張綠枝

（中山市鑫光智能系統(tǒng)有限公司 廣東省中山市 528467）

關于自動化系統(tǒng)在壓縮機裝配中應用的論述

張綠枝

（中山市鑫光智能系統(tǒng)有限公司 廣東省中山市 528467）

對于“中國制造2025”，智能設備的時代，工業(yè)自動化飛速發(fā)展的時代。我們要走的制造路線離不開人工智能，離不開工業(yè)自動化，更離不開工業(yè)機器人的使用。越來越多的行業(yè)正在逐步進入機器人系統(tǒng)替代人工操作，自動化生產(chǎn)代替手工生產(chǎn)的進程上。在家電領域更是如此，相比之前的手工生產(chǎn)，自動化生產(chǎn)線給企業(yè)帶來的不僅僅是人力成本的節(jié)約，更是穩(wěn)定性、高效率、高質量保證的承若。

人工智能；伺服系統(tǒng)；扭矩控制；視覺識別技術；工業(yè)機器人

1 導言

在家電領域，空調手工生產(chǎn)線上，壓縮機的安裝與底腳螺母的擰緊固定是一項高體力勞動的工作。不同空調有著不同的壓縮機型號，產(chǎn)品種類參差不齊，壓縮機的重量也是從幾十斤到上百斤重不等。為了適應不同的空調產(chǎn)品的，要求工人搬運幾十斤的壓縮機放入空調金屬底板，進行安裝。同時每個壓縮機都必須經(jīng)過檢查，防止將不匹配型號的壓縮機放入要生產(chǎn)的空調中。在實際生產(chǎn)過程中，企業(yè)可能還要求工人對每一批次的壓縮機進行打碼。工人在搬運壓縮機的同時還要將壓縮機準確的放入底座腳墊之中，并且必須保證壓縮機干燥器的朝向正確。在整條空調生產(chǎn)線中，就屬此道生產(chǎn)工序對工人的體力消耗最高。目前國內，大部分的空調生產(chǎn)線還處于人工為主的生產(chǎn)模式。這更是對工業(yè)自動化有了迫切的需求。

2 自動化空調壓縮機裝配系統(tǒng)構成

在本自動化空調壓縮機裝配系統(tǒng)中，主要有以下幾個執(zhí)行機構：①壓縮機抓取伺服夾具；②壓縮機搬運6軸工業(yè)機器人；③壓縮機底部安裝板定位夾緊伺服機構；④壓縮機底腳螺母擰緊伺服夾具；⑤壓縮機底腳螺母取料6軸工業(yè)機器人；⑥壓縮機螺母安裝板固定夾緊伺服夾具；⑦自動化螺母出料振動盤系統(tǒng)。系統(tǒng)結構概覽如圖1所示。

圖1 自動化空調壓縮機裝配系統(tǒng)

3 自動化伺服夾具系統(tǒng)

自動化空調壓縮機伺服夾具系統(tǒng)中采用伺服作為壓縮機抓取的動力。在現(xiàn)代化自動生產(chǎn)線中，也有過氣缸夾具的應用案例，此處不在詳細論述。與氣缸夾具相比，伺服夾具作為報夾壓縮機動力的優(yōu)勢在于：①伺服系統(tǒng)能夠針對大小不同的壓縮機與及壓縮機抗壓能力的不同采用不同的夾緊力矩，而且調整方式為自動，但對于氣缸夾具，無法調整夾緊力矩，容易刮花壓縮機表面；②伺服夾具能夠根據(jù)壓縮外徑大小，自動調整好抓取前的張度。在實際空調生產(chǎn)線中，壓縮機的種類、型號與及排列規(guī)格各種各樣，工況復雜。因此，如果夾具只能保證某一種固定的張度大小，當夾具抓取壓縮機物料時，有可能因為張度太大而碰到周邊壓縮機，也有可能因為張度太小而撞到抓取對象。但對于伺服夾具，這些問題就不復存在了；③伺服夾具中的伺服電機因為帶有靜止型制動器，能夠在系統(tǒng)突然斷電或者其他意外情況發(fā)生時，制動電機，保證被抓取的壓縮機不會掉落。對于氣缸夾具，則可能由于氣源壓力的變化，氣管漏氣、斷氣等原因導致壓縮機從夾具中脫落?？傊?，相比于氣缸夾具，伺服夾具有著不可替代的優(yōu)勢。更加適用于空調壓縮機的抓取。

本系統(tǒng)中的伺服夾具由伺服電機配減速比20的減速器再加導程5的絲桿組成。伺服在運動過程中不會因為方向阻力的作用而發(fā)生交大的位置退讓，保證了壓縮機抓取動作的安全可靠。本系統(tǒng)采用日本三菱MR-JE-B系類伺服控制器，運動控制卡則為三菱的QD77MS16，采用SSCNETIII總線通訊。能夠實時監(jiān)控伺服的各項運行參數(shù)并及時做出調整與修改。對于各類壓縮機能夠自動調整夾具參數(shù)，更好的適用于工業(yè)生產(chǎn)。同時也方便將各類參數(shù)讀取到觸摸屏來進行顯示，包括各類故障代碼及相關的處理信息，更方便于日常的維護和故障查找與排除。

4 自動化視覺識別技術的應用

視覺識別技術在壓縮機抓取安裝過程中起到了關鍵性作用。本視覺系統(tǒng)采用VB計算機語言進行編程。視覺系統(tǒng)的工作原理大致如下：啟動視覺軟件>告知機器人視覺系統(tǒng)就緒>等待機器人到達拍照點>啟動拍照>讀取圖像>進行圖片數(shù)據(jù)處理>得出圖像數(shù)據(jù)>將數(shù)據(jù)傳動給搬運機器人>機器人根據(jù)數(shù)據(jù)進行定位>抓取壓縮機。

視覺系統(tǒng)首先根據(jù)獲取的圖像對圖像進行初步判斷。分析當前圖像與模板數(shù)據(jù)的差異，得出基于模板數(shù)據(jù)的位置偏差，并將偏差數(shù)值通過以太網(wǎng)發(fā)送給工業(yè)機器人。準確的保證了，機器人在進行壓縮機抓取過程中的位置，避免發(fā)生碰撞。能夠適用于各種各樣的壓塑機型號與排列規(guī)則。如果條件允許，還可以采用先進行一次排版拍照，確定排列規(guī)格，由信息化系統(tǒng)給出生產(chǎn)型號，實現(xiàn)全自動選型與生產(chǎn)。

5 自動化機器人搬運系統(tǒng)

自動化機器人搬運系統(tǒng)的核心是6軸工業(yè)機器人，根據(jù)壓縮機的自重選擇相應工作載荷的工業(yè)機器人。機器人在到達預拍照點，完成拍照，得到視覺系統(tǒng)的偏差坐標值后。可以采用以當前位置為坐標原點，設定工具坐標系。根據(jù)視覺給出的坐標偏移量，進行夾具抓取定位。確認夾具打開到位后，下降進行壓縮機抓取。到達抓取點后，啟動伺服夾具夾緊壓縮機。提升手臂，移動到壓縮機安裝底板上方約10mm處，打開伺服夾具，利用重力將壓縮機壓入底板腳墊中。在一些場合中，可能發(fā)生壓縮機底腳無法套入腳墊的情況。這時候，可以啟用二次裝配程序。利用伺服夾具，夾緊壓縮機后，機器人手臂進行關節(jié)搖擺，將壓縮機可靠的裝入底板腳墊之中。

機器人搬運系統(tǒng)，相比于人工，機器人搬運更加準確的同時速度也更快，大大提高了工作效率，解放了勞動力。例如，日本YASKAWA的50kg機器人，臂展2.2m，速度可達13.4m/s，這是人工所無法比擬的。從而解決了，人力搬運時勞動強度大，安裝時容易裝錯方向等等一系列生產(chǎn)問題。

6 自動化螺母擰緊伺服夾具

在很多工業(yè)應用中，如何高效率、高準確率的實現(xiàn)鎖螺母或者打螺絲成為機器代替人工的一大難題。隨著國內振動盤技術的發(fā)展，目前已經(jīng)能夠實現(xiàn)大部分螺絲螺母按照客戶需求的姿勢進行出料的目標。針對空調壓縮機裝配使用的螺母，針對不同的螺母外形尺寸設計不同的振動盤，進行螺母出料。增加物料盤，采用伺服定位，對物料盤進行位置控制，每次物料盤上出滿3個待裝配螺母。利用磁鐵對螺母進行吸取。在吸取過程中，為保證帶磁性電批可靠準確的吸取螺母，需將電批啟動。即邊轉動邊下降電批，進行螺母取料。轉動的速度不宜太快，防止將未吸附牢固的螺母甩離待料位。

伺服鎖螺母工裝夾具的優(yōu)勢在于，能夠實現(xiàn)快速的正反轉，當螺母擰緊時，反方向轉動一個方便調節(jié)的微量值，保證電批不會被螺母卡死，防止脫離時將空調帶起的情況發(fā)生。用伺服電機進行螺母的裝配能夠實時檢測扭矩值，從而改變輸出扭矩。實現(xiàn)快速、自動調整，保證鎖螺母的質量。在螺母擰緊過程中，螺母先沿擰緊方向反轉，保證螺母中心線對準螺桿后螺母正轉擰緊。在擰緊過程中，螺母前進動力來源于彈簧的彈力，以保證螺母不會因為前進過快而憋死。即必須在電批安裝預壓緊彈簧，保證螺母裝配的順利進行。

7 自動化螺母取料機器人系統(tǒng)

采用工業(yè)6軸機器人進行螺母裝配，一方面是保證裝配效率，提高設備競爭力；另一方面是利用機器人自身特點來克服裝配難點。首先在取料方面，電批在吸取物料的時候，要求機器人以非常緩慢的速度下降到一定高度，保證螺母被吸附后不回脫落，然后快速離開當前位置，物料盤啟動供料的同時，機器人將螺母運送到壓縮機上方等待裝配。此時，需要檢測機器人的前進路徑是否有障礙物阻擋，比如因為定位誤差，引起壓縮機的位置不正，鎖螺母夾具在下降過程中可能撞到壓縮機，這種情況的檢測是非常有必要的，防止意外發(fā)生，保護設備財產(chǎn)安全。另外，在螺母裝配方面，由于泡沫與紙盒底料的不平整，可能導致3個螺母的平面與底板平面不平行，容易導致螺母卡死，這種情況，就需要充分利用機器人擅長定位的優(yōu)點，找到平行面，進行3個螺母的同步裝配。

8 自動化空調定位伺服夾具

自動化空調壓縮機生產(chǎn)線裝配必不可少的環(huán)節(jié)是對原有空調安裝底板與泡沫和紙托外殼的定位。這是壓縮機能夠準確放入腳墊和鎖螺母能夠順利進行的前提。本系統(tǒng)，采用伺服定位夾具對壓縮機底板進行二次定位對于一個長方形的物體，要能夠順利完成裝配，很重要的是要保證兩個方面的精度：①底板來料的精度；②工件夾裝定位的精度。由于泡沫本身具有一定的塑性，為了保證定位的可靠，線體定位夾具同樣采用扭矩夾緊的方式進行定位。前后靠機械式擋邊來保證精度。

9 結語

此自動化系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于國內某空調壓縮機生產(chǎn)，本人深感榮幸能夠成功驗收。目前國內很多家電行業(yè)的生產(chǎn)線都停留在手工線的層次，自動化層次不高。隨著中國制造2025的推進，相信未來幾年工業(yè)自動化將被更加廣泛的應用于這個行業(yè)當中。隨著工業(yè)自動化與信息化的融合，我們正在朝著工業(yè)4.0的目標，一步一步前進……

[1]三菱官網(wǎng).MELSEC-Q QD77MS型簡單運動模塊用戶手冊（定位控制篇）[Z].中國銷售，2015，11.

[2]黃宋魏.電氣控制與PLC應用技術[M].電子工業(yè)出版社，2015，06.

[3]三菱官網(wǎng).MR-JE-B伺服放大器技術資料集[Z].中國銷售，2015，11.

TH45

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1004-7344（2016）35-0210-02

2016-12-2

張綠枝（1990-），男，助理工程師，本科，主要從事工業(yè)自動化方面的工作。