原创《制动盘自动线和工业机器人的集成》
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工业机器人制造商为汽车零部件厂商开发的制动盘机器人自动化生产线,作为制动盘加工自动化发展的一个方向,达到提升自动化程度、产品质量与生产效率的目标.制动盘自动线与工业机器人的集成,充分考虑汽车零部件厂商现有传统机床设备自动化程度低、制动盘工件品种多的特点,在系统布局、机器人与机床设备通讯、生产节拍、视觉定位、机器人手爪设计等方面进行深入研究,使系统具有高效率与高柔性.
从制动盘自动线与工业机器人集成的几个实例中,可以看到集成应用的细节,以及在方案规划与技术路线中,多项创新技术的采用.
与生产线一的集成
生产线一（ 图1 、图2 ） 采用5 台F A N U CR - 2 0 0 0 i C / 1 6 5 R 机器人与1 台F A N U CR-2000iC/165F机器人,其中4台用于线首自动化拆垛上料.机器人与A（自动导引运输车）系统及车削中心建立通讯关系,识别车削中心进料口工件状态与数量,及时反馈信号给A系统进行毛坯料箱的补充、空料箱的流转.在油漆出料料道,通过传感器判别出工件规格,分别送至对应的料道,由另外2台FANUC R-2000iC/165R机器人进行自动化下料堆垛.
集中监控系统将生产线上的数控机床、动平衡设备、综合检测设备、油漆线、机器人及周边设备进行数据采集与统一监控,并实现依据检测数据,计算出刀具补偿值并反馈给机床.
与生产线二的集成
生产线二（ 图3 、图4 ） 采用5 台F A N U CR-2000iC/165F机器人与10台机床设备实现制动盘的自动化生产,生产线的机床设备包括2台立式车床、2台FANUC ROBODRILL α-D14MiA加工中心、1台双端面立式磨床、1台清洗机、2台动平衡设备与2台综合检测仪.
在生产线二中,线首机器人1通过3DL视觉系统智能分拣技术,先用2D视觉对料框与托盘进行拍照定位,然后再以3D视觉对工件拍照获取位置坐标与倾斜角度数据,辅助机器人准确抓取工件,实现自动化拆垛与堆垛；机器人2采用长行程的气动双手爪结构,在保证机器人抓取工件精度的同时,还能满足对工件正反两面的快速定心抓取,并完成2台立式车床的上下料与2台加工中心的上料；机器人3采用智能行走轴技术,把机器人安装于地装导轨上,极大扩展机器人运动范围,实现机器人快速、准确的运动,完成对2台加工中心的下料、1台双端面立式磨床上下料与1台清洗机的上料,以及传递完工工件至回料料道上；机器人4与机器人5分别对应1套动平衡设备与综合检测设备进行上下料.
生产线二的系统监控,用于人工在工作房内远程监控生产线上设备,分为基于FANUC数控系统的机床监控与检测设备监控两部分：机床监控部分,在一台工控机上安装FANUC数控系统软件包,对5台基于FANUC数控系统的机床进行监控,主要显示机床运行状态、报警信息,实现远程显示与手动修改机床刀补数据的功能；检测设备监控部分,用一台工控机、组态软件与显示屏,显示综合检测设备的检测数据,分屏显示动平衡系统软件界面.
与引入空间桁架制动盘自动线的集成
引入空间桁架的制动盘自动线（图5）,由1台FANUC M-710iC/50机器人、1条上料料道、2台立式加工中心、2台立式数控车床、2台动平衡设备与1台自动检测设备组成.2台加工中心完成工序1的钻孔,每台机床同时加工2个工件；2台立式车床完成工序2的车削,每台机床各加工1个工件；2台动平衡设备完成工序3的动平衡.机器人完成工序1、工序2、工序3之间机床的上下料,以及工序1与工序2、工序2与工序3之间工件的翻面.生产系统的生产节拍为37.5s.
在引入空间桁架的制动盘自动线中,基于FANUC数控系统开发了机床远程监控功能,远程联网的监控技术能够检测生产线数据,远程监控与修改机床的加工参数与刀补数据.
在引入空间桁架的制动盘自动线中,机器人倒吊安装于桁架上,充分发挥机器人的柔性.由空间桁架、一组导轨与一组齿轮齿条所组成的带伺服技术的机械结构,控制倒吊机器人快速准确移动.定量注油器、油泵、油脂罐、压力开关、滤油器与卸荷阀等组成自动润滑系统,实时定量对导轨、齿轮与齿条进行润滑,最大限度减少停机维护的时间与频次.
与制动盘E形自动线的集成
在制动盘E形自动线线首（图6）,采用1台FANUC R-2000iC/165R机器人通过3DL视觉系统智能分拣技术,先用2D视觉对料框与托盘进行拍照定位,然后再以3D视觉对工件拍照获取位置坐标与倾斜角度数据,辅助机器人准确抓取工件,实现自动化拆垛与堆垛.通过传感器工件判别功能实现生产线的混料生产.
方案规划与技术路线
在方案规划与确定技术路线时,从加工工艺、加工设备、行走轴导轨、手爪、机床远程监控、生产线的柔性化与标准化等方面进行深入研究与分析.在工艺分析阶段,根据工件品种与加工工序,确定机器人的规格配置.在传统机加工生产线改造时,主要针对机床门与机床夹具的自动化改造,检测信号、自动化电气控制与信号通讯的改造等.
在桁架式行走轴导轨的研发中,充分考虑场地空间的限制条件,结合现有的布局进行开发.不仅考虑机器人的动作空间与可达性,更多保留维修空间与物流通道.采用机器人桁架式移动行走轴技术与随行定位机构,使生产过程中制动盘翻面过渡等动作都可在空中完成,减少占用地面空间.桁架本体结构的主支撑立柱与辅助立柱间的龙门结构,最大限度地为物流通道让出空间.
在自定心手爪技术的研发中,根据机器人上下料动作与整体节拍、制动盘的加工过程的多次翻面,开发出一种长行程手爪结构,既满足从正面抓取制动盘外圆面,又满足从反面内撑制动盘内圆面的要求.
在机床远程监控功能的开发中,数控远程联网的监控技术,使生产线能根据检测数据,远程监控与修改机床的加工参数与刀补数据.
在生产线的柔性化与标准化上,针对制动盘产品特点,集成应用力争形成系列化：把生产线所涉及的硬件、软件分别进行模块化分解,做到各模块生产流程的标准化,缩短系统集成的设计周期,降低开发成本、制造成本与管理成本；根据工件不同规格与工序步骤,对机器人控制程序进行优化,提高系统的柔性化；逐步在集成应用中推广智能视觉技术,提高系统的智能化水平.
多项创新技术的采用
柔性自定心手爪技术：自主研发的搬运机械手爪,能够实现对工件有效可靠的抓取,手爪上的传感器,可以有效防止手爪的误动作.该双手爪由两个独立的手爪组合而成,结构简单,维修方便,自身重量轻,每个单手爪均能快速对工件进行抓取.采用此种结构,在机床上下料时,可在短时间内完成机床的下料与上料动作,减少机床等待时间,提高生产节拍与整个生产系统的生产效率.
桁架随行定位机构：随行定位机构安装在桁架导轨上,创新设计与固定的工作台形式,减少机器人移动的距离与次数,有效提高生产线的节拍与生产效率.随行定位机构中的V形双工位机械结构还可对加工前后的制动盘进行分别定位,使托盘中的制动盘与机器人一起,在桁架导轨上稳固地移动.
机器人智能行走轴技术：使用机器人控制的,高精度、高速度的智能移动行走轴机器人系统,采用机器人伺服马达及伺服系统进行驱动,作为机器人的附加轴由机器人直接控制,与机器人的动作达到协调一致,实现高节拍与智能化.由于结构设计的独特性,可达到很高的机器人重复定位精度与移动速度,使生产效率与加工质量得到提高.
智能视觉技术：视觉系统通过二维的摄像系统计算平面变化量,通过三维视觉传感系统综合计算空间变化量,实现二维与三维视觉定位的综合应用.满足工件定位面有偏差时,系统设计的可行性要求.
离线仿真技术：将设备数模直接导入仿真环境,实现系统布局.通过仿真环境模拟机器人实际运动轨迹与速度,实现对制动盘各工序的节拍匹配,选择最优路径,提升系统总体设计的效率与未来扩展的便利性.
结语
在制动盘自动线与工业机器人集成的实例中,多项创新技术的采用,达到集成系统的高效率与高柔性；在一新近的制动盘自动线与工业机器人的集成实例中,多台智能机器人一起,完成制动盘上下料的联线加工,体现出布局更合理、生产更柔性、自动化程度更高的特点；在制动盘自动线与工业机器人集成的实例中,领先的系统集成综合技术的应用,对制动盘传统产业的改造,具有示范引领作用.
工业机器人论文参考资料：
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