检测托盘105上有无工件，若无工件，则可编程序控制器120发出控制信号，控制直线气缸动作，让托盘挡块三114下降，托盘105继续流转，相关生产数据由可编程序控制器120发出，经本单元工业网关119输送到大数据平台信息系统；

若有工件，则RFID读写器112读出托盘105上RFID传感器电子标签124上记录的工件工艺与生产信息，视觉传感器108采集料盘123上工件的二维码，RFID读写器112将读出的信息与视觉传感器108采集的二维码信息经本单元的工业网关119送至大数据平台信息系统、可编程序控制器120，经可编程序控制器120处理后，发送至工业机器人控制器和在线检测系统，工业机器人控制器和在线检测系统分别从各自应用程序库中选择本批次运行的程序，并在人机交互界面107显示，可编程序控制器120对工业机器人202发出启动信号，工业机器人202先作为上下料机器人把工件从托盘105上抓取、运送、放置到测量平台208上，然后作为测量机器人采集测量需要的数据，最后又作为上下料机器人将测量好的工件按正品、次品从测量平台208抓取、运送、放置到托盘105上或次品箱内；

具体检测过程如下：

1）上料过程：此阶段工业机器人202是上料机器人，可编程序控制器120得到待测工件已到达本单元工艺工位信息后，可编程序控制器120经本单元工业网关119向工业机器人202发出控制信息，启动上料工作；工业机器人202先判断手爪类型是否合适抓取待测工件，若合适，工业机器人202控制气动手爪204直接移动到托盘105上方，从托盘105上抓取工件，搬运并放置在测量平台208上，若不合适，则工业机器人202先自动去快换手爪，换上合适的气动手爪204后，工业机器人202直接移动到托盘105上方，从托盘105上抓取工件，搬运并放置在测量平台208上；

2）测量过程：此阶段工业机器人202是测量机器人，可编程序控制器120得到工件已在测量平台208上信息后，可编程序控制器120向工业机器人202发出控制信息，启动在线检测工作，首先，复合测头207中的激光传感器205转到工作位并工作，激光传感器205在工业机器人202的带动下，采集测量需要的数据，其次，复合测头207中视觉传感器A206转到工作位并工作，激光传感器205停止工作，视觉传感器A206在工业机器人202的带动下，采集测量需要的数据，然后，将采集的数据送至检测系统计算处理，最后，按要求给出检测指标值，检测完成后，一方面将检测结果在人机交互界面107上显示，另一方面将所有检测结果数据、检测报告经本单元工业网关119上传大数据平台信息系统；

3）下料过程：此阶段工业机器人202是下料机器人，可编程序控制器120得到工件已检测完成信息后，可编程序控制器120经本单元工业网关119向工业机器人202发出控制信息，启动下料工作，首先，将复合测头207的气动三爪204转到工作位，工业机器人202控制气动三爪204去测量平台208上抓取已测量好的工件，若是合格品，则将工件搬运、放置到托盘105上，若是次品，则将工件搬运、放置到AGV接口机构210上的次品箱内；

4）可编程序控制器120接收、处理大数据平信息系统下发下个工艺位是否“忙”的信息，若忙，则可编程序控制器120控制托盘挡块三114保持原状；若不忙，则可编程序控制器120发出控制信号，控制直线气缸动作，让托盘挡块三114下降，托盘105继续向下一个工位移动，同时可编程序控制器120通过工业网关119向大数据平信息系统发送工件已检测完毕且本工艺工位已空信息。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.智能生产线的智能检测单元的结构，包括三段基础输送模块（1）、上下料与在线检测模块（2）和大数据平台信息系统，其特征在于：所述上下料与在线检测模块（2）包括机器人底座（201）、工业机器人（202）、手爪库台（203）、测量平台（208）、在线检测系统和输送型AGV对接机构（209）；

所述工业机器人（202）和手爪库台（203）均设置在机器人底座（201）上，机器人底座（201）安装在三段基础输送模块（1）侧边，所述测量平台（208）设置在工业机器人（202）正下方，所述在线检测系统包括工业机器人（202）、复合测头（207）和测量软件，所述工业机器人（202）具有自动上下料、在线检测双重功能，且工业机器人（202）与在线检测系统电性连接；

所述工业机器人（202）的手腕处上安装有复合测头（207），所述复合测头（207）包括激光传感器（205）、视觉传感器A（206）和气动三爪（204），所述激光传感器（205）、视觉传感器A（206）和气动三爪（204）按固定角度安装在工业机器人（202）的手腕处，所述激光传感器（205）和视觉传感器A（206）用于测量加工工件的几何尺寸、形位公差和表面缺陷，所述气动三爪（204）用于完成生产线与测量平台（208）间的工件自动上下料；

所述三段基础输送模块（1）包括机架系统（109）、控制柜系统（116）和托盘（105），所述机架系统（109）包括第一输送带（101）、第二输送带（102）、第三输送带（103）、换道器、输送带传感与控制一和输送带传感与控制三。

2.根据权利要求1所述智能生产线的智能检测单元的结构，其特征在于：所述第一输送带（101）、第二输送带（102）和第三输送带（103）均包括直流电机、传输带、滚轮和控制器，所述换道器包括牛眼滚珠（111）、换道块（106）、弹簧、旋转气缸和支架，所述换道块（106）中间设置有换道通路（110）；

所述输送带传感与控制一包括2个托盘到位传感器一（121）和2个托盘挡块一（122），所述输送带传感与控制三包括工件有无传感器（104）、托盘到位传感器三（113）、RFID读写器（112）、托盘挡块三（114）、视觉传感器（108）、固定支架和光源；

所述控制柜系统（116）包括可编程序控制器（120）、工业机器人控制器、工业机器人驱动器、工业网关（119）、可控电源（118）、人机交互界面（108）、按钮旋钮（115）、电网气一体化接头组件（117）和接线端子；

所述托盘（105）包括料盘（123）、RFID传感器电子标签（124）、到位感应器（125）和支柱（126）。

3.根据权利要求2所述智能生产线的智能检测单元的结构，其特征在于：所述托盘挡块三（114）和托盘挡块一（122）均包括立块、弹簧、直线气缸和支架。

4.根据权利要求2所述智能生产线的智能检测单元的结构，其特征在于：所述料盘（123）用于待加工的工件的放置，且料盘（123）放置在托盘（105）上，托盘（105）承载工件在传输带上流转。

5.根据权利要求1所述智能生产线的智能检测单元的结构，其特征在于：所述手爪库台（203）包含本次检测需要的不同类型、不同规格的气动手爪（204）。

6.根据权利要求2所述智能生产线的智能检测单元的结构，其特征在于：所述工件有无传感器（104）、托盘到位传感器三（113）、托盘挡块三（114）和视觉传感器（108）构成本模块工艺工位。

7.根据权利要求1所述智能生产线的智能检测单元的结构，其特征在于：所述上下料与在线检测模块（2）一侧设置有输送型AGV对接机构（209），所述输送型AGV对接机构（209）上安装有次品箱。

8.一种根据权利要求1至7任意一项所述智能生产线的智能检测单元的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

当放有工件的托盘（105）通过三段基础输送模块（1）到达工艺工位时，该模块可编程序控制器（120）采集到托盘到位传感器三（113）的到位信号后，可编程序控制器（113）发出控制信号，控制直线气缸动作，使托盘挡块三（114）挡住托盘（105）运动，同时可编程序控制器（120）采集工件有无传感器（104）信息，检测托盘（105）上有无工件，若无工件，则可编程序控制器（120）发出控制信号，控制直线气缸动作，让托盘挡块三（114）下降，托盘（105）继续流转，相关生产数据由可编程序控制器（120）发出，经本单元工业网关（119）输送到大数据平台信息系统；

若有工件，则RFID读写器（112）读出托盘（105）上RFID传感器电子标签（124）上记录的工件工艺与生产信息，视觉传感器（108）采集料盘（123）上工件的二维码，RFID读写器（112）将读出的信息与视觉传感器（108）采集的二维码信息经本单元的工业网关（119）送至大数据平台信息系统、可编程序控制器（120），经可编程序控制器（120）处理后，发送至工业机器人控制器和在线检测系统，工业机器人控制器和在线检测系统分别从各自应用程序库中选择本批次运行的程序，并在人机交互界面（107）显示，可编程序控制器（120）对工业机器人（202）发出启动信号，工业机器人（202）先作为上下料机器人把工件从托盘（105）上抓取、运送、放置到测量平台（208）上，然后作为测量机器人采集测量需要的数据，最后又作为上下料机器人将测量好的工件按正品、次品从测量平台（208）抓取、运送、放置到托盘（105）上或次品箱内；

具体检测过程如下：

1）上料过程：此阶段工业机器人（202）是上料机器人，可编程序控制器（120）得到待测工件已到达本单元工艺工位信息后，可编程序控制器（120）经本单元工业网关（119）向工业机器人（202）发出控制信息，启动上料工作；工业机器人（202）先判断手爪类型是否合适抓取待测工件，若合适，工业机器人（202）控制气动手爪（204）直接移动到托盘（105）上方，从托盘（105）上抓取工件，搬运并放置在测量平台（208）上，若不合适，则工业机器人（202）先自动去快换手爪，换上合适的气动手爪（204）后，工业机器人（202）直接移动到托盘（105）上方，从托盘（105）上抓取工件，搬运并放置在测量平台（208）上；

2）测量过程：此阶段工业机器人（202）是测量机器人，可编程序控制器（120）得到工件已在测量平台（208）上信息后，可编程序控制器（120）向工业机器人（202）发出控制信息，启动在线检测工作，首先，复合测头（207）中的激光传感器（205）转到工作位并工作，激光传感器（205）在工业机器人（202）的带动下，采集测量需要的数据，其次，复合测头（207）中视觉传感器A（206）转到工作位并工作，激光传感器（205）停止工作，视觉传感器A（206）在工业机器人（202）的带动下，采集测量需要的数据，然后，将采集的数据送至检测系统计算处理，最后，按要求给出检测指标值，检测完成后，一方面将检测结果在人机交互界面（107）上显示，另一方面将所有检测结果数据、检测报告经本单元工业网关（119）上传大数据平台信息系统；

3）下料过程：此阶段工业机器人（202）是下料机器人，可编程序控制器（120）得到工件已检测完成信息后，可编程序控制器（120）经本单元工业网关（119）向工业机器人（202）发出控制信息，启动下料工作，首先，将复合测头（207）的气动三爪（204）转到工作位，工业机器人（202）控制气动三爪（204）去测量平台（208）上抓取已测量好的工件，若是合格品，则将工件搬运、放置到托盘（105）上，若是次品，则将工件搬运、放置到AGV接口机构（210）上的次品箱内；

4）可编程序控制器（120）接收、处理大数据平信息系统下发下个工艺位是否“忙”的信息，若忙，则可编程序控制器（120）控制托盘挡块三（114）保持原状；若不忙，则可编程序控制器（120）发出控制信号，控制直线气缸动作，让托盘挡块三（114）下降，托盘（105）继续向下一个工位移动，同时可编程序控制器（120）通过工业网关（119）向大数据平信息系统发送工件已检测完毕且本工艺工位已空信息。