智能托盘供料机在自动装配线的应用

张光

[中图分类号] TG95

[文献标志码]A

[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0028-03

Application oflntelligent Tray Feeder in Automatic Assembly Line

Zhang Guang

[ Abstract]

through trie analysis and Research on the demand ofpallet transmission and feeding， an automation scheme combining pallet tumoverand pallet feeding is put forward. The pallet feeder integrates the pallet dragging mechanism， which controls the material pallet switching and feeding in theturnover vehicle. The camera is used to automatically identify the material appearance and collect data. The robot automatic grabbing system is integratedto automatically feed the materials in the pallet to the assembly line. The application ofpallet feeder combines pallet tumover with pallet automatic feeding，and solves the problems ofproduction process monitoring and material traceability.

[ Keywords] automation; feeder; programming; IO control

自動供料是实现自动化生产的基础，自动装配线的物料都是由供料机进行供料，自动装配的速度与供料速度关系密切。但仓库托盘式包装物料的传输供料方式，一直制约着等劳动密集型装配工厂的发展。因此，托盘式包装物料高效衔接到自动装配线成为关键问题。

1 供料机需求分析

为了实现托盘式包装物料从仓库到自动装配工步的高效衔接，供料机应在给装配线自动供料时，代替人工对物料的来源和外观进行检查并记录数据，而物料托盘都是通过周转车运送到装配线，为了减少托盘搬运次数，供料机还应能够容纳周转车，自动取出周转车内的物料托盘。

2 系统方案

托盘供料机主要由一套安全检测装置，一套托盘拖动机构，一套图像识别系统和一台工业机器人（ EPSON）组成，由罗克韦尔牌PLC控制[1]。工作流程为将周转车推至托盘供料机后关闭安全门，按一次启动按钮，供料机自动控制周转车进行升降和拖出周转车内托盘，使托盘进料并定位托盘，图像识别系统自动进行物料检测，再由工业机器人给装配线自动供料，自动退出空托盘。

2.1 平面布局图

平面布局图见图1。

2.2 通信方式

采用以太网TCP/IP通信协议通过交换机将伺服驱动器、电缸控制器、工业机器人及图像识别系统全部组装到PLC内，实现电气控制和数据交互，进行资源共享，构成独立控制系统。

2.3 改进的周转车

本案首先对周转车进行规划，将周转车改进成厢体式结构，可以将车推进供料机与供料机进行衔接，车厢内部安装多层抽屉式托盘镂空支架，兼容多种规格的物料托盘，支架可由正面抽出，方便取出各层托盘。

3 设备层设计

3.1 安全检测装置

安全是高效生产的前提。系统采用三个接近开关检测料车位置，一组光电开关检测托盘伸出状态。为方便使用，设计两个维修门和一个上料门。为确保安全，每个安全门上安装一组电磁安全锁，接线时一个安全继电器常闭触点接到另外一个继电器的线圈上形成互锁。以上开关量信号输入PLC，PLC采用互锁逻辑，接近开关及安全门输入信号全部置1和托盘完全在车内且信号置0时安检成功。

3.2 托盘拖动机构控制

3.2.1 载荷核算

托盘拖动机构的载荷是供料机储货量的关键指标。设计物料及托盘总重ml_35 kg，周转车重m2=37 kg，丝杠及周转车提升架重Ⅲ。=15 kg，减速机减速比为1：1，丝杠导程Pb=20 mm，丝杠直径20 mm，设定升降速度为v=1.2 m/s，加速度时间为t=0.5 s，为防lI：提升架在提升过程中晃动，在提升架两侧加装燕尾滑轨。根据经验，摩擦因数u=0.1，重力加速度g=10 N/kg。可以得知：

系统最人负载：m=m1+m2+m3=87 kg。

负载加速度：a=v/t=1.2/0.5=2.4 m/s2。

负载提升所需合力：F=rumg+ma+mg=1131N，式中摩擦因数u=0.1。

总提升功率为：P=FV/1000=1.131 kW。

电机功率：Pi=P/r/=1.26kW，式中系统机械效率77=0.9。

减速机输出转速：n=1000×60V/Pb=3600r/nun。

电机转速：n.=n./=3600 r/min。

伺服电机扭矩：T=P1×9950/n=3.48 Nm。

伺服电机选型时功率应人于1.26 kW，扭矩人于3.48 Nm，为保证可靠性，选用罗克韦尔牌VPL-A1003E-PJAA型交流220V伺服电机，额定功率1.31 kW，扭矩4.18 Nm，转速3300-3900 r/min，含有制动闸。3.2.2拖动机构控制

在PLC存储器内创建伺服电机和电缸的功能块，根据功能块生成结构标签，标签对应位置、速度、参数等数据。因周转车内有多层托盘，所以PLC程序对应存储伺服电机多个位置数据，层数处理逻辑与PLC程序计数器值对应，PLC将计数器置1的层数位置值发给伺服控制器，控制周转车的升降。PLC存储器里还保存了水平电缸的原点和工作点两个位置值，电缸通过PLC与伺服电机交替运动，拖出车内物料托盘到机器人工作空间范围。

4 控制层设计

控制层能够自动与设备层进行数据通信，处理设备层上传的数据，控制设备运行状态。增加新型号时，在该层创建机器人程序和图像识别程序。

4.1 图像识别系统控制

供料机集成IN-sight图像识别系统，由LED光源照明，相机采集图片后由IN- sight软件转化成数字化信号计算物料数据，将结果以数字信号方式发送给PLC。

4.1.1 程序编制

IN-Sight提供多种测量工具和定位工具适应不同零件测量，在工具属性中设定灰度、匹配度和粗糙度等参数，测量工具输出量化信息是单位像素。托盘供料机在查找区域内，使用定位工具去定位目标图形，在查找区域检测边缘线的方案进行图像识别。系统像素灰阶取值范围为0～255，纯白的值为255，使用采集所得像素值减去设置的像素值，计算像素灰度差_片，即生成边缘线，提取零件匹配度合格的边缘线，对比线与线间距离、角度即可得出测量结果，使用Buffer工具编辑结果，来判断物料外观是否合格，通过WriteResults指令发送结果给PLC（图2）。

4.1.2 I/O控制

IN-sight系统允许不同网络上的IN-Sight相机相互通信，支持I/O控制。供料机在PLC内配置多个IN-Sight相机10信号，料盘到位时PLC打开工作程序加载开关，读取所需生产工作ID号并加载指定的工作，然后PLC使得IN-Sight相机离线置O或在线置1。相机在线置1时，说明已设置的IN-Sight系統I/O接口都启用，PLC可以触发相机采集图像，采集的图像由IN-sight软件输出定位或检查工具的计算结果，启用相机时一定要设置为在线，才能计算测试结果。IN-Sight离线置0时处于脱机状态，对PLC全部禁用已设置的IN-Sightl/0接口。

4.2 机器人系统控制

机器人控制系统与设备层数据交互【4】，抓取托盘内的物料给自动线。

4.2.1 程序编制

机器人采用一个土函数和嵌套多个执行功能的子函数的程序结构，主函数对子函数进行调用。主函数全局变量定义安全速度、安全区域和初始化位置，在整个项目内调用，安全区域与料车区域采用程序和硬件分隔，实现换料不停机，系统超速或超出工作区域时机器人停止运行。当PLC发给机器人装配线缺料信号置1时，机器人系统先执行主函数先回初始位置，根据照相结果决定具体执行条件调用或是条件转移到不良品语句，采用阵列功能循环抓取物料。子程序的编辑是根据实际运行的轨迹进行的，每两个点位间的运动即可创建一个子程序，并且在土程序内设置安全调用条件，以免发生安全事故。

4.2.2 110控制

机器人支持标准I/O控制，配备了24位输入和16位输出，并且有I/O扩展功能，输入输出电压均为DC12V-DC24V，最大输出电流为100 mA。在I/O配置表内配置了机器人末端执行器打开和闭合控制信号，监控打开和闭合状态。SPEL+语言程序运行时采用FieldbusDI/DO作为逻辑信号，所以在FieldbusDI/DO配置表内又配置了子程序任务调用和任务完成等信号。机器人每次抓1个物料，都进行减法运算，计算结果为0时，说明托盘内的物料已全部用完，机器人将信号反馈给PLC。

5 车间层设计

车间层同样采用工以太网TCP/IP协议，组态多种软件对生产状态监控和数据收集。为了产品追溯，物料正式装配前IN-Sight系统根据托盘号，检查物料是否已在ERP系统出库。IN-Sight将托盘号解码为字符串发到PLC，缓存，同时PLC通过Ignition物联网软件读取ERP系统内的出库数据，该数据与PLC缓存内的字符串进行比较，PLC根据比较结果执行自动供料还是退出托盘的程序，只有已在ERP出库的物料供料机才能供料。如图3所示，IN-Sight系统FTP工具将所拍产品的照片全部保存在电脑的磁盘。托盘供料机需要人工操作的功能较少，只配备了1个启动和1个清料按钮及1个急停开关，因此系统内还集成RSLinxClassic，EPSONRC+7.0，Studi05000软件，通过VNCViewer进行远程监控，以便得到客观的生产数据资源，进行生产过程分析和技术调试。

6 智能托盘供料机在电磁阀装配线的应用

根据生产验证数据显示（表1），托盘式包装的阀芯物料使用托盘供料机，向电磁阀装配线自动供料时，生产节拍为13.33件/min，供料机的供料速度19.32件/min，照相合格率99.99%，并且系统自动记录了相关数据，供料速度是生产节拍的145%，供料速度是由照相速度和机器人速度累加而成，设备运行稳定，智能托盘供料机满足了设计要求。

7 结束语

综上所述，此设备不仅结构简单，成本低占地而积小，还具有一定的灵活性。托盘供料机通过周转车整车供料，解决了托盘式包装物料周转和自动装配供料的衔接难题，采用图像识别和机30 1 2021.2今日自动化器人自动抓取，提高了生产效率还能确保产品质量。托盘供料机的周转车模式可以兼容多种物料托盘，能为外部的自动装配线进行自动供料，通用性强，未来在推广应用中不断完善，此系统将会更加完美。

参考文献

[1]刘绍先单片机控制的冲压机床自动供料装置设计[J]橡塑技术

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系统设计[J]组合机床与自动化加工技术，2020 （4）：91-94[3]吴瑜智能码垛系统在物流仓储中的应用[J].电子世界，2020

（ 76）：142-143[4]张振岩，胡世广，屠秋鹏基于机器视觉的物料预置在线检测系

统研究[J]电子世界，2020 （19）：78-79[5]聂宏兵，陈辉，程宝亮数控机床自动卸料装置的设计与制造[J]

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