WO2024012151A1 - 一种刀具测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种刀具测试系统及测试方法，刀具测试系统包括刀具管理系统、刀具测试监控系统、刀具预调测试系统以及工控系统、机器人。刀具管理系统用于建立刀具装配任务并发送给刀具测试监控系统；刀具测试监控系统用于建立刀具测量表单并发送到刀具预调测试系统；刀具预调测试系统用于根据刀具测量表单进行测量，并反馈刀具测量结果给刀具测试监控系统，刀具测试监控系统将最终更新后的刀具测量表单发送给刀具管理系统；工控系统用于控制机器人进行机器人辅助测量。刀具测试系统及测试方法适用于数字化车间生产线上机器人辅助对刀仪全自动测量刀具，实现了信息自动集成的刀具测试，有效提高了生产效率，具有较好的实用性。

Description

一种刀具测试系统及测试方法 技术领域

本发明属于刀具测量系统的技术领域，具体涉及一种刀具测试系统及测试方法。

背景技术

现有生产线刀具准备模式需要的操作人员为立体库出库操作2人，刀具装配及拆卸2人，刀具测量2人。而且现有的测量过程未实现全自动宏程序测量，聚焦测量点需要手动，测量时间长，准确度依靠人工判断，且需要二次校对测量。实现后的刀具测试系统可刀具测量过程的高效，高精度。

现有的刀具组件装配模式，刀柄和刀具的装配由人工读取标刻在刀柄上的序列号以及刀具上的刀具图号来判断装配与工艺需求的准确性与匹配性。标刻的刀柄序列号易磨损，刀具图号相似的刀具的差别靠人工判断，装配及测量过程中易出现“张冠李戴”的问题，导致重大质量事故的发生。另一方面，现有的装配及测量模式步骤繁杂冗余，刀具管理系统与刀具装配工位分离，工人从刀具管理系统上根据装配任务人工判断刀具及刀柄符合工艺要求，组装后，再进入刀具管理系统进行刀具装配信息的组装，工作效率低下。

德国Zoller公司可实现装配、测量全流程无人工干预，由机器人辅助完成，目前在世界上领先。但其成本也极其高昂。帕莱克公司在2021年北京展会上已实现机器人辅助测量功能，但未与装配环节、刀具管理系统集成组合成测试系统。国内富士康等厂家采用了机器人辅助测量模式，然而，目前富士康由于现场环境及刀柄问题导致的重复测量精度不高的原因，放弃了此种模式。综上所述，现有的刀具测试系统均无法满足在生产线上运行的可行性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种刀具测试系统及测试方法，旨在解决上述问题。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种刀具测试系统，包括依次连接的刀具管理系统、刀具测试监控系统、刀具预调测试系统以及工控系统、机器人，所述工控系统分别与刀具测试监控系统、机器人连接；所述刀具管理系统用于在刀具出库任务完成后建立刀具装配任务并发送给刀具测试监控系统；所述刀具测试监控系统用于建立以刀架车为单位的刀具测量表单，且在接收到刀架车准备信号后匹配对应的刀具测量表单并发送到刀具预调测试系统；所述刀具预调测试系统用于根据刀具测量表单进行测量，并反馈刀具测量结果给刀具测试监控系统，以更新刀具测量表单，所述刀具 测试监控系统用于将最终更新后的刀具测量表单发送给刀具管理系统；所述工控系统用于接收机器人的状态信息并发送机器人任务信息给机器人进行机器人辅助测量。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括MES系统、仓储系统，所述MES系统用于发送刀具配送任务给刀具管理系统，所述刀具管理系统用于根据刀具配送任务生成刀具组件出库任务，并发送给仓储系统；所述仓储系统用于实现刀具出库任务。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述刀具预调测试系统为全自动CNC驱动，主轴可自动聚焦。

一种刀具测试方法，采用上述的系统进行，包括以下步骤：

步骤S100：选择刀具测试监控系统的工作模式，若选择手动模式，则控制刀具预调测试系统执行刀具测试监控系统回参考点，校准主轴基准点；若选择自动模式，则控制刀具预调测试系统进行自检并反馈准备状态，且通过工控系统控制机器人进行自检并反馈准备状态，此时刀具测试监控系统处于准备状态；

步骤S200：刀具、刀柄、附件出库后在刀具管理系统中生成刀具装配任务，所述刀具装配任务包括装配图、刀架车刀位号、刀架车号、表单号的信息；当装配任务数达到刀架小车刀位数量时，刀具管理系统弹出提示，并在操作工确认立即装配后，显示待装配状态；

步骤S300：在刀具测试监控系统中创建刀具测量表单，且刀具测量表单包括刀具信息、刀柄信息、装配流水号、标称值刀架车刀位号，测量目标位置，宏程序名；

步骤S400：当刀具装配完成后，刀具管理系统发送刀具测量任务到刀具测试监控系统并更新刀具测量表单，将更新后的刀具测量表单发送到刀具预调测试系统，所述刀具预调测试系统加载测量表单到刀具测量软件的测量界面；刀具测试监控系统在确认刀具预调测试系统、刀架车、机器人在准备状态后，发送测量指令给刀具预调测试系统，且刀具预调测试系统反馈执行机器人操作的请求信息；

步骤S500：刀具测试监控系统通过工控系统控制机器人执行任务；

步骤S600：刀具预调测试系统发送测量结果到刀具测试监控系统，并删除本地刀具测量表单，刀具测试监控系统发送测量结果到刀具管理系统并删除本地刀具测量表单。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S500包括以下步骤：

步骤S501：执行任务一：将刀柄加载到刀具预调测试系统主轴，开始自动测量：读取刀柄芯片中的装配流水号，匹配测量表单中的装配流水号，加载标称值信息；调用宏程序测量，测量完成后且在公差范围内，写入芯片，写入测量表单结果；

步骤S502：执行任务二：测量误差超差；

步骤S503：执行任务三：再次测量，合格写结果到刀柄芯片，不合格报警反馈测量超差；

步骤S504：执行任务四：机器人运行至人工干预位置，机器人置于准备状态。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S300中，刀具测量表单以刀架车ID结合当前创建时间、装配工人工号来生成，并写入刀架车芯片。

本发明的有益效果：

(1)本发明适用于数字化车间生产线上机器人辅助对刀仪全自动测量刀具，实现了信息自动集成的刀具测试，有效提高了生产效率，具有较好的实用性；

(2)本发明是智能化车间发展建设的需要：实现自动化车间工序操作与物流过程的机器换人。与现有技术相比，用机器人代替人的操作后，现场仅需1-2人来完成刀具装配及测量工作，并可监控刀具出库、装卸、测量的物流过程；

(3)本发明将刀柄信息写入芯片，刀具信息标刻二维码，由芯片读写装置及二维码扫描仪直接读取信息，避免了“张冠李戴”问题的发生，提高了加工质量；

(4)本发明实现了装配过程可视化，装配信息的自动化集成，具有较好的实用性。刀具管理系统中的工艺信息根据ERP指令显示在刀具管理系统中，装配人员将刀柄安装于装配基座上时，RFID读头自动读取芯片中的刀柄信息，并与工艺信息中的刀柄自动对应，装配人员用二维码扫描枪读取刀具信息后，完全匹配工艺信息后，屏幕自动弹出该装配信息的具体工艺要求以及装配后的刀具在刀具车上的放置位置号。装配完成后，刀具管理系统自动发送测量任务到对刀仪。

附图说明

图1为刀具测试系统的结构示意图；

图2为本发明的原理框图。

具体实施方式

实施例1：

一种刀具测试系统，如图1所示，包括刀具管理系统、刀具测试监控系统、刀具预调测试系统(对刀仪)、工控系统、机器人、工业物联环境、安全系统。刀具管理系统接收到MES系统根据生产工艺需求发送的刀具配送任务后产生刀具、刀柄、附件等“刀具组件”出库任务发送给仓储系统；刀具组件出库完成后在刀具管理系统产生刀具组件装配任务；刀具测量表单以刀架车为单位在刀具测试监控系统建立，刀具组件在刀具管理系统装配完成后自动发送到刀具测试监控系统刀具测量表单中；刀具测试监控系统收到工业物联环境中刀架车ready信号并读取刀架小车芯片信息后，匹配刀具测试监控系统对应的刀具测量表单发送到刀具预 调测试系统，并根据刀具预调测试系统及工控系统反馈的机器人的状态信息进行判断后发送机器人任务给工控系统进行机器人辅助测量，测量完成后刀具预调测试系统反馈刀具组件测量结果给刀具测试监控系统的刀具测量表单，刀具测量表单所有刀具组件测量任务完成后，返回测量表单信息给刀具管理系统，同时删除本地刀具测量表单。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，刀具管理系统具有以下功能：

1)刀具、刀柄、附件出库后在刀具管理系统中自动生成刀具组件装配任务，未完成的装配任务项与已完成的装配任务项用颜色区分。

2)刀具测量表单以刀架车为单位在刀具测试监控系统创建。“创建测量表单”包括“创建表单号”，“读取刀柄信息”，“读取刀具信息”、“写入装配信息”。

3)刀具测量表单号以刀架车ID结合当前创建时间(年月日时分秒)、装配工人工号来生成，并写入刀架车芯片。测量表单创建完成后即显示在刀具测试监控系统，表示可进行刀具组件装配工作。

4)用RFID读取器读出刀柄RFID芯片中的刀柄信息与刀具管理系统中装配任务项中的刀柄信息字段自动匹配后字段变色；用二维码扫描枪刀具柄部端头的二维码读取刀具信息自动匹配字段后变色。装配任务项都匹配后，刀具管理系统自动弹出刀具组件装配界面，装配工人根据工艺要求实时进行具组件装配，完成装配并点击“写入装配信息”后，装配流水号等信息写入刀柄芯片，同时该项刀具组件装配任务自动发送到刀具测试监控系统的测量表单中。

5)在刀具管理系统弹出的“装配界面”中包括刀具组件装配图，刀架车刀位号，刀架车ID、刀具测量表单号等信息。

6)刀具测量表单中必须包括刀具信息、刀柄信息、装配流水号(刀具组件装配完成后由刀具管理系统产生)、刀具直径、长度、R标称值、刀架车刀位号，测量目标位置，测量宏程序名。

7)在刀具管理系统可以选择“读取刀具组件信息”下拉菜单手动读取刀具组件信息，也可将刀具组件通过工业物联环境系统扫描后自动读取。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，刀具测试监控系统功能如下：

1)刀具测试监控系统包括工作模式选项，可选择手动模式及自动模式。手动模式下刀具测 试监控系统发送信息给工控系统，工控系统控制机器人系统不使能，安全系统中的对刀仪人工操作位安全光幕生效不触发报警。自动模式下机器人系统使能，对刀仪人工操作位安全光幕生效能触发报警。

2)手动模式下由人工执行对刀仪回参考点，校准主轴基准点。自动模式下刀具预调测试系统进行自检完成将对刀仪置于ready状态，不具备对刀仪ready状态则发出报警信息提示人工干预。

3)刀具测试监控系统中可单独控制机器人操作，包括“机器人单步操作”、“机器人回原点”、“机器人至人工干预位”。

4)对刀仪发送测量结果到刀具测试监控系统后删除本地刀具测量表单，刀具测试监控系统发送测量结果到刀具管理系统后删除本地刀具测量表单。

5)还包括发送自动测量请求⑨：读写头读取刀架车芯片内的测量表单号信息发送给对刀仪。对刀仪收到测量表单号信息后，自动搜索本地指定路径下的测量表单号，比对后加载测量表单到刀具测量软件的测量界面。刀具测试监控系统询问对刀仪、机器人、刀架车信号是否ready后，返给对刀仪“可以测量”信息，对刀仪确认此状态后，向刀具测试监控系统请求执行机器人操作。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例是在实施例1-3任一个的基础上进行优化，刀具预调测试系统(对刀仪)功能如下：

1)对刀仪为全自动CNC驱动，主轴可自动聚焦。

2)对刀仪可执行“设备置安全位”、“设备回参考点”“主轴基准点校准”、“主轴松拉刀”、“一键启动自动测量”动作，并可反馈“设备已位于安全位”、“设备回参考点完成”“主轴基准点校准完成”、“主轴松拉刀刀位”、“自动测量完成”信息。

3)系统预存有各类刀具的测量宏程序，包含刀具测量步骤及方法。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一个相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例是在实施例1-4任一个的基础上进行优化，工控系统由工控机及PLC组成：

1)工控系统处理刀具预调测试系统及机器人系统的I/O信号。

工控系统根据刀具测试监控系统的指令向机器人发出四种任务类别：任务一：刀架车到对刀仪，将刀具组件从刀架车放置到对刀仪主轴；任务二：对刀仪到刀架车”，将刀具 组件加载到从对刀仪主轴放置到刀具车；任务三：从对刀仪主轴取出刀具组件再放置到对刀仪主轴”；任务四：机器人运行至人工干预位置。

进一步地，机器人：机器人主程序中包含机器人自检，当机器人末端执行器有物，则机器人执行“任务四”，运行至人工干预位置，并发出报警到刀具测试监控系统，人工干预后重新启动机器人主程序，机器人置于ready状态。

进一步地，工业物联环境由刀架车(RFID芯片+ready信号)、带有RFID芯片的刀具组件(包含刀具参数二维码的刀具+配置RFID芯片+刀柄序列号明码)、RFID芯片读写器、二维码扫描枪组成。

进一步地，安全系统包括机器人ready、对刀仪ready、刀架车ready、安全装置ready。

1)对刀仪ready：对刀仪主轴无刀、对刀仪主轴锁紧松开、对刀仪在安全位，对刀仪主轴在换刀位，返回使能信号。

2)机器人ready：机器人闲，末端执行器手指无刀、末端执行器手指张开、机器人在原点位置。

3)刀架车ready：刀架车到位检测开关信号。

4)安全装置ready：防护门开关信号、对刀仪人工操作位安全光幕信号。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一个相同，故不再赘述。

实施例6：

一种刀具测试方法，采用上述系统进行，如图2所示，包括以下步骤：

①开机准备：启动“刀具管理系统”、“启动刀具测试监控系统”、对刀仪上电、PLC上电、机器人上电并运行机器人主程序。机器人主程序中包含机器人自检，当机器人末端执行器有物，则机器人执行“任务四”，运行至人工干预位置，并发出报警到刀具测试监控系统，人工干预后重新启动主程序，自检通过后，机器人置于ready状态。

②选择工作模式：在刀具测试监控系统上选择“工作模式”。“工作模式”分为手动和自动两种模式。选择手动模式，刀具测试监控系统发送信号给PLC，PLC控制机器人不使能，对刀仪人工操作位安全光幕生效不报警。自动模式下机器人使能，对刀仪人工操作位安全光幕生效。操作工人选择手动模式后，进入对刀仪工作区域，执行对刀仪回参考点，校准主轴基准点。选择自动模式，对刀仪进行自检完成后反馈ready状态，不具备ready状态则反馈报警信息，机器人自检完成后反馈ready状态，不具备ready状态则反馈报警信息。安全装置自检完成后置于ready状态。机器人ready、对刀仪ready、安全装置ready，则刀具 测试系统置于ready状态。

③生成装配任务：刀具、刀柄、附件出库后在“刀具管理系统”中生成刀具组件装配任务，当装配任务数达到刀架小车刀位数量时，系统弹出提示“新装配任务，是否立即装配”，操作工确认立即装配，则选择的任务项都变色为白底，表明待装配。

④创建测量表单：在“刀具测试监控系统”创建表单。“创建表单”包括“创建表单号”，“读取刀柄信息”，“读取刀具信息”、“写入装配信息”。“创建表单”工作流程：装载有刀柄和刀具以及附件的小车达到装配工位以及用于装载刀具系统的刀架小车到达装配工位后，操作工进入刀具测试监控系统的“创建表单”栏，点击“创建表单号”，用读写头读取刀架小车芯片中的刀架车号，如“djc001”，再结合当前创建时间(年月日时分秒)、装配人工号，生成表单号“djc001-20211029163028-273154”，并写入刀架车芯片，写完后，监控屏幕中显示提示框“表单号创建完成”。点击“读取刀柄信息”后，RFID读写头读出刀柄RFID芯片中的刀柄信息与“刀具管理系统”中装配任务条中的刀柄信息字段匹配，字段变色；接着用二维码扫描枪刀具柄部端头的二维码读取刀具信息，并匹配字段。扫描“读取刀具信息”可以选择此项后手动读取，也可将刀具扫描后自动读取。

⑤发送测量表单：装配任务条中的刀柄信息和刀具信息字段同时匹配后，在“刀具管理系统”界面弹出“装配界面”，包括装配图，刀架车刀位号，刀架车号、表单号等信息。操作工依据装配界面信息的要求装配完成刀具系统，并按照“刀具测试监控系统分配的刀架车刀位号放置好刀具系统后”，点击“装配完成”，刀具测量任务自动发送到刀具测试监控系统中已创建的测量表单中。测量表单中必须包括刀具信息、刀柄信息、装配流水号、(刀具直径、长度、R)标称值刀架车刀位号，测量目标位置，宏程序名。

⑨发送自动测量请求：读写头读取刀架车芯片内的测量表单号信息发送给对刀仪。对刀仪收到测量表单号信息后，自动搜索本地指定路径下的测量表单号，比对后加载测量表单到刀具测量软件的测量界面。刀具测试监控系统询问对刀仪、机器人、刀架车信号是否ready后，返给对刀仪“可以测量”信息，对刀仪确认此状态后，向刀具测试监控系统请求执行机器人操作。

⑩执行任务(启动机器人辅助测量)：机器人执行“任务一：刀架车到对刀仪”，将刀柄加载到对刀仪主轴，开始自动测量：第一步，读取刀柄芯片中的装配流水号，匹配测量表单中的装配流水号，加载标称值等信息。第二步，调用宏程序测量，测量完成后且在公差范围内，写入芯片，写入测量表单结果。第三步：写入芯片完成后，对刀仪ready，机器人执行“任务二对刀仪到刀架车”，测量误差超差，执行“任务三：对刀仪到对刀仪”，再次测 量，合格写结果到刀柄芯片，不合格报警“测量超差”。“任务四”：机器人运行至人工干预位置。

测量结束：对刀仪发送测量结果到刀具测试监控系统后删除本地测量表单，监控系统发送测量结果到刀具管理系统后删除本地测量表单。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种刀具测试系统，其特征在于，包括依次连接的刀具管理系统、刀具测试监控系统、刀具预调测试系统以及工控系统、机器人，所述工控系统分别与刀具测试监控系统、机器人连接；所述刀具管理系统用于在刀具出库任务完成后建立刀具装配任务并发送给刀具测试监控系统；所述刀具测试监控系统用于建立以刀架车为单位的刀具测量表单，且在接收到刀架车准备信号后匹配对应的刀具测量表单并发送到刀具预调测试系统；所述刀具预调测试系统用于根据刀具测量表单进行测量，并反馈刀具测量结果给刀具测试监控系统，以更新刀具测量表单，所述刀具测试监控系统用于将最终更新后的刀具测量表单发送给刀具管理系统；所述工控系统用于接收机器人的状态信息并发送机器人任务信息给机器人进行机器人辅助测量。
2. 根据权利要求1所述的一种刀具测试系统，其特征在于，还包括MES系统、仓储系统，所述MES系统用于发送刀具配送任务给刀具管理系统，所述刀具管理系统用于根据刀具配送任务生成刀具组件出库任务，并发送给仓储系统；所述仓储系统用于实现刀具出库任务。
3. 根据权利要求1所述的一种刀具测试系统，其特征在于，所述刀具预调测试系统为全自动CNC驱动，主轴可自动聚焦。
4. 一种刀具测试方法，采用权利要求1-3任一项所述的系统进行，其特征在于，包括以下步骤：

   步骤S100：选择刀具测试监控系统的工作模式，若选择手动模式，则控制刀具预调测试系统执行刀具测试监控系统回参考点，校准主轴基准点；若选择自动模式，则控制刀具预调测试系统进行自检并反馈准备状态，且通过工控系统控制机器人进行自检并反馈准备状态，此时刀具测试监控系统处于准备状态；

   步骤S200：刀具、刀柄、附件出库后在刀具管理系统中生成刀具装配任务，所述刀具装配任务包括装配图、刀架车刀位号、刀架车号、表单号的信息；当装配任务数达到刀架小车刀位数量时，刀具管理系统弹出提示，并在操作工确认立即装配后，显示待装配状态；

   步骤S300：在刀具测试监控系统中创建刀具测量表单，且刀具测量表单包括刀具信息、刀柄信息、装配流水号、标称值刀架车刀位号，测量目标位置，宏程序名；

   步骤S400：当刀具装配完成后，刀具管理系统发送刀具测量任务到刀具测试监控系统并更新刀具测量表单，将更新后的刀具测量表单发送到刀具预调测试系统，所述刀具预调测试系统加载测量表单到刀具测量软件的测量界面；刀具测试监控系统在确认刀具预调测试系统、刀架车、机器人在准备状态后，发送测量指令给刀具预调测试系统，且刀具预调测试系统反馈执行机器人操作的请求信息；

   步骤S500：刀具测试监控系统通过工控系统控制机器人执行任务；

   步骤S600：刀具预调测试系统发送测量结果到刀具测试监控系统，并删除本地刀具测量表单，刀具测试监控系统发送测量结果到刀具管理系统并删除本地刀具测量表单。
5. 根据权利要求4所述的一种刀具测试方法，其特征在于，所述步骤S500包括以下步骤：

   步骤S501：执行任务一：将刀柄加载到刀具预调测试系统主轴，开始自动测量：读取刀柄芯片中的装配流水号，匹配测量表单中的装配流水号，加载标称值信息；调用宏程序测量，测量完成后且在公差范围内，写入芯片，写入测量表单结果；

   步骤S502：执行任务二：测量误差超差；

   步骤S503：执行任务三：再次测量，合格写结果到刀柄芯片，不合格报警反馈测量超差；

   步骤S504：执行任务四：机器人运行至人工干预位置，机器人置于准备状态。
6. 根据权利要求4所述的一种刀具测试方法，其特征在于，所述步骤S300中，刀具测量表单以刀架车ID结合当前创建时间、装配工人工号来生成，并写入刀架车芯片。