去紙機(jī)器人在深加工玻璃生產(chǎn)中的應(yīng)用

王東 夏永恒 邢奇平 于陽(yáng)陽(yáng)

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0 引言

隨著人工成本的日益增加，如何降低人工成本已經(jīng)成為每個(gè)企業(yè)降本增效的關(guān)鍵所在。通過(guò)對(duì)產(chǎn)線自動(dòng)化的優(yōu)化改造降低人工成本已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展過(guò)程中重點(diǎn)考慮的問(wèn)題之一。在玻璃堆垛過(guò)程中，為了防止玻璃之間發(fā)生滑移，通常每放置一片玻璃，都會(huì)鋪一張紙，以防止玻璃在運(yùn)輸工程中發(fā)生滑移造成玻璃損傷。在玻璃深加工過(guò)程中，需要對(duì)玻璃和鋪紙進(jìn)行分離、分配。常用的機(jī)械手無(wú)法單獨(dú)完成玻璃與鋪紙的分離分配，目前大多數(shù)企業(yè)采用人工抬片去紙以及機(jī)械夾紙的方式。一架玻璃存放架上玻璃板的數(shù)量均在100片以上，人工抬片去紙費(fèi)時(shí)費(fèi)力，抬片時(shí)無(wú)法及時(shí)精確地將玻璃放置到深加工輸送線的輥道上，影響玻璃二次加工的效率；機(jī)械夾紙去紙的方式容易劃傷或損壞玻璃，并且?jiàn)A紙去紙后鋪紙無(wú)法二次利用，造成浪費(fèi)。自動(dòng)去紙機(jī)器人的研發(fā)與改進(jìn)有利于提高生產(chǎn)效率，精減人員，達(dá)到降本增效的目的。

1 自動(dòng)去紙機(jī)器人

自動(dòng)去紙機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動(dòng)去紙機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)

自動(dòng)去紙機(jī)器人裝置由下片機(jī)器人、下片臺(tái)、吸紙機(jī)構(gòu)、玻璃架移動(dòng)裝置等四部分組成。其中下片機(jī)器人由機(jī)器人、真空泵、真空吸盤(pán)、光電開(kāi)關(guān)以及吸盤(pán)架組成。下片臺(tái)由玻璃輸送輥道、傳動(dòng)電機(jī)、光電開(kāi)關(guān)等設(shè)備組成。吸紙機(jī)構(gòu)由吸紙架、水平傳動(dòng)裝置、縱向傳動(dòng)裝置以及玻璃架進(jìn)料裝置組成。吸紙架由真空吸盤(pán)、色標(biāo)傳感器、傳感器固定型材組成，主要用于玻璃/紙張的檢測(cè)以及紙張的去除。水平傳動(dòng)裝置由傳動(dòng)電機(jī)、傳送皮帶、滑軌以及安裝縱向傳動(dòng)裝置的滑架組成?？v向傳動(dòng)裝置由傳動(dòng)電機(jī)、滑軌、傳動(dòng)皮帶以及吸紙架組成，用于吸紙架的移動(dòng)，使吸紙架上吸附的紙張能夠準(zhǔn)確地落入到儲(chǔ)紙箱內(nèi)。玻璃架移動(dòng)裝置由傳動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)鏈條、限位開(kāi)關(guān)、玻璃架支撐板組成，用于待去紙玻璃移動(dòng)到固定位置，方便機(jī)器人以及去紙機(jī)構(gòu)正常工作。

1.1 檢測(cè)原理

自動(dòng)去紙機(jī)器人通過(guò)利用色標(biāo)傳感器的工作原理來(lái)檢測(cè)紙張或玻璃。在機(jī)器人和吸紙機(jī)構(gòu)上均配備色標(biāo)傳感器，利用色標(biāo)傳感器檢測(cè)當(dāng)前物品的材質(zhì)是紙或是玻璃，當(dāng)檢測(cè)到是紙張時(shí)，吸紙機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，將紙張吸住并抽走。在紙張抽走后，反饋一個(gè)取紙完成的信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人開(kāi)始抓取玻璃，當(dāng)玻璃抓取動(dòng)作完成后，反饋信號(hào)給傳感器，重復(fù)當(dāng)前的檢測(cè)操作。

1.2 工作原理

工人將需要去紙的玻璃架放在輸送帶上，當(dāng)玻璃架到達(dá)設(shè)定位置后，機(jī)器人回原點(diǎn)，吸紙機(jī)構(gòu)回原點(diǎn)，在觸摸屏上設(shè)置玻璃架上的玻璃數(shù)量、玻璃規(guī)格尺寸，在觸摸屏上點(diǎn)擊自動(dòng)/手動(dòng)模式，色標(biāo)傳感器開(kāi)始工作，檢測(cè)到玻璃后，機(jī)器人開(kāi)始抓取玻璃，放到玻璃傳送輥道上，當(dāng)玻璃傳送輥道上的傳感器檢測(cè)到玻璃后，玻璃計(jì)數(shù)加1。機(jī)器人每次抓取下降高度＝初始位置＋吸走玻璃片數(shù)×每片玻璃厚度。每次吸走玻璃放到深加工流水線完成一次動(dòng)作，此完成信號(hào)反饋給吸紙機(jī)構(gòu)，然后機(jī)器人回到等待位置。

吸紙機(jī)構(gòu)懸臂開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到玻璃架原點(diǎn)位置（在玻璃架靠近儲(chǔ)紙箱一側(cè)設(shè)置一個(gè)限位開(kāi)關(guān)）后，吸紙機(jī)構(gòu)的懸臂下降到位，真空吸盤(pán)開(kāi)始工作，完成吸紙，吸紙機(jī)構(gòu)的縱向移動(dòng)電機(jī)與橫向移動(dòng)電機(jī)開(kāi)始工作；縱向、橫向伺服電機(jī)采用兩軸控制，保證懸臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中呈一條直線。當(dāng)懸臂在運(yùn)動(dòng)到儲(chǔ)紙盒的限位處時(shí)，吸紙氣缸開(kāi)始縮回，釋放真空，此時(shí)吸紙次數(shù)加1，紙會(huì)自動(dòng)落到放紙的箱子里，吸紙伺服每次下降的高度就是初始位置＋吸走玻璃片數(shù)×每片玻璃厚度，當(dāng)實(shí)際吸走玻璃數(shù)量等于設(shè)定玻璃片數(shù)量時(shí)，機(jī)器人停止吸玻璃，回到原始位置。實(shí)際吸紙數(shù)量等于設(shè)定值時(shí)，吸紙機(jī)構(gòu)停止吸紙，吸紙機(jī)械手回到原始位置。

1.3 報(bào)警原理

吸紙機(jī)構(gòu)采用真空吸盤(pán)來(lái)吸取紙張，在吸取紙張的過(guò)程中，傳感器檢測(cè)到紙張，吸紙機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作。在吸紙過(guò)程中，通過(guò)壓力傳感器反饋壓力信號(hào)，當(dāng)真空發(fā)生器故障或者吸盤(pán)破損導(dǎo)致負(fù)壓壓力長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到設(shè)定值時(shí)，信號(hào)反饋給PLC，PLC執(zhí)行外部聲光報(bào)警。在吸紙完成后紙張抽取過(guò)程中，真空壓力達(dá)不到設(shè)定值，信號(hào)也會(huì)反饋給PLC，PLC執(zhí)行外部聲光報(bào)警。

吸紙機(jī)構(gòu)在紙張檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)傳感器檢測(cè)到紙張破損，信號(hào)反饋給PLC執(zhí)行外部聲光報(bào)警，通知操作人員處理，并同時(shí)停止設(shè)備。當(dāng)操作人員處理完破損紙張后，通過(guò)操作臺(tái)上的復(fù)位按鈕，復(fù)位設(shè)備。

由于紙張是被剪切過(guò)的，無(wú)法用于鋪紙機(jī)當(dāng)中，進(jìn)行二次鋪紙。通過(guò)自動(dòng)去紙機(jī)器人取下來(lái)的紙張會(huì)通過(guò)人工鋪紙的方式進(jìn)行二次利用，不完整的紙張可以在紙張的二次利用過(guò)程中，通過(guò)人工去除。

1.4 通訊原理

機(jī)器人與吸紙機(jī)構(gòu)之間采用UDP通訊方式，相比TCP通訊，UDP通訊具備資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點(diǎn)。

2 控制系統(tǒng)

自動(dòng)去紙機(jī)器人控制器采用西門(mén)子1200PLC，1200PLC具有模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面等特點(diǎn)，適用于多種應(yīng)用，同時(shí)1200PLC具有可擴(kuò)展的靈活設(shè)計(jì)，符合工業(yè)通訊最高標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，以及全面的集成工藝功能，傳動(dòng)控制采用西門(mén)子總線伺服PN V90，V90伺服器具備精度高，響應(yīng)快，與1200PLC具備更好的兼容性的特點(diǎn)，保證了吸紙準(zhǔn)確的同時(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)接線，維護(hù)簡(jiǎn)單。

3 自動(dòng)去紙機(jī)器人在玻璃深加工中的應(yīng)用

由于工業(yè)機(jī)器人具有自由度高、運(yùn)動(dòng)控制精度高、運(yùn)行速度高等特性，在玻璃深加工中能適應(yīng)絕大多數(shù)工作要求，尤其適用于重復(fù)性工作，且由于其柔性好，當(dāng)企業(yè)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時(shí)，可以通過(guò)及時(shí)切換程序使去紙機(jī)器人能夠更快地投入到新工藝的生產(chǎn)中，同時(shí)還可以有效解決企業(yè)員工人員流動(dòng)大、生產(chǎn)周期不易確定等管理難題。

在玻璃深加工中，一架玻璃（150片）人工去紙時(shí)間60 min，自動(dòng)去紙機(jī)器人僅需要45 min，節(jié)約15 min，提高了效率，產(chǎn)品破損率降低30%以上，勞動(dòng)成本節(jié)約70%以上。自動(dòng)去紙機(jī)器人的投入使用可以替代傳統(tǒng)工作模式，促進(jìn)工作效率和工作質(zhì)量的提升，同時(shí)人工勞動(dòng)強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)降低。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)自動(dòng)去紙機(jī)器人上片機(jī)構(gòu)的研發(fā)與使用，在生產(chǎn)過(guò)程中減少了該道工序的人員配置，提高了生產(chǎn)效率，且該設(shè)備具有相對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、控制穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足企業(yè)降本增效的需求。在行業(yè)內(nèi)具有一定的推廣意義。