基于工业视觉的压缩机搬运工作站设计

摘 要：空调室外机组装时需要装配压缩机，但由于压缩机较重（15 kg左右），且每天装配次数多达两千余次，因此使用人工装配，体力劳动重复性高且十分繁重。为了解决此问题，并进一步提升企业的自动化水平，设计了一套压缩机搬运工作站。该工作站使用两套工业视觉系统分别识别压缩机在栈板、底盘上的位置和角度，再通过机器人夹爪上的激光测距传感器测得夹爪距压缩机高度，从而准确获取压缩机位置，借助六轴工业机器人及夹爪实现压缩机的自动抓取和装配。此外，装配后利用两套读码器分别读取底盘和压缩机上SN码并进行比对，防止两者型号不匹配，实现了品质防呆。

关键词：工业机器人;工业视觉;自动装配;读码

中图分类号：TP242.2  文献标志码：A  文章编号：1671-0797（2022）13-0041-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.13.012

0    引言

近年来，中国人口红利正在消失，老龄化问题越来越严重[1]，同时年轻人“宁送外卖不进工厂”，使传统制造业正面临着招工难、用工成本增加等问题，传统产业转型升级已迫在眉睫。当前，以自动化、数字化、信息化为代表的先进制造技术正悄然兴起，使得机器换人成为一种应对用工问题行之有效的解决途径。针对人工装配压缩机存在的劳动强度大、员工流失率高的问题，笔者使用工业机器人并借助定制夹爪和视觉检测系统，实现压缩机装配的全自动识别、定位、取料和装配，再通过读码器获取底盘和压缩机上SN码并进行比对，判断两者型号是否匹配;此外，通过PLC与企业的制造执行系统MES的通信，实现对产品型号、产量、设备状态等相关数据的采集和显示控制，完成对设备的有效监控管理。

1    装配工艺分析

空调室外机底盘部件包括纸托、底泡、底板和缓冲垫，其上装配压缩机后如图1所示。

根据人工装配压缩机的工艺流程进行动作分解，经调整优化后，制订出适合自动化生产的工艺路线，如图2所示。

从图2可以看出，自动装配压缩机整个流程节拍是12 s，满足效率要求。

2    工作站开发过程

2.1    工作站布局

压缩机搬运工作站由3段滚筒线、4套挡停机构、1套底盘定位机构、2套读码装置、1套视觉装置、1台Kawasaki RS050N六轴机器人、定制夹爪、栈板定位装置、电控柜配套气动系统等组成，压缩机搬运工作站布局如图3所示。

2.2    机器人夹爪设计

机器人夹爪需兼容22种不同直径的压缩机，压缩机直径范围为96～119 mm。为了兼容直径范围内所有压缩机，选用SMC三爪气缸MHSL3-125D;为了确定压缩机在栈板上的位置及放置角度，需在夹爪上安装一套由500万像素相机、高分辨率镜头和环形光源等组成的视觉系统;安装激光测距传感器KEYENCE LR-TB5000，用于测量夹爪距压缩机的高度，有了压缩机位置、角度和高度信息，就可以确定压缩机抓取位置;在一个夹爪工件上安装Omron接近开关TL-Q5MD1，用于检测夹爪内有无压缩机，以防压缩机抓取失败或者意外掉落。机器人夹爪如图4所示。

2.3    控制系统设计

压缩机搬运工作站是全自动生产的工作站，需要内部各控制系统之间按照程序设定的逻辑联动[2]，其控制系统主要由可编程序控制器（简称PLC）、机器人控制系统、工业视觉检测系统、线体控制系统和气路系统等组成。PLC作为控制核心，通过CC-Link通信总线与各控制系统进行通信[3]，并收集信号反馈、做出判断后，输出动作指令。通信框图如图5所示。

工作站人机交互通过WEINVIEW MT8071IE触摸屏进行，可在触摸屏上显示机器人、线体、视觉和读码器运行状态，修改设备相关参数，记录设备报警信息，监视I/O信息，也可随时查看产量、合格率、节拍等实时数据信息，最终达到可视化管理的目的[4]。人机交互主界面如图6所示。

3    技术难点及解决措施

3.1    底盘与压缩机型号配对防呆

同一型号室外机中的底盘部件与压缩机型号是匹配的，为了防止用错型号，在底盘部件底泡和压缩机上贴有SN码，装配压缩机后需分别使用读码器读取两者SN码，上传到MES系统中进行比对。原来使用人工扫码费时费力，取消人工后在滚筒线两侧各安装一套读码装置，如图7所示，其上安装有COGNEX DataMan262读码器，可自动读取SN码，省时省力。

3.2    断气压缩机掉落

当机器人夹爪上有压缩机时，若突然断气，夹爪上三爪气缸无法提供夹紧力，压缩机因重力掉落，此时会造成压缩机损坏甚至安全事故。为了解决该问题，在气路系统中采取以下措施：

（1）气路增加压力开关用于检查气压，如发现气压突然减小，则判定为断气并立即给出断气信号;

（2）选择五位三通中封式电磁阀，当收到断气信号后立即转换到中封位，将气管内压缩空气封住，防止夹爪气缸松开;

（3）增加一个储气罐，断气后可在一段时间内继续向夹爪气缸供气，等待人工将压缩机取走。

4    结语

笔者设计的压缩机搬运工作站，不仅实现了压缩机的自动装配，而且通过自动扫码获取底盘部件和压缩机的SN码并进行比对，实现了品质防呆。该工作站在企业内部已批量复制推广，相信在不久的将来会给企业带来更多的利润和价值。

[参考文献]

[1] 陆旸.中国人口红利的变化趋势和对策建议[J].人民论坛，2021（17）：70-73.

[2] 王鸿博，李建东，崔晓晖，等.基于工业机器人的分拣生产线群控通信系统设计[J].制造技术与机床，2016（3）：93-98.

[3] 戴騰清.基于PROFIBUS现场总线在机器人冲压自动化线的设计与实现[D].广州：华南理工大学，2015.

[4] 吕会安.密封工件自动上下料生产线设计与实现[J].机电信息，2021（30）：54-55.

收稿日期：2022-04-21

作者简介：王峰（1986—），男，河南周口人，机械工程师，研究方向：机械设计及自动化。