浅谈柔性上下料及信息化系统在发动机缸体加工线的应用

吴聪 周钢

摘 要 在工业4.0和中国制造2025的大背景下，工业自动化的发展越发加速，以汽车行业为首的自动化装备水平越发提高，提升工厂的管理、生产效率和生产过程中的质量监控、生产数据存储、追溯越来越被国内外的企业所关注，其对于提高企业核心竞争力将起到重要作用。本文对柔性上下料和信息化系统在发动机缸体加工线的应用做了简要介绍。

关键词 机器人;视觉;信息化系统

当前，我国的诸多行业和领域都应用了电气自动化技术。传统的人工上下料，人工记录生产信息的方式越来越无法满足现代企业的需求，而由PLC、机器人、视觉、读码、数控系统和计算机为组合的柔性上下料和信息化系统将作为主导，其将是迈向工业4.0的一个重要和必经之路。

1 主要硬件组成和通讯形式

系统的控制中心：三菱Q系列Q03UDE CUP;系统的上下料动力：FANUC-6轴侧挂桁架机器人，输送辊道，新松AGV;系统的柔性部分：FANUC-2D视觉，ATC子母快换手爪;信息化系统：康耐视读码器，信息化软件。Q系列PLC通过CC-LINK总线协议与FANUC机器人、数控机床和辊道输送线进行通讯，通过工业以太网与读码器和信息化软件进行数据传输，通过光通讯I/O模块与AGV物流车对接，机器人与视觉相机之间通过工业以太网进行数据通信[1]。

2 柔性上下料

柔性上下料系统主要由6轴侧挂机器人、2D视觉和ATC子母快换手爪组成，其可以在线自动切换机器人手爪，通过对工件拍照进行视觉识别、位置定位，从而引导机器人完成多种汽车发动机缸体的上下料工作。

2.1 机器人

机器人采用FANUC品牌210kg的6轴机器人，通过对安装场地的布置和分析，机器人采用侧挂的安装方式，其第1轴作为桁架方向的运动轴在上下料点和多个机床之间进行穿梭，其2-6轴作为姿态变换轴完成上下料工位和各个机床交互区的缸体上下料动作。三菱PLC通过CC-LINK总线与各机床进行数据通信，按照采集的上、下料呼叫信号的时间先后顺序对各机床进行任务排列，将其作为机器人的调度原则。通过机器人的示教器建立一个MAIN主程序作为控制主体，其根据PLC下发的调度指令调用多个示教子程序，从而完成上下料工作。机器人的程序调用采用RSR的形式。

2.2 ATC子母快换手爪

机器人6轴法兰盘安装ATC母快换机构，用于完成与多个子机器人手爪的连接。子母快换结构含有并安装气路、电路自动切换结构。气路：使用ATC产品本身的部分气孔，剩余气孔进行封堵;电路：在机器人侧安装巴鲁夫电感耦合器输出开关BIC000C，在手爪侧安装巴鲁夫电感耦合器传送开关BIC000E。输出开关BIC00C通过CC-LINK总线协议将I/O信号传输给三菱PLC，传送开关BIC000E通过I/O-LINK协议采集传感器信息，从而很好地完成手爪的打开、关闭动作。

2.3 视觉

在产线的上料区机器人抓取工位固定安装FANUC 130万像素视觉相机，配12毫米镜头，拍照距离为1340mm，视野范围（长）615mm X（宽）751mm，识别精度为0.587mm/像数，可以满足工件的抓取要求。通过以下步骤完成视觉相机的工作。a.示教应用用户坐标系设置照相机;b.标定照相机;c.示教Vision 程序;d.示教机器人程序;e.设置参考点。

该视觉相机主要使用了以下功能：①自动曝光：根据周围环境光线强度的变化，iRVision将自动调节曝光时间，以取得和示教良好图像类似的成像效果，全天候运行可能。②位置补正：对应目标表面明显特征（如孔，键槽）调整检测的定位位置，获得更精确的偏移和旋转数据。③视觉程序范例：详细参考FANUC Robot Series iRVision 2維补正操作说明书。

3 信息化系统

信息化系统依托于自动化生产系统存在，通过对人、机、料、法、环进行更好的质量管理进而提高生产加工效率和提高产品质量。PLC和信息化软件预先定义好交互数据的变量类型，本系统采用的数据交互机制是“请求-应答”式。本信息化系统的主要功能如下：a.生产管理：b.接收生产计划;c.调用生产配方;d.实时跟踪计划完成情况，并在LED大屏显示（计划、完成、不良等信息）。②设备管理：a.设备生产厂家、生产日期、编号等基本信息存储及更新;b.监控/显示设备的整体运行概况，以不同颜色表示各设备的实时状态（运行、停止、空闲）;c.对AGV（自动物流车）等移动设备，支持位置在页面中的动态移动监控;d.故障统计功能：故障内容、原因、发生时间、持续时间、解除时间;e.维修保养功能：设备保养计划提示及保养、点检记录存储。③数据采集：a.在产线的上料区安装读码器，读取缸体二维码，获取缸体的基本信息和前序加工信息，同时将其作为缸体在本系中的身份ID;b.对待加工缸体的所有前序工序的加工结果进行数据缺失和质量校验，校验通过后本序方可加工;c.通过CC-LINK总线的方式与数控机床通讯，采集生产数据;d.将各机床的加工数据与缸体身份ID进行绑定;e.可以按照生产日期、批次号、二维码、班组、设备等方面进行数据追溯。④质量管理：a.按照预定条件进行质量统计，通过曲线、饼图、柱图等形式显示质量变化趋势;b.从环境、人员、设备、原材料等方面分析不良率的原因，给出建议。⑤物流仓储管理：a.预留库管接入接口;b.出/入库管理及余料统计;c.物料变更管理;d.计划支撑、缺料预警、无料报警;e.定期内物料缺损情况，物料质量情况。

4 结束语

综上所述，本文简要介绍了柔性上下料及信息化系统在发动机缸体加工生产线的应用，其基本体现了当前国内机械加工生产线的自动化水平。随着科技的不断发展，AI技术也必将融入工业生产当中，届时，工业自动化发展必将迎来一个新的章程。

参考文献

[1] 李卫京.面向二十一世纪的柔性制造系统[J].机械工程与自动化，2004，（3）：83-85.