关于自动化系统在压缩机装配中应用的论述

张绿枝

（中山市鑫光智能系统有限公司 广东省中山市 528467）

关于自动化系统在压缩机装配中应用的论述

张绿枝

（中山市鑫光智能系统有限公司 广东省中山市 528467）

对于“中国制造2025”，智能设备的时代，工业自动化飞速发展的时代。我们要走的制造路线离不开人工智能，离不开工业自动化，更离不开工业机器人的使用。越来越多的行业正在逐步进入机器人系统替代人工操作，自动化生产代替手工生产的进程上。在家电领域更是如此，相比之前的手工生产，自动化生产线给企业带来的不仅仅是人力成本的节约，更是稳定性、高效率、高质量保证的承若。

人工智能；伺服系统；扭矩控制；视觉识别技术；工业机器人

1 导言

在家电领域，空调手工生产线上，压缩机的安装与底脚螺母的拧紧固定是一项高体力劳动的工作。不同空调有着不同的压缩机型号，产品种类参差不齐，压缩机的重量也是从几十斤到上百斤重不等。为了适应不同的空调产品的，要求工人搬运几十斤的压缩机放入空调金属底板，进行安装。同时每个压缩机都必须经过检查，防止将不匹配型号的压缩机放入要生产的空调中。在实际生产过程中，企业可能还要求工人对每一批次的压缩机进行打码。工人在搬运压缩机的同时还要将压缩机准确的放入底座脚垫之中，并且必须保证压缩机干燥器的朝向正确。在整条空调生产线中，就属此道生产工序对工人的体力消耗最高。目前国内，大部分的空调生产线还处于人工为主的生产模式。这更是对工业自动化有了迫切的需求。

2 自动化空调压缩机装配系统构成

在本自动化空调压缩机装配系统中，主要有以下几个执行机构：①压缩机抓取伺服夹具；②压缩机搬运6轴工业机器人；③压缩机底部安装板定位夹紧伺服机构；④压缩机底脚螺母拧紧伺服夹具；⑤压缩机底脚螺母取料6轴工业机器人；⑥压缩机螺母安装板固定夹紧伺服夹具；⑦自动化螺母出料振动盘系统。系统结构概览如图1所示。

图1 自动化空调压缩机装配系统

3 自动化伺服夹具系统

自动化空调压缩机伺服夹具系统中采用伺服作为压缩机抓取的动力。在现代化自动生产线中，也有过气缸夹具的应用案例，此处不在详细论述。与气缸夹具相比，伺服夹具作为报夹压缩机动力的优势在于：①伺服系统能够针对大小不同的压缩机与及压缩机抗压能力的不同采用不同的夹紧力矩，而且调整方式为自动，但对于气缸夹具，无法调整夹紧力矩，容易刮花压缩机表面；②伺服夹具能够根据压缩外径大小，自动调整好抓取前的张度。在实际空调生产线中，压缩机的种类、型号与及排列规格各种各样，工况复杂。因此，如果夹具只能保证某一种固定的张度大小，当夹具抓取压缩机物料时，有可能因为张度太大而碰到周边压缩机，也有可能因为张度太小而撞到抓取对象。但对于伺服夹具，这些问题就不复存在了；③伺服夹具中的伺服电机因为带有静止型制动器，能够在系统突然断电或者其他意外情况发生时，制动电机，保证被抓取的压缩机不会掉落。对于气缸夹具，则可能由于气源压力的变化，气管漏气、断气等原因导致压缩机从夹具中脱落。总之，相比于气缸夹具，伺服夹具有着不可替代的优势。更加适用于空调压缩机的抓取。

本系统中的伺服夹具由伺服电机配减速比20的减速器再加导程5的丝杆组成。伺服在运动过程中不会因为方向阻力的作用而发生交大的位置退让，保证了压缩机抓取动作的安全可靠。本系统采用日本三菱MR-JE-B系类伺服控制器，运动控制卡则为三菱的QD77MS16，采用SSCNETIII总线通讯。能够实时监控伺服的各项运行参数并及时做出调整与修改。对于各类压缩机能够自动调整夹具参数，更好的适用于工业生产。同时也方便将各类参数读取到触摸屏来进行显示，包括各类故障代码及相关的处理信息，更方便于日常的维护和故障查找与排除。

4 自动化视觉识别技术的应用

视觉识别技术在压缩机抓取安装过程中起到了关键性作用。本视觉系统采用VB计算机语言进行编程。视觉系统的工作原理大致如下：启动视觉软件>告知机器人视觉系统就绪>等待机器人到达拍照点>启动拍照>读取图像>进行图片数据处理>得出图像数据>将数据传动给搬运机器人>机器人根据数据进行定位>抓取压缩机。

视觉系统首先根据获取的图像对图像进行初步判断。分析当前图像与模板数据的差异，得出基于模板数据的位置偏差，并将偏差数值通过以太网发送给工业机器人。准确的保证了，机器人在进行压缩机抓取过程中的位置，避免发生碰撞。能够适用于各种各样的压塑机型号与排列规则。如果条件允许，还可以采用先进行一次排版拍照，确定排列规格，由信息化系统给出生产型号，实现全自动选型与生产。

5 自动化机器人搬运系统

自动化机器人搬运系统的核心是6轴工业机器人，根据压缩机的自重选择相应工作载荷的工业机器人。机器人在到达预拍照点，完成拍照，得到视觉系统的偏差坐标值后。可以采用以当前位置为坐标原点，设定工具坐标系。根据视觉给出的坐标偏移量，进行夹具抓取定位。确认夹具打开到位后，下降进行压缩机抓取。到达抓取点后，启动伺服夹具夹紧压缩机。提升手臂，移动到压缩机安装底板上方约10mm处，打开伺服夹具，利用重力将压缩机压入底板脚垫中。在一些场合中，可能发生压缩机底脚无法套入脚垫的情况。这时候，可以启用二次装配程序。利用伺服夹具，夹紧压缩机后，机器人手臂进行关节摇摆，将压缩机可靠的装入底板脚垫之中。

机器人搬运系统，相比于人工，机器人搬运更加准确的同时速度也更快，大大提高了工作效率，解放了劳动力。例如，日本YASKAWA的50kg机器人，臂展2.2m，速度可达13.4m/s，这是人工所无法比拟的。从而解决了，人力搬运时劳动强度大，安装时容易装错方向等等一系列生产问题。

6 自动化螺母拧紧伺服夹具

在很多工业应用中，如何高效率、高准确率的实现锁螺母或者打螺丝成为机器代替人工的一大难题。随着国内振动盘技术的发展，目前已经能够实现大部分螺丝螺母按照客户需求的姿势进行出料的目标。针对空调压缩机装配使用的螺母，针对不同的螺母外形尺寸设计不同的振动盘，进行螺母出料。增加物料盘，采用伺服定位，对物料盘进行位置控制，每次物料盘上出满3个待装配螺母。利用磁铁对螺母进行吸取。在吸取过程中，为保证带磁性电批可靠准确的吸取螺母，需将电批启动。即边转动边下降电批，进行螺母取料。转动的速度不宜太快，防止将未吸附牢固的螺母甩离待料位。

伺服锁螺母工装夹具的优势在于，能够实现快速的正反转，当螺母拧紧时，反方向转动一个方便调节的微量值，保证电批不会被螺母卡死，防止脱离时将空调带起的情况发生。用伺服电机进行螺母的装配能够实时检测扭矩值，从而改变输出扭矩。实现快速、自动调整，保证锁螺母的质量。在螺母拧紧过程中，螺母先沿拧紧方向反转，保证螺母中心线对准螺杆后螺母正转拧紧。在拧紧过程中，螺母前进动力来源于弹簧的弹力，以保证螺母不会因为前进过快而憋死。即必须在电批安装预压紧弹簧，保证螺母装配的顺利进行。

7 自动化螺母取料机器人系统

采用工业6轴机器人进行螺母装配，一方面是保证装配效率，提高设备竞争力；另一方面是利用机器人自身特点来克服装配难点。首先在取料方面，电批在吸取物料的时候，要求机器人以非常缓慢的速度下降到一定高度，保证螺母被吸附后不回脱落，然后快速离开当前位置，物料盘启动供料的同时，机器人将螺母运送到压缩机上方等待装配。此时，需要检测机器人的前进路径是否有障碍物阻挡，比如因为定位误差，引起压缩机的位置不正，锁螺母夹具在下降过程中可能撞到压缩机，这种情况的检测是非常有必要的，防止意外发生，保护设备财产安全。另外，在螺母装配方面，由于泡沫与纸盒底料的不平整，可能导致3个螺母的平面与底板平面不平行，容易导致螺母卡死，这种情况，就需要充分利用机器人擅长定位的优点，找到平行面，进行3个螺母的同步装配。

8 自动化空调定位伺服夹具

自动化空调压缩机生产线装配必不可少的环节是对原有空调安装底板与泡沫和纸托外壳的定位。这是压缩机能够准确放入脚垫和锁螺母能够顺利进行的前提。本系统，采用伺服定位夹具对压缩机底板进行二次定位对于一个长方形的物体，要能够顺利完成装配，很重要的是要保证两个方面的精度：①底板来料的精度；②工件夹装定位的精度。由于泡沫本身具有一定的塑性，为了保证定位的可靠，线体定位夹具同样采用扭矩夹紧的方式进行定位。前后靠机械式挡边来保证精度。

9 结语

此自动化系统已经成功应用于国内某空调压缩机生产，本人深感荣幸能够成功验收。目前国内很多家电行业的生产线都停留在手工线的层次，自动化层次不高。随着中国制造2025的推进，相信未来几年工业自动化将被更加广泛的应用于这个行业当中。随着工业自动化与信息化的融合，我们正在朝着工业4.0的目标，一步一步前进……

[1]三菱官网.MELSEC-Q QD77MS型简单运动模块用户手册（定位控制篇）[Z].中国销售，2015，11.

[2]黄宋魏.电气控制与PLC应用技术[M].电子工业出版社，2015，06.

[3]三菱官网.MR-JE-B伺服放大器技术资料集[Z].中国销售，2015，11.

TH45

A

1004-7344（2016）35-0210-02

2016-12-2

张绿枝（1990-），男，助理工程师，本科，主要从事工业自动化方面的工作。