自动装配系统（精选9篇）
自动装配系统 篇1
0 引言
以Lab VIEW和Vision Assistant为软件平台开发一套基于机器视觉的阀芯自动装配系统, 该系统通过CCD相机获取部件图像, 使用Vision Assistant对带有畸变的图像加以修正, 包括系统标定、采集图像的预处理、标定以及模式匹配和边缘检测等操作。在系统上位机程序中, 以Lab VIEW调用Vision Assistant节点, 得出部件的实际位置和角度信息, 将这些信息通过以太网实时反馈给下位机, 动态地改变机器人的抓取操作, 从而提高装配的柔性和效率。该系统构成简单, 稳定可靠, 识别速度快, 同时对环境要求不高, 具有很好的应用前景。
1 系统总体设计
系统基本结构如图1所示。
2 阀芯图像的采集、处理与分析
2.1 阀芯视觉系统标定
系统利用视觉模块Vision Assistant的图像处理功能来创建、编辑、运行相应的视觉算法, 能方便快捷地对机器视觉系统进行标定。标定的过程可以分为以下步骤 (选取标定模板、标定模板的学习、标定信息的调用、坐标变换) :
(1) 选取Lab VIEW自带的均匀分布的黑色圆形点阵模板, 该模板中黑色圆点的半径为2mm, 相邻圆点圆心间的距离为1cm, 如图2所示。
(2) 在Vision Assistant模块中进行模板学习, 为了实现精确测量, 要充分考虑非线性径向畸变的影响, 需选择Distortion Model (Grid) 模式, 此模式在矫正非线性畸变的同时也对线性畸变进行矫正。学习的过程中, 可以手动选定计算方法, 包括带有一个畸变系数、三个畸变系数加切向畸变等。这些方法能快捷地将畸变的图像标定并且保存为PNG文件, 如图3所示。同时设定视场模板最右下角的黑色圆点为图像坐标系原点, 向上为X轴, 向左为Y轴。最后将标定好的结果保存为PNG格式文件, 以便后续调用。
(3) 标定信息包含在之前存储好的PNG格式文件中, 用Lab VIEW中的Vision assistant节点可以进行调用。经过此节点后, 部件图像显示并没有发生变化, 但其标定工作已完成, 之后的测量将直接得出实际结果, 单位为模板学习过程中所设置的Unit, 需要注意的是标定时用的图像和用于测量的图像必须有相同的类型和分辨率, 只要相机与工作平面的相对位置不变就不必重复标定。
(4) 为了便于装配工作简洁、高效地运行, 将装配机器人工作的局部坐标系与步骤 (2) 中标定的图像坐标系设为一致。即需将部件放置在此模板区域内, 同时在此区域内完成装配动作。
2.2 阀芯图像采集
在阀芯视觉自动装配系统中, 确定阀芯和阀芯槽的位置是整个装配过程中最为关键的环节, 为此须在实验工作台上方安装一台CCD相机来确定阀芯在标定坐标系中的坐标, 同时在机器人末端安装一台同样的相机, 以识别、定位阀芯槽的位置。相机采集图像的整个流程如图4所示。
2.3 阀芯图像预处理
一般情况下, 成像系统获取的图像 (即原始图像) 由于受到各种条件限制和随机干扰, 不能在视觉系统中直接使用, 必须在视觉的早期阶段对原始图像进行以下图像预处理:
(1) 噪声过滤。在进行图像采集过程中, 不可避免地受到各种干扰而混入随机噪声。为了减少识别误差, 需对图像进行滤波处理。中值滤波是一种非线性滤波算法, 能够在滤除随机噪声的同时, 很好地保持图像的边缘信息, 适应性强。对于二维中值滤波, 滤波窗口可以定义为:
式中, {xij (i, j) ∈I2}表示图像各点的灰度值。
(2) 图像增强:将图像中感兴趣的特征有选择的突出, 而不必逼近原图像, 在时域内主要方法为直方图均衡。若一幅数字图像灰度等级为M, 各像素灰度值为rk (k=0, 1, 2, …, M-1) , 灰度值的概率估计pr (k) 为:
式中, nk为第k级灰度的像素数;n为像素点总数。
直方图均衡就要使它线性化, 使含有像素多的几个灰度级间隔被拉大, 压缩像素少的几个灰度级, 从而增大视觉接受的信息量, 使图像变得清晰。在Vision assistant中通过调用Filters、Lookup Table等命令来对黑白图像进行滤波、增强处理, 处理结果如图5所示。
2.4 阀芯的识别、定位处理
2.4.1 阀芯的初次定位
在试验台上方摄像头采集阀芯图像的过程中, 系统利用Vision assistant中的模式匹配来粗略定位阀芯。模板匹配是指用在检测前定义一幅较小的标准模板图像, 然后将此模板与待检图像进行比较, 由此可以确定在待检图像中是否存在与该模板相同或相似的区域, 若该区域存在, 还可确定其位置并提取该区域。模板匹配原理如图6所示, 定义1个模板w (x, y) (K*L像素) , 被检测图像f (x, y) (M*N像素) , 其中K≤M, L≤N, 模板w (x, y) 在被检测图像f (x, y) 上移动。采用绝对差值法, 衡量w (x, y) 和f (x, y) 在点 (i, j) 之间的误差, 其计算式为:
式中, i=0, 1, …, M-1;j=0, 1, …, N-1。
2.4.2 阀芯的二次定位
阀芯的初次定位基本上给出了机械手所需的移动坐标, 但以现场装配工艺要求来说, 其精度还不够, 因此需要二次定位, 以求出机械手移动坐标的精确值。为此, 可在阀芯的粗略位置设定ROI区域, 继而以Vision assistant的Find Circular Edge来检测阀芯口, 并设定参数, 可以得到阀芯口中心在标定坐标系中的精确坐标值F (xf, yf, z) , 其中z为阀芯高的一半为定值。处理后效果如图7所示。
2.4.3 阀芯抓取位置的确定
阀芯抓取位置定位如图8所示。在确定了阀芯在标定坐标系中的位置之后, 将信息传输至机器人, 控制机器人末端运动至图8中A (xa, ya, z, rx, ry, rz) 点位置, 其中xa, ya由xf, yf加上一段固定的距离所得, rx, ry, rz由机械手事先示教所得。此时开启机械手末端摄像头, 并绕着阀芯的轴向方向连续采集图像。通过Vision assistant的Pattern Matching来寻找阀芯槽的位置, 当检测到阀芯槽的位置后停止末端相机的采集工作, 同时通过试验台上方的相机确定此时机械手末端在标定坐标系中的位置B (xb, yb, z, rx, ry, rz+θ) , 其中θ为A, B点之间绕z轴的旋转角度。为了满足装配工艺要求, 类比座架的抓取, 必须使机械手末端先移动至C (xc, yc, z, rx, ry, rz+θ+90°) 点处, 再缓慢移至D点处抓取阀芯部件, 由图可知, C点的坐标可由以下关系式求出:
D点的坐标可由以下关系式得出:
其中,
3 系统上位机程序实现
通过Vision assistant对图像进行一系列处理之后, 可以方便、快速地得出阀芯和阀芯槽的坐标和角度信息。在系统上位机中, 基于NI的Max和DAQmx devices技术, 图像采集程序可以方便地以在LabVIEW中调用IMAQ Grab Acquire.vi等子VI (LabVIEW的子程序) 的方法实现。图像处理程序包括图像的标定、滤波、定位等, 可以以直接调用Vision assistant节点的方式实现, 其部分程序如图9所示。系统通信功能可以藉由Lab VIEW中丰富的通信函数来实现, 主要利用TCP连接函数实现与下位机的通信。
4 机器人抓取实验
在工作台上进行机器人装配实验, 如图10所示。下位机使用STAUBLI工业机器人CS8C控制器;光源使用LED环形光源, 采用低角度照明方式;图像采集设备采用分辨率可达1280*960且带有Gige接口的Prosilica GC1290黑白相机以及Computar M1614-Mp2镜头, 可以直接通过网线与上位机连接通信。系统以一台PC机为上位机, 负责图像的采集、处理和识别定位, 并将处理结果通过以太网TCP/IP反馈给下位机CS8C控制器, 进而动态控制机器人的抓取动作。机器人工作采用自动循环方式, 以接收完部件图像处理数据为触发条件, 即接受完数据后, 机械手臂自动上电动作, 运行结束后将手臂断电, 等待下一次数据的输入。实验参数 (x方向、y方向及角度的误差量) 如表1所示。视觉系统、图像处理系统和装配系统3个主要部分产生的综合实验误差较小, 在合理范围之内, 能够完成装配过程。
表中F的偏移角是指F在图8中的旋转误差, 设F的实验坐标为F′, 则偏移角为OF与OF′, 的夹角。同理D的偏移角也为旋
转误差。根据摄像机标定, 获得图像的最大实际尺寸为156mm, 这个尺寸除以1280就表示一个像素代表的实际距离。实验结果证明系统达到了比较高的装配精度。
5 结语
综合运用NI视觉技术和机器人技术, 构建了一套相对完善的部件自动装配系统。该系统经过试验具有较好的装配精度, 可以满足一般生产装配需求。基于Vision Assistant的相机标定方法可以快速有效地对相机进行标定, 减小图像畸变, 其快速简洁的特性是传统方法所不能比拟的, 提高了相机标定效率;在Vision Assistant中对采集的图像进行预处理、标定以及模式匹配和边缘检测等处理时只需设置相关参数即可, 无需经过繁琐的计算和复杂的程序编写。基于机器视觉的阀芯自动装配系统能快速、高效地完成装配工作, 可以大大提高生产效率, 节约人力成本, 提高自动化程度。
参考文献
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自动装配系统 篇2
姓名：部门：专业：机械
从8.2号从上海出发到XX距今已经过去一个月了，时间过得不可谓不快。这期间主要在车间实习，接触产品装配及调试方面的知识。在领导和师傅们的帮助及带领下，我收获了很多，在此表示深深的感谢！现将工作总结汇报如下。
首先，安全至关重要。清楚地记得刚来XX公司，领导们给我们上的第一堂课就是安全教育课，反复强调安全生产的重要性。尤其对于在车间作业的人员，公司有一套完整的安全操作规范，一定要严格遵守，切不可将安全生产的理念抛诸脑后。因此在车间实习期间我都时刻提醒自己注意安全操作及作业，没有出现安全事故。
其次，“不规矩，无以成方圆”。严格遵守公司的各项规章制度并服从管理，争取做一个守规矩的员工，这是每个员工的义务。这一个月以来我都严格按照公司规章制度规范自己的行为，不迟到、不早退；每次进车间前都按照要求穿上工作服，不穿短裤、凉鞋；不在车间嬉戏、打闹，与同事和睦相处；在师傅的指导下完成任务而不擅自操作等。
再次，我在专业知识的学习方面也有很多收获和感悟。自从跟随师傅下车间工作以来，很多自动化设备就实实在在、完全零距离地摆在我面前，因此我首先的任务就是熟悉各个工作站上出现的各种元器件。经过一段时间的观察与了解，我知道气缸、电缸、导轨滑块、阀岛、传感器、气管、电磁阀、直线轴承、丝杆等等一系列元器件是什么样的、有什么作用，在脑海中对这些东西有了一个深刻地感性认识。与此同时，在三期车间我还有幸近距离接触到分拣机器人、服务机器人、贴膜机器人、堆垛机器人以及立体仓库的相关设备，眼界得到了大大的开阔。接下来主要对每一个工作站分别进行细致观察和分析，了解工作站的基本功能、包含哪些重要的元器件、零件的安装方法、实现某一动作的机械结构。经过一段时间的努力，我对这些元器件以及机械结构的了解逐渐深入，然而自身所产生的疑惑和不明白的地方也越来越多，因此我不断地向师傅请教，争取将问题搞清楚。随后我主要针对性的分析了举升机构、夹紧旋转机构以及气管排线方面的知识，加深对它们的理解，而且还从整体角度分析工作站的大体结构、共通之处并在笔记本上做总结。接下来的主要工作就是一边仔细研习设计图纸，了解零部件的设计理念、绘图标注方法，一边认真学习钳工对零部件的装配方法，明白装配过程中需要注意的一些问题和具体的安装步骤等等。在这个过程中我对照图纸认真核对装配好的零部件，不久之后突然发现有一个工作站存在严重的装配错误，因此我立即向师傅反映情况，最终将问题及时解决。这件事情让我认识到，装配过程中经常会出现很多大大小小的问题，这就需要钳工们细心谨慎，及时发现错误并更正，避免后期带来的诸多不便。随着对工作内容的熟悉，我逐渐有幸亲自参与到装配工作中来，比如协助钳工安装零部件、给站内和站外挡停机构安接气管、安装传感器等等，这些工作锻炼了我的动手操作能力，加深了我对它们的认识。最后项目进入整体调试阶段，在此过程中认识到线体安装要平直、不能弯曲，托盘要能顺利平稳通过，每个工作站都要调整地脚螺栓以保证高度的统一，传感器要安装到位，零部件动作无卡滞，安装位置合理无干涉等等一系列知识。在车间学习的这段日子里，我还根据公司相关考核要求查阅相应资料，进行必要的理论学习，争取在考核中表现优异。
最后，当我看到每个工作站都有一份厚厚的设计图纸时，内心深刻感受到做为一名机械设计人员的不易，不仅要掌握机械方面的知识，还要掌握气动、电机、传感器等多方面的综合知识。通过对工作站装配的观察和与装配钳工的交流中发现，设计人员不能仅凭自己的想象设计，更重要的是要结合实际情况，设计出更为合理更为人性化的结构，否则在后续的加工、装配、调试阶段会面临很多问题而难以解决，不仅耗费人力物力，更会耽误项目进度。因此，设计人员考虑问题一定要全面仔细，尤其在细节上不能有所忽视。以前觉得装配是一件很简单的事情，然而现在我才体会到装配并不是一件轻而易举的的事情，相反地，装配质量的好坏直接影响设备的使用性能和寿命，而有些零部件的安装是要有很好的技巧才能完成的。
95式自动步枪的装配工艺性 篇3
首先比较一下这3种枪的组成，详细情况见表1。
从表1可以看出，随着刺刀功能的增加，95式自动步枪的零部件总数最多。但除去刺刀后进行比较，95式自动步枪的零部件总数又是最少的，其中95式自动步枪的组件和部件数量最多，零件数量最少。这就是95式自动步枪的标准化、模块化设计和优化设计的体现，它为组织生产由串行型转变为并行型创造了条件，利于缩短生产周期，提高生产效率。3种产品相比较，95式自动步枪的性能具有明显的优势。
再进一步比较3种产品的总装配工艺，详细情况见表2。
由表2可以看出，实现相同的功能，95式自动步枪装配的总工序数、装配工序数、修锉工序数都是最少的，我们再作进一步分析：
(1)装配工序情况比较
56式冲锋枪和81式自动步枪由于参与总装配的结构比较复杂，除有组件和零件外，还有部件，并且参与总装配的各件数目也较多，分别达44、49个，使总装配工序数目多，流程长。
95式自动步枪总装配的结构组成最简单，只有组件和零件；参与数目最少，仅27个。95式自动步枪的装配工序数大幅度减少，其主要原因首先是95式自动步枪采用模块化设计，并且在零部件的设计过程中尽量采用标准化，优先采用国标或国军标，对95式枪族的相同功能部件实现系列化设计，各个功能模块由零件制造、部件装配、组件装配再进入总装配，这样就使总装配的工序流程相对较短，便于生产管理，提高装配效率，也使零部件质量一致性得到有效控制，产品质量得到提高。
（2）修锉工序情况比较
56式冲锋枪和81式自动步枪由于采用较多的木制件、冲压件和铆接件，在加工过程中难以控制尺寸精度，所以只有在总装配时靠修锉来保证产品的装配要求，导致修锉工序量大，使总装配工序数目增加，装配节拍缓慢，生产效率低下，只能靠增加人员的办法完成生产任务。
而95式自動步枪的修锉工序只有上两种产品的1/3,这主要应归功于95式自动步枪的设计质量和零部件制造质量的提高。重要零件尺寸较一般零件尺寸提高一个精度等级,由于加工手段的改进和提高，在生产过程中关键件的加工采用数控加工中心和数控改造的普通设备,使零件的加工精度得到可靠的保证,体现在总装过程中，就是修锉工序大幅度减少。除少数零部件需分组选配外,只有装配闭锁机构和发射机构等工序需要修锉,其余零部件可以直接装配。
(3)总装配工艺不同
95式自动步枪与56式冲锋枪和81式自动步枪总装配工艺明显不同，由此导致装配过程中的设备、夹模具、辅具辅料的配置也存在着差异。56式冲锋枪和81式自动步枪的工装配置数量和种类均比95式自动步枪多，所以95式自动步枪总装配的生产管理相对简单，生产场地明显缩小，生产员工减少。
综上所述，由于95式自动步枪设计中采用了模块化、标准化和系列化，以及加工能力的显著提高，使零件加工满足装配要求，致使总装配工艺简化，装配效率提高。
目前,工厂正在研究如何取消为数不多的修锉工序,争取达到互换装配。
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自动装配系统 篇4
在现代工业自动化生产中,自动装配已成为现代工厂生产、物流过程中不可缺少的重要环节之一。组态王(King View)是北京亚控科技发展有限公司融合人机界面系统和监控管理系统开发的工控组态软件。基于组态王的自动装配机监控系统对生产自动化的实现意义显著,通过组态王软件平台可有效设计实现自动装配机现场监控、数据处理、报警管理、报表查询输出等功能[1]。
2 自动装配机组成结构与功能
自动装配机主要用于将半成品与其它零件配合装配,形成成品,主要结构分为输送模块、提取装配模块、配件送料槽及固定支架四部分,如图1所示。整个自动装配机通过PLC实现协调控制运行;输送模块通过MM430变频器驱动三相异步电动机运行工作,为传送带输送装配物件提供动力;提取装配模块通过气缸、真空吸盘协调配合从配件料槽中吸取装配配件,有序执行待装配物件的装配工作。
3 自动装配机监控系统结构
图2为自动装配机监控系统网络结构示意图。自动装配机监控系统采用上、下位机的组织结构,整个系统分为上位机监控层和PLC现场控制层两部分。上位机监控层基于组态王软件King View 6.52运行于上位监控机,通过开发的应用程序实时监控系统运行状态、管理数据信息,实现现场控制与远程管理的运行模式。PLC现场控制层采用西门子S7-200系列的PLC作为整个系统的核心,直接检测与控制现场设备(按钮、传感器、MM430变频器、电磁阀等)的运行状态,实时采集过程数据,接受上位监控机的监控,通过西门子PC/PPI电缆实现与上位监控机互换数据信息。PLC将自动装配机系统各运行参数实时采集到组态王对应变量中,由组态王进行统一数据管理;同时根据上位机指令和程序设置控制现场工作设备执行相关动作[2]。
4 自动装配机组态监控系统的设计
本自动装配机组态监控系统采用King View 6.52工控组态软件开发实现,其设计开发包括自动装配机监控系统的通信设置、构建过程数据库、组态监控界面设计与编程等方面内容。
4.1 自动装配机监控系统的通信设置
自动装配机监控系统上位机组态王King View6.52与下位机的PLC之间采用PPI协议实现通信,PLC与上位机通过西门子PC/PPI电缆物理连接,利用STEP 7–Micro/WIN 4.0编程软件和组态王软件进行通信配置即可。
1)在STEP 7–Micro/WIN 4.0编程软件“系统块”的“通信端口”中设置端口1的PLC地址为2,波特率为9600b/s;同时完成自动装配机控制程序的编制,完成后下载到PLC中,使更改的参数生效。
2)双击组态王工程浏览器目录中“设备”项目下的COM1,在串口设置界面中设置波特率为9600b/s;设置奇偶校验为“偶校验”;设置数据位为“8”;设置停止位为“1”;设置通信方式为“RS232”,以完成对COM1的通信设置。选择组态王工程浏览器“设备”项目中的COM1,双击其右侧的“新建…”图标,运行“设备配置向导”,依次选择PLC、西门子、S7-200系列、PPI;将设备逻辑命名为S7-200;选择串口号COM1;设备地址设置指南中设置PLC地址2;默认通信参数。完成设备配置后,右键单击工作区显示的“S7-200”图标,选择“测试S7-200”,测试组态王软件与PLC是否能正常通信[3]。
4.2 构建过程数据库
组态王软件需预先构建过程数据库方可实时采集自动装配机的现场数据,组态王工程浏览器“数据库”的“数据词典”直接构建过程数据库。通过工作区的“新建…”图标进行定义变量,命名变量名,相应选择定义变量类型、连接设备、寄存器、数据类型;设置采集频率;设置读写属性;可在定义变量的描述文本中输入对该变量的描述内容。使用同样的方法灵活组态自动装配机系统中的其它变量,表1和表2分别为本系统中组态王数据词典中定义的内存变量和结构变量。
4.3 组态监控界面设计与编程
考虑到自动装配机系统监控的过程变量和实际功能,设计了监控主界面、报警界面、生产报表统计等界面,其中自动装配机监控主界面如图3所示。
监控主界面主要由标题显示区、状态显示区、动画仿真区3个区域组成,动态仿真自动装配机系统现场运行状况。在主界面上侧的标题显示区中标注有监控界面标题及显示日期时间;在其右侧的状态显示区主要显示主机状态、当前运行状态、物件显示状态以及各操作指示元件;动画仿真区直观形象的显示实时监控整个自动装配机系统的动态运行过程。在监控界面上添加“生产统计”和“退出”两个按钮控件,分别用于界面切换和监控界面退出。
完成监控界面制作后,进行界面上控件的动画连接设置。比如进行“退出”按钮控件动画连接时,在命令语言连接中勾选“按下时”选项,通过“事件命令语言”对话框的“发生时”栏里相应输入“close picture(“监控界面”)”,完成该事件命令语言的编写[4]。其它控件的动画连接方式也是类似的。
完成各个控件的动画连接设置后,还需编写整个监控系统的应用程序命令语言。选择组态王工程浏览器左侧命令语言目录的“应用程序命令语言”选项,双击其则出现“应用程序命令语言”对话框,在此对话框中编写自动装配机监控系统的应用程序命令语言脚本程序,在“运行时”栏里输入以下程序:
5 监控系统调试运行
系统连接设置和程序检查无误后,将自动装配机的控制程序下载到PLC中并运行,然后在监控计算机上启动组态王King View 6.52软件,并打开已经制作完成的自动装配机的组态工程项目,将其切换到组态运行系统,进入监控界面。观察监控界面的动态仿真显示与自动装配机的现场设备是否同步运行,检查监控界面动画连接控件显示正确与否。若出现错误,可以退回到开发系统界面中更改,调试直至监控程序运行正常为止。
6 总结
本自动装配机监控系统结合S7-200系列PLC和King View 6.52组态软件设计,实现了对自动装配机现场设备的工作情况实时监控与管理,也可控制整个系统的可靠运行,并提供数据信息查询。本系统运行软件结构简单、实时性好;系统界面友好,能逼真观察系统运行过程,实用性较强;可满足系统自动控制与管理的要求,具有一定实用价值。
参考文献
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自动装配系统 篇5
液晶显示器件是被动型显示器件, 它本身不会发光, 靠调制外界光来实现显示。外光源设置上, 通常选择背光源技术。在液晶显示屏生产工艺过程中, 就涉及到液晶屏与背光源装配精度问题。在装配过程中, 如果液晶屏与背光源装配精度不足, 会出现背光源漏光现象, 导致显示画面明暗度差异[1]。传统的精度测定, 主要依靠人工在显微镜下对产品四条边的八个位置进行间歇测定来完成。有如下缺陷:检测方法不合理, 结果误差大, 可靠性弱;人员作业量大, 耗时长;抽检样本太少, 不能保证品质, 一旦产生偏差, 将发生批量不良。对于这种带有高精度性和智能性的工作, 人工检测在给工厂增加巨大人力成本和管理成本的同时, 准确性和规范化也难以保证, 无法得到满意的检测效果。因此有必要开发一套智能自动检测系统, 提高作业效率, 增强品质可靠性。
1 检测系统的设计原理
评价液晶屏和背光源的装配精度, 在实际生产过程中有两个衡量标准, 即:
1 ) 中心重合程度:液晶屏与背光源中心点距离<0.075mm;
2 ) 边缘角度偏差:液晶屏与背光源边缘角度<0.1°。
具体如图1所示。
实际测试过程中要控制液晶屏和背光源两者中心偏差距离在一个以原点为中心, 直径为0.15mm的圆内。文中以FY和FZ分别代表两个指标, 即FY<0.15mm, FZ<0.1°。
为实现装配精度的自动检测, 系统要能自动获取衡量精度的两个指标。因此在检测系统中, 通过两台摄像机分别对液晶屏和背光源的目标标示 (mark) 进行拍照, 通过图像采集卡将图像信息传到计算机, 计算机对图像进行处理, 获得目标位置坐标, 并自动计算中心坐标, 得到中心距离和产品边缘角度, 即FY和FZ。对比目标数值0.15mm和±0.1°, 判断产品装配精度的好坏, 出现不良品自动报警, 提示取出不良品并进行设备调整。
2 检测系统的硬件设计
系统硬件由照明系统、CCD摄像机、图像采集卡、工业控制PC机等组成, 如图2所示[2]。
工业CCD相机接收到液晶屏和背光源的装配位置图像, 转化为计算机所能处理的电信号传送给专用的图像采集卡;为保证获取的图像清晰, 在装配线上方左右位置各配备环形LED光源, 同时相机选用CCD黑白相机, 如Sony的STC-A83A。
图像采集卡及配套的软件对接收的电信号进行各种运算来抽取目标特征, 主要是长度、数量和位置。
在PC机上根据预设的容许条件, 输出结果:中心距离偏差量和边缘角度偏差量偏移量、检测OK数、不良品数等。
根据检测结果, 通过人工修正或后续的自动补正系统调整装配位置, 达到精度要求。
硬件装配图如图3所示。
3 检测系统的软件设计
系统软件部分主要完成图像预处理与特征提取, 得出二维坐标, 根据二维坐标计算出所需的目标值。由光学成像系统生成的二维图像, 包含了各种各样的随机噪声和畸变, 因此需要对原始图像进行预处理, 突出有用信息、抑制无用信息, 从而改善图像质量。同时使图像变的更有利于计算机的处理, 便于各种特征分析[3]。最终经边缘测定后, 计算液晶屏和背光源边缘角度偏差值和中心距离偏差值。
图像软件处理过程如图4所示。
根据图像处理软件分别获得液晶屏和背光源的目标位置坐标 (X1, Y1) 和 (X2, Y2) , 再根据产品规格书, 获得液晶屏和背光源的长宽尺寸, 设为W和H。根据图5所示的坐标示意图, 软件计算分别得到液晶屏 (BA) 和背光源 (BL) 产品边缘偏差角度θ1和中心坐标 (X3, Y3) , 从而得到所需的FY和FZ。
计算如下:
将液晶屏的坐标 (X1, Y1) 和 (X2, Y2) 以及液晶屏的长度W和宽度H分别带入式 (1) ~式 (3) , 再将式 (1) ~式 (3) 的结果代入式 (4) 和式 (5) , 得到液晶屏的中心坐标 (X3 (BA) , Y3 (BA) ) 和边缘角度θ1 (BA) , 同理可得背光源的中心坐标 (X3 (BL) , Y3 (BL) ) 和边缘角度θ1 (BL) , 从而得到:
根据上述研究的算法, 使用面向对象的程序设计语言VB设计配套的软件, 计算FY和FZ, 并对装配精度做出判别。软件界面的主窗口如图6所示。
在图6所示的主界面中, BL1、BL2、BL3、BL4分别表示通过图像识别获取的背光源的四个边缘, BA1、BA2分别表示通过图像识别获取的液晶屏的边缘, 在“Control Panel”部分, 分别自动生成了背光源和液晶屏的坐标。人工输入当前所测的背光源和液晶屏的长度和宽度, 就可计算得到FY值和FZ值。在图6右下角的两幅图中, 为了形象化体现检测结果, 界面制作时, 以直径为0.15的圆为基准, 测定点在圆内为OK, 否则不合格并报警;FZ处于-0.1~0.1直线范围内OK, 否则不合格。对所有被测对象进行OK/不合格计量统计, 实现履历化管理。
4 实验结果分析
自动检测系统安装使用后, 随机采样60组数据进行分析, 如表1所示。
软件绘得到的坐标示意图如图7和图8所示。
根据分析示意图, 测定点在圆内为OK;FZ处于-0.1~0.1直线范围内OK, 当两个参数中有一个不合格时即报警, 提醒要进行设备平台补正。
5 结论
根据实验结果分析表明系统性能可靠, 结果准确, 并可根据检测结果进行相应设备平台补正, 以保证装配精度。自动检测系统与传统的人工检测优点主要体现在两方面:一是提高生产效率, 人工检测每检测一片需三分钟左右, 而自动检测每片只需一秒左右;二是提高准确率, 由于人工检测效率较低, 故在批量生产时一般按5%抽检, 这就会导致有不良品流出, 而自动检测是100%检测, 一旦发现不良品就报警。因此该系统对产品装配精度的检测有了质的改变, 完全达到了预期效果, 保证了品质, 提高了效率。
摘要：液晶显示屏与背光源的装配精度严重影响显示屏的画面品质。将检测方法由传统的显微镜下产品边缘间隙测定改进为图像识别系统自动测定, 阐述了硬件组成, 着重阐明了检测算法和软件编写, 并对实验结果进行分析, 有效提高了产品品质和作业效率。
关键词：图像识别,装配精度,检测算法
参考文献
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[2]卢娜, 郭翠玲.LCD背光源技术及基本设计原理[J].科技信息, 2009 (24) :157-158.
自动装配系统 篇6
随着高职院校教育教学改革不断深入, 教学模式不断创新, 实验教学环节重要性也突显出来。因此开发一门理实一体、能为学生实现从“学生到职工”的转变提供重要平台的实验课程显得尤为重要。当代中国已经是举世瞩目的制造大国, 自动化生产线在机械制造、电子、航空、食品等越来越多的领域得到广泛应用, 掌握自动线控制技术成为电气自动化技术和机电一体化专业的学生的职业发展方向。适时在职业院校开展自动线安装与调试实验, 可以使学生了解现代化工业进程中工业产品被加工的方式, 认识自动生产线的结构、运动、驱动、传感、控制方式, 能够使学生具备自动线设备的安装、编程、调试、故障诊断和排除能力。
1 实验条件
1.1 实验硬件平台
自动线安装与调试采用“天煌”THJDAL-2型自动生产线拆装与调试实训装置为实验平台。该实训装置可分为供料、加工、装配、分拣和机械手搬运5个单元, 可以完成工件的自动上料, 机械手 (搬运单元) 将工件送入加工单元进行加工, 加工完成后再由机械手送往装配单元进行装配和冲压, 最后由机械手送入分拣单元进行产品分拣的整个工作流程的自动控制。该装置采用开放式结构, 可供学生进行机械部件、气动控制系统和电气控制系统的拆装、调试、运行。
1.2 实验单元的组成
本实验是对THJDAL-2型自动生产线拆装与调试实训装置的装配单元的电气控制系统进行安装与调试。装配单元由井式供料单元、三工位旋转工作台、平面轴承、冲压装配单元、光电传感器 (E3Z-LS63) 、电感传感器 (LE4-1K) 、磁性开关 (D-C73L和MT-22) 、电磁阀 (SY5120) 、PLC主机 (CPU224 DC/DC/DC) 、交流伺服电机 (R88M-G20030H-Z) 及驱动器 (R7D-BP02HH-Z) 、警示灯、支架、机械零部件构成, 主要完成工件紧合装配, 由伺服电机控制三工位旋转工作台的旋转、装配区完成工件装配、冲压区完成工件冲压3个动作完成。图1为THJDAL-2型自动生产线拆装与调试实训装置的装配单元结构图。
2 实验内容
根据THJDAL-2型实训装置的装配单元工作流程, 设计PLC控制I/O接线图并正确安装接线;设计PLC控制的顺序功能图与梯形图程序, 并下载调试;完成装配单元电气控制系统的软硬件设计与安装。装配单元具体工作流程如下:
当三工位旋转工作台的原点检测传感器检测到待装配工件1后, 伺服电机驱动工作台顺时针旋转, 将工件1送往装配区, 位于井式工件库的下方, 1号气缸伸出顶住井式工件库内的倒数第二个工件2;底层工件下方的2号气缸退回 (原本是伸出状态, 挡住工件以免工件掉落) , 底层工件落下, 装配在井式工件库下方的工件1上, 完成装配, 2号气缸伸出复位, 1号气缸复位缩回, 伺服电机启动, 顺时针旋转, 将装配好的工件送往冲压区, 3号气缸带动冲头下降, 将装配好的工件压紧, 3号气缸复位, 伺服电机启动, 顺时针旋转, 将加工好的工件送回工件台原点, 发出加工完成信号。搬运单元机械手将工件搬走送往分拣单元, 操作过程结束, 等待装配下一个工件。若井式工件库内工件不足或无工件, 向系统发出报警信号。
3 实验原理
本实验的核心控制技术是利用PLC完成在位置控制模式下, 对伺服电动机的速度、方向、角位移进行精确控制, 从而形成具有反馈的闭环自动控制系统。
3.1 伺服系统参数设置
本实验平台采用欧姆龙通用SMARTSTEP2系列AC伺服系统, 适用于以加工机床和一般加工设备的高精度定位和平稳的速度控制为主的范围宽广的各种领域, 具有位置控制和速度控制两种模式。本单元采用位置控制模式, 需要对表1中几个参数进行设置。
3.2 伺服系统的连接
装配单元的三工位旋转工作台是由欧姆龙通用SMARTSTEP2系列AC伺服电机控制的, 伺服电机又由西门子晶体管输出型PLC主机CPU224 (DC/DC/DC) 能够输出高速脉冲的Q0.0和Q0.1口进行控制。通过控制Q0.0的输出脉冲频率和个数可以控制伺服电机的速度和角位移, 通过控制Q0.1可以实现对伺服电机方向的控制。图2是装配单元中西门子PLC主机CPU224 (DC/DC/DC) 与伺服系统的连接。
4 实验步骤
4.1 开启实训装置, 进行功能演示
通过教师操作实训装置, 演示自动线装配单元工作过程, 可以使学生产生强烈的问题意识, 期待寻找能够实现自动化生产的工作原理及硬件设备。
4.2 学生小组讨论, 确定实施方案, 并根据操作要领制定操作计划
学生在实验过程中进行合理分组, 加强团队协作, 可以通过查阅资料讨论等方式, 确定实施方案并制定操作计划。
4.3 PLC控制硬件设计
根据装配单元的控制要求和伺服电机的参数设置, 进行PLC控制硬接线设计, 确定PLC的I/O分配表, 绘制PLC的I/O接线图, 并根据I/O接线图正确接线。图3为装配单元PLC主机的I/O接线图。
4.4 PLC控制软件设计
根据装配单元的工作流程与控制要求, 完成顺序功能图的设计, 并将其转化成梯形图程序, 下载并调试, 使之符合系统要求。图4为装配单元顺序功能图。
5 实验总结
通过装配单元电气控制系统的装调实验, 使学生认识自动生产线装配单元的结构、运动、伺服驱动、传感等控制方式, 完成了对加工工件的装配和冲压工序, 满足系统加工工艺要求, 为学生毕业后零距离对接工作岗位打下了一定的基础。
参考文献
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[4]齐伟, 张秀如.基于PLC的柔性自动生产线实验仿真系统的平台设计[J].制造业自动化, 2011 (23) .
自动装配系统 篇7
按照国际高速铁路的标准, 火车转向架间的异步牵引电动机与齿轮箱驱动装置的轴通过联轴器无键过盈联接, 安装时通过压装设备把联轴节压装到轴上去并保压20min[1]。然而我国多数铁路联轴节组装单位使用的压装设备还停留在八、九十年代的水平, 结构简单, 性能单一, 生产效率低, 设备完全用人工操作控制, 精度低, 而且系统落后, 每安装一次都需要全部拆卸, 手动操作, 人工检测, 压装机的数据通过观察压力表来记录判断, 误差大, 精确度低, 性能不稳定, 已经不能满足高速列车对联轴节组装精度的要求, 亟待进行设备的更新[2~4]。
通过对青岛南车四方车辆股份有限公司联轴节的组装工艺及压装机设备的实际调研[5], 我们提出并设计了基于PLC的自动化、数字化、智能化的联轴节压装机。
1 系统控制方案和硬件组成
系统结构框图如图1所示。
本系统主要包括PLC、压力传感器、位移传感器、A/D转换模块、触摸屏、二位三通电磁阀以及300Mpa高压气液增压泵和40Mpa低压气液增压泵等。其中高压泵压力传感器量程为300MPa输出电流值4~20m A电流, 低压泵压力传感器量程为40MPa输出4~20m A电流, 分别采集高压泵与低压泵的压力值。压力传感器将采集到的电流信号通过FX2N-4AD转化成数字信号传给PLC, 经过算术运算后与设定数值进行比较, 得出控制信号对电磁阀自动控制。触摸屏与PLC之间采用RS422接口连接读取PLC中的数值并做折线图分析或数值显示。
三菱FX2N-48MR系列PLC。该机型在运算速度, 指令数量及通讯能力方面占有优势, 是一种小型化、高速度、高性能、各方面都相当于FX系列中最高档次的超小型的PLC。性能稳定, 完全符合我们的使用要求[6]。系统原理图如图2。
联轴节压装机工作过程:
根据国际高速铁路的标准要求并结合我们设计的系统, 压装过程分四步:
1) 高压气液驱动泵工作, 利用2 6 0 M P a-300MPa超高压胀开联轴节轴毂。
2) 观察到联轴节两端渗油时, 开启低压气液驱动泵, 中空油缸推动联轴节移动。
3) 当联轴节移动到与轴的端面平齐时不能继续推动, 这时会出现低压压力传感器的值出现陡升的现象, 经与预设数据进行逻辑判断后, PLC输出控制信号, 控制高压气液驱动泵自动停止工作并进行卸荷。
4) 手动触发保压按钮进入保压阶段, 保压20min后由PLC控制自动停止工作并行卸荷。此时压装过程结束。
联轴节自动压装机工作流程如图3所示:
2 系统软件设计
2.1 系统功能设计
联轴节自动压装系统利用增压控制和PLC等关键技术的高度集成化, 同时配备人性化操作界面和触摸显示屏实现280km/h EMU转向架联轴节无键锥度过盈联接压装过程的程序控制和自动化操作。以解决现有压装系统存在的联轴节和轴出现蠕退现象。
2.1.1 联轴节压装机压装参数与运行状态的监测与显示
本联轴节压装机系统可以采集并显示设备的运行状态, 集中显示于触摸屏监控界面, 便于对压装参数和设备工作状态的监测。
2.1.2 信息的显示、存储
该系统设有员工登录界面, 需输入员工号及登录密码才能进入操作界面及监控界面等;操作界面设置有启动按钮、保压按钮、急停按钮以及用于突发状况的卸荷按钮;监控界面设置有设备运行显示页面, 显示当前的工作状态 (各泵的压力值以及保压时间) 及其他信息 (比如:故障类型、发生的时间等) 。
该系统将所有数据每隔1s采集1次, 并将数据存储于开头为员工号、工作日期的文件中并保存在CF存储卡中, 便于以后分析联轴节压装机的工作状态。
2.1.3 联轴节压装机的控制
联轴节压装机的控制可以采用远距离手柄控制或者采用触摸屏人机交互界面上的按钮来实现。
2.2 系统程序设计
压装软件分为PLC控制软件和触摸屏人机界面软件2部分。PLC程序实现数据计算、逻辑判断与输出控制等功能。触摸屏程序直接通过RS422数据线无缝访问和修改PLC变量, 实现控制功能, 数据、状态的处理, 显示和存储等功能[7]。
2.2.1 PLC控制程序设计
实际工作中, 共有4个二位三通电磁换向阀来控制高压气液驱动泵与低压气液驱动泵的开启与卸荷。在准备工序完成后, 高压泵的开启X001由手动通过按钮或者触摸屏来触发, 使继电器Y001得电, 控制电磁阀换向来启动;当观察到联轴节两端往外渗油时, 手动触发开关X002开启低压泵, 进行联轴节的压装。等到压装到预定位置时, 低压泵的压力值会出现陡升, 此时经过一个比较运算得出控制信号M60来控制高压泵的停止与卸荷。等完成高压泵的拆卸之后, 手动触发X003来完成保压;保压时间由定时器触发自动完成并控制自动卸荷。最后拆卸低压泵, 则整个压装过程全部完成低压泵卸荷则由保压时间的定时器触发自动完成。通过对上述压装机工作流程的研究和分析, 对PLC的I/O输入和输出点进行了合理的分配[8]。如表1所示。
2.2.2 A/D (模拟量/数字量) 转换模块程序设计
根据工作流程的分析, 系统是根据压力传感器传递的数值进行分析控制。压力传感器传递的信号是4~20m A的电流信号, 而PLC只能处理二进制数字量, 因此需要把模拟量变换成数字量。我们对FX2N-4A/D进行编程变换。
FX2N-4AD模拟特殊模块有四个输入通道。输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量, 这称为A/D转换。FX2N-4AD最大分辨率是12位。基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成, 可选用的模拟值范围是-10V到10VDC (分辨率:5m V) , 或者4到20m A, -20到20m A (分辨率:20u A) 。FX2N-4AD和FX2N主单元之间通过缓冲存储器交换数据, FX2N-4AD共有32个缓冲存储器 (每个16位) 。FX2N-4AD占用FX2N扩展总线的8个点。这8点可以分配成输入或输出。FX2N-4AD消耗FX2N主单元或有源扩展单元5V电源槽30m A电流[5,6,7,9]。
该程序中用A/D模块把传感器采集到的电流信号转化成数字信号后存储在PLC的2个存储单元中。PLC中显示出来的数字是二进制的, 为了方便我们的读数, 需要把二进制数转换成实际的压力值。具体程序如图4所示。
2.2.3 触摸屏界面的设计
图形操作终端 (GOT) 可以监视各种设备并改变PLC数据。GOT内置了几个画面, 可以提供各种功能, 而且还可以创建用户定义画面。在程序开发上我们选用其专用的开发工具GT Designer软件。它是一款功能强大的触摸屏人机界面设计软件, 可使用此软件为人机界面设备创建操作员面板并配置操作参数[10]。
根据该系统的工作流程图以及触摸屏控制与显示的要求, 主要包括:登录界面、操作界面、监控界面、数据趋势图界面等并分别有下列功能[11]。
1) 登录页面。在设备通电之后首先出现登录界面, 填入用户名 (即员工号) 及登录密码点击登录按钮即可登录。触摸屏会记录操作人员的个人信息及操作日期时间, 方便事故责任的认定。
2) 操作界面。操作界面具备遥控手柄的所有功能, 点击相应的按钮则可以控制设备的运行, 便于操作人员能够多地点使用设备。
3) 监控界面。实时跟踪显示联轴节压装机压装过程的各种相关参数, 显示PLC中文字元件设定值和当前值, 可以以数字或棒图的形式显示, 供监视使用。
4) 数据趋势图界面。可以以恒定周期或在满足触发条件时获取指定数据寄存器的当前值, 采样数据可以以列表或图形的形式显示亦可以清单的形式输出到打印机或保存在CF卡内。
操作界面与监控界面效果图如图5所示。
3 结论
联轴节自动压装机经过PLC控制的自动化改造, 实现了预期的目标。该系统操作简便、安全性、稳定性良好, 能促进生产效率的大幅提高, 大大降低了劳动强度。增强了联接的可靠性与稳定性。联轴节自动压装机实现了智能化控制联轴节与电动机主轴或主轴箱小轴的压装过程, 数据采集准确, 生成曲线清晰, 通过程序的运算控制解决了误判的问题, 保证了压装参数准确可靠, 从而保证了联轴节压装质量, 进而可以确保车辆行驶安全。本设计已经通过青岛南车四方机车车辆股份有限公司的验收通过, 经过现场实际使用, 性能良好, 运行稳定。
参考文献
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[10]GT11设备使用说明书[Z].三菱电机, 2005.
连接器后盖自动装配机 篇8
授权公告日:2016.07.27
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自动化装配设备的总体设计 篇9
装配是将零部件按规定技术要求进行组装、调试、检验,使之成为合格产品的过程[1],装配过程是产品制造过程的关键步骤,对产品的质量和生产效率有着重要的影响。由于我国制造业长期以来的人力成本优势,很多装配性产品生产企业,都依靠人工或半自动设备进行生产,但随着产品装配工艺越来越复杂,装配精度越来越高,劳动力成本也在不断提升,这都使传统装配方式面临严峻挑战,使用高质量、高性能和量身定做的装配设备可以使企业实现产值的飞速提升,大大减小产品的次品率,有效节约生产成本。这就使得设计非标准化的自动化装配设备变得越来越重要,大力发展自动化装配设备已成为现代工业自动化发展的必然趋势。
2 自动化装配设备的总体设计
针对某一个由若干零件装配而成的产品或半成品,如何设计一台适合的自动化装配设备对其进行装配性生产,是一个创造性很强的过程。优化和合理的总体设计可以加快非标装配设备的设计进度,保证自动化装配设备系统的可靠性。在总体设计阶段,首先需要分析装配工艺,考虑功能的实现方式,设备的结构布局,以及机构系统的构成和控制方式的选择。
(1)产品的装配工艺设计
为了实现产品的装配质量要求,必须首先分析产品装配过程中每一工艺环节的技术要求,编制和设计合理的产品装配工艺,这直接决定了最终实现每一装配工序的机械装置结构和功能,机械系统的动作顺序。没有对产品的生产工艺要求和装配要求进行深入研究,会导致最终设计出的自动化装配设备出现不易改进的弊端,甚至直接导致不易克服的产品质量问题。同时,装配工艺也直接影响装配设备的总体功能实现方式、结构布局、控制和检测方式等。自动化装配工艺一般包括五个部分。
1)装配工序
装配工序分为安装工序和固定工序,安装工序是指在自动装配设备的专用工位上进行装配零部件的预备联接。通常固定工序在安装工序之后,也可以把安装和固定放在一个工位上进行。根据装配任务的复杂程度,一个装配过程具有多个装配工序,装配工序的合理分析是进行工艺设计的重要内容。
2)检测工序
检测工序包括对装配零部件的检验、检查和测试等,检测工序一方面保证装配质量,如装入零件是否有缺陷、装入零件方向位置是否准确、装入后的尺寸精度、密封质量、装配质量等,另一方面在装配过程中对各种故障进行处理。
3)调整工序
调整工序是对装配工序后具有安装偏差的零部件位置的纠正。
4)辅助工序
辅助工序包括对装配件的清洁、打标记[2]、分选等环节。
5)机械加工工序
在某些自动装配设备上,在对零部件安装和固定的过程中,还对一个或几个特定零件进行机械加工。
产品的生产装配工艺往往不是唯一的,符合产品性能要求的生产工艺很多,对可行的装配工艺进行分析比较,结合功能实现的难易程度和品质差异,选择最优的产品装配工艺。
(2)设备的功能分解和功能设计
产品的装配工艺确定后,如何实现每一装配工艺环节,需要结合装配工艺进行功能分析,将自动化装配设备的总功能分解为分功能或功能单元,自动化装配设备是一个集合机械、电子、信息等技术的机电一体化系统,其所分解得到的功能单元不仅包括了对应于各装配工艺环节的子功能,也包括了检测、控制、辅助、动力驱动、传动等其他功能。功能的分解如图1所示。
功能分解可以简化自动化装配设备的设计难度,有利于找到最优的功能实现方式。
设备总功能的实现需要各功能单元的协同工作,进行设备功能设计就是寻求功能单元解的过程,也是将功能单元具体化、结构化的过程,解决功能单元解的可行性,要通过“功能→效应→作用原理”的求解过程,寻求功能单元实现的机械结构、装置或物理效应。最后,对所有功能单元的解进行综合、集成和系统化,实现各功能单元解之间的匹配和协同,从而得到一个系统化的功能解。
装配设备的功能分解、求解过程和装配工艺的设计过程是一个相辅相成,互相促进的过程,以产品装配工艺流程为主线,结合产品的性能要求,对功能求解过程进行检查和优化,大胆提出新的工艺方法,可以进一步优化装配设备的功能。
(3)设备的结构布局设计
装配性生产设备按照自动化程度可以分为半自动装配机、全自动装配机、自动化装配线。设备的结构布局一般可以分为转盘型布局设计、环线型布局设计和直线型布局设计。
如何选择合适的设备结构布局,需要考虑具体的生产实际,按照装配工艺的复杂程度和装配设备的使用需要进行分析。
转盘型布局具有结构紧凑,占地面积小,操作方便等特点,适合于装配工艺简单,单机生产,产品大小适中的装配环境。但由于所有的装配单元都围绕转盘来布局,使得转盘型装配机具有实现机构复杂,且不宜改进和进行柔性化生产的缺陷。
如图2所示的环线型布局适合于装配工艺复杂程度适中的装配环境,并可以最大限度地节省使用场地,环线型布局增大了产品在装配线上的装配空间,因此可以按照装配要求的改变增减装配的功能单元,使装配设备具有柔性化。
直线型布局主要使用于大、中型的自动化生产装配生产线,不但可以完成产品加工制造后期的各种装配、检测、标识、包装等,也可以集合产品的加工制造、装配、检测于一体,完成成品的全自动化生产和装配过程。它适用于装配工序多,产品设计成熟,市场需求巨大的产品的生产和装配。直线型布局占用场地较大,有足够的空间布局各装配单元的实现机构和装置,可以简化装配机构,并易于增减和改进装配的功能单元,但由于整个生产线较为复杂,对生产线上各装配单元的控制和协同,生产节拍和效率提出较高要求。
(4)自动化机构系统设计
自动化机构系统设计是按照设定的装配工艺和组成功能单元的原理解,针对组成装配工艺的每个工序模块或功能单元,分别构建完整的机构,然后按照整体装配工艺和功能实现要求进行组合联接,构建出能实现整个装配过程的机构系统。一个自动化装配设备一般包括如下几个机构单元。
1)供料单元
供料单元是自动化装配设备的重要组成部分,从装配单机的上料机构到大型装配生产线的物料输送系统,供料单元是自动装配设备具有高效率的先决条件[3]。供料机构单元必须保证各种装配零件能在准确的位置、时间和空间状态,从行列中分离并移置到相应的装配工位上。供料单元的检测的可靠性是影响自动装配过程故障率的主要因素。
2)装配主体机架单元
装配主体机架单元是指可完成装配主件输送功能的主体部分,它包括自动输送机构,实现装配主件的多工位同步或异步传递、夹取、装配和检测,还包括配置齐全的液、气压管路及电气配线装置,而且具有驱动某些装配单元的装配工作头的主动轴。图3所示为由凸轮连杆机构构成的装配主体机架。
为了实现装配主件在输送过程中实现同步装配,需要选择和设计精确的机械分度控制装置,以保证每个装配单元的工装夹具与输送动作准确吻合。装配主体机架上一般应间隔排列装配工位和检测工位,以在上次装配工序完成后在下道检测工位上检测有无工件和装配位置是否正确,各装配工位和检测工位之间进行智能化控制,以保证发生错误时自动停机,以消除连续的误装配,避免生产浪费。
3)自动化装配单元
自动化装配单元布置在装配主体机架上,对应于各装配工位的装配功能,自动化装配单元可以由机构、液气压、电机拖动所构成,和装配主体机架相配合完成特定装配动作。
机械手或工业机器人可以在一次动作循环中完成各种动作,可以作为布置在主体机架上的装配单元进行复杂部件的装配[4]。使用机械手可以简化装配主体机架的复杂程度,提高装配的可靠性。
4)分捡单元
为保证最终装配成品的合格率,在装配自动化机构系统的设计中,要充分考虑和布置适当的分选换向机构,对各道装配工序中产生的次品按照要求进行分检和分流。分检单元不但可以提高装配的成品合格率,而且可以有效保证装配错误的半成品避免进入下面的装配工序,减小因装配和检测故障造成的停机,大大提高装配生产效率。
(5)自动化控制系统的选择
整个装配设备的机构系统设计完成后,需要考虑采用何种控制系统来实现整机的自动化控制。对简单的控制任务较少的自动化装配设备,采用单片机控制系统具有成本低等优点。但在装配动作程序多,控制环境复杂的大中型设备或生产线,目前国内外较普遍地采用可编程序控制器进行自动化控制。PLC控制具有可靠性高,抗干扰能力强,适应性强,应用灵活,编程方便等优点在自动化非标装备设备中广泛使用。当装配和检测过程复杂,且需要数据通信和监控,可以通过PLC网络集成控制,并通过上位机的控制和数据处理,以实现更复杂的监控控制。
3 结束语
自动化专用装配设备可以使产品质量大大提高,满足企业的大批量生产需求,同时可以为企业有效节约长远投资成本。针对自动化装配设备的特点,从装配工艺、功能分析、结构布局、机构系统和控制系统的设计入手进行总体分析和设计,可以加快非标装配设备的设计进度,把握装配的功能要求,保证设备自动化机构系统和控制系统的可靠性。
摘要：根据自动化装配设备的特点,提出在自动化非标装配设备设计中,从装配工艺、功能分析、结构布局、机构系统和控制系统等方面进行总体设计,优化和合理的总体设计可以加快非标装配设备的设计进度,保证自动化装配设备系统的可靠性。
关键词：自动化,装配设备,功能设计,机构系统
参考文献
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