一种集成机械手的硬质合金刀片自动化装盘系统与方法与流程

本发明涉及自动化领域，尤其涉及一种集成机械手的硬质合金刀片自动化装盘系统与方法，主要应用于硬质合金刀片的自动化物流搬运与码放。

背景技术：

中国是一个制造大国，每年对合金刀片的需求量非常庞大。传统的硬质合金刀片生产流程是依靠压机循环压制刀片、人工取料、手工毛刷清理刀片表面毛刺、人工经验目检、称重检测、最后再将合格的刀片放到料盘。以上流程中，从取料到合金刀片码放都需要人工参与，不仅任务繁重、效率低下、产品合格率低，而且对操作工人存在很大的安全风险。虽然有一些企业对这种生产模式做了技术改良，为每台硬质合金刀片压机配备了独立机械手系统，完成了部分自动化任务。但其单盘换盘时间长、交互界面不够友好、检测费时、成本高、系统复杂，很难应用到实际的合金刀片检测、码放中去。

而且，上述自动化系统的刀片称重环节，采用刀片放置、稳定、读数的模式，每称重一个刀片，就要多耗费等待电子秤数据稳定的时间。另一方面单盘换盘系统庞大、单盘换盘占用时间长。因此，这样的生产方式，降低了生产效率。而目前主流采用的人工刀片放盘方案，人工码放速度慢，摆放不整齐，甚至码放过程中对原本合格的刀片造成损伤，致使刀片作废。因而，需要提出一种采用改进的机械手高效的刀片自动拾取/码放的方法与系统，这种方法与系统能够有效应对降低人工劳动强度、提高生产效率、提高刀片生产质量和合格率的要求。

技术实现要素：

本发明为了克服合金刀片生产过程中的工人劳动量大、生产效率低、产品合格率低、系统成本高和空间位置有限的缺点，提出一种集成机械手的硬质合金刀片自动化装盘系统与方法，该系统能用在合金刀片的自动化检测装盘上。

本发明采用如下技术方案实现：

一种集成机械手的硬质合金刀片自动化装盘系统,包括工业控制计算机主机、显示器、压机及压机控制器、机械手、机械手控制器、直排毛刷、废料桶、电子秤、延长臂、第一刀片托盘、第二刀片托盘、第一托盘检测传感器及第二托盘检测传感器，系统电气柜，其中：

所述机械手安装在压机右侧的延展基座上，所述机械手前端装绕U轴28转动的延长臂，所述系统电气柜固定在压机的一侧，所述机械手控制器固定在机械手的一侧，所述安装板安装在压机前侧的延展基座上，所述直排毛刷安装在安装板上，其位置在电子秤和压机之间, 电子秤安装在安装板上，其位置离机械手基座中心的X方向距离为345 mm -355mm，Y方向距离为60-65mm处，所述废料桶安装在安装板上,其位置在电子秤的左边，所述第一刀片托盘、第二刀片托盘安装在压机延展基座上，距离机器手基座中心Y方向距离为340-360,X方向对称分布，所述第一托盘检测传感器及第二托盘检测传感器分别设置在第一刀片托盘、第二刀片托盘上，并通过传感器信号线连接系统电气柜；

工业控制计算机主机内PCI插槽上装载一块光电隔离数字IO卡，通过系统IO信号总线和机械手IO信号总线对应IO信号相连接，和压机IO信号总线对应IO信号相连接，

所述工业控制计算机主机通过调用数字IO卡的内部指令函数获取系统IO信号总线上对应的输入IO信号或者输出指定的IO信号到系统IO信号总线对应的IO信号，显示屏通过视频信号线连接工业控制计算机主机的,用于人机交互；

所述工业控制计算机主机和机械手控制器之间由网线连接，通过TCP协议完成工业控制计算机主机和机械手控制器之间的数据交互；

所述电子秤将重量信息数据由串口线，通过RS232协议发送给工业控制计算机主机。

进一步地，所述电子秤的精度为0.01g。

进一步地，所述电子秤与系统电气柜之间还连接有电子秤清零IO信号线。

进一步地，所述延长臂长度为175mm，U轴坐标为0时，延长臂长度方向与机械手X正方向相同。

进一步地，所述第一刀片托盘、第二刀片托盘形状为方形或圆形，由第一托盘检测传感器、第二托盘检测传感器分别检测是否到位。

一种基于所述系统的硬质合金刀片自动化装盘方法，包括步骤：

1）系统启动后，首先等待系统就绪，系统就绪后，等待系统上电指令，系统完成上电后，检查Start信号是否有效，若Start信号无效，系统进入示教模式，直到Start信号有效后，系统进入到生产模式；

2）进入生产模式后，系统首先检查是否有警报和错误产生，若有，则需要先解除警报和错误，解除后需要人工确认警报和错误解除，系统才继续运行，否则一直处在等待确认状态，且如果是错误，则系统Start信号无效，在确认解除后退出生产模式，此时需要重新输入开始生产指令，使Start信号有效，然后再次进入生产模式；

3）当系统成功进入生产模式后，压机准备，机械手回标准位，电子秤清零，随后进入生产装盘任务，装盘过程中，系统首先检查压机压制刀片的条件是否满足，若满足，则控制适量的合金粉末进入压机内，压机压制、刀片成型，若不满足，则压机一直等待系统允许压制信号，压制成功后，压制OK信号有效，并等待机械手进入取走刀片和下一次允许压制信号；

4）机械手进入压机吸取刀片过程中，至多进行三次吸取，若三次吸取不成功，机械手停在标准位，系统报警，若三次内吸取成功，则进行毛刷处理，随后系统输出取料成功信号、允许压制信号，压制OK信号无效，并开始新一轮的压制刀片，压制成功后继续输出压制OK信号有效并等待下一轮的压制信号；

5）毛刺处理完成后，合金刀片被放到电子秤上称重，机械手先取料放到电子秤秤盘指定的位置一上，然后再去取料，这期间电子秤将重量信息数据发送给工业控制计算机主机，机械手将当前刀片放在电子秤秤盘指定的位置二上，同时到先前的位置一取走已经称重完成的刀片，根据工业控制计算机主机接收的数据判断合金刀片是否合格，若合格则放入料盘，否则，放入废料桶；

6）当系统检查到距离上次电子秤清零已放刀片的数量等于周期数N=T-1时，系统WgtZero信号有效，机械手不再去压机处吸取压制的刀片，而是将电子秤上的剩余的一个称重刀片根据称重是否合格决定是否放入第一刀片托盘或第二刀片托盘，随后电子秤清零信号有效，电子秤数据清零，与此同时，压机、机械手继续生产装盘流程,随后机械手再去压机处取料，再放到电子秤秤盘指定的位置一上，再去先前的位置二上取走已经称重完成的刀片，如此反复；

7）生产结束时，最后一步直接取走电子秤秤盘上最后一个料，根据称重合格情况选择放料位置后，然后机械手回标准位置位，压机空闲等待、电子秤称重清零，系统生产结束。

进一步地，对合金刀片的拾取采用吸盘进行吸取。

进一步地，吸取合金刀片之前、放置合金刀片之后都进行吹气去除表面杂质。

本发明采用上述的技术方案，具有如下技术优点：

1采用此系统能够大大缩减工人的劳动量、提高生产效率，提高产品合格率，并且使得一个工人可以操作多台设备。

2整个系统相比于传统的人工生产装盘，多方面的IO信号检测和用机械手代替压机取料都极大地提高了工人的安全性。

3采用一个电子秤在秤盘上设置两个称重点进行交替称重，而不采用放料一次，再等待称电子秤重数据稳定发送数据的形式，使得电子秤的数据稳定可靠，且不用花费时间等待电子秤数据稳定，大大提高了系统生产装盘效率。

4毛刷处在电子秤和压机之间，废料桶处在电子秤旁边，缩短了机械手运动时间，提高了生产效率。

5采用两个托盘的方式，使得单一满盘后仍可以继续生产装盘，同样提高了系统的生产效率。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

图2是本发明系统的信息交互示意图。

图3是本发明方法的指令查询流程图。

图4是本发明方法的方案流程图。

图中所示为： 1-工业控制计算机主机；2-显示器；3-压机；4-压机控制器 ； 5-机械手； 6-机械手控制器；7-延长臂；8-废料桶；9-直排毛刷；10-电子秤；11-第一刀片托盘；12-第二刀片托盘；13-第一托盘检测传感器；14-第二托盘检测传感器；15-串口线；16-视频信号线； 17-网线；18-压机控制信号总线；19-系统IO信号总线；20-电子秤清零IO信号线；21-传感器信号线；22-机械手IO信号总线；23-机械手控制信号总线； 24-系统电气柜；25-延展基座；26-安装板；27-机械手基座中心；28-U轴；29-压机IO信号总线。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，但本发明的实施方式不限于此：

如图1所示，一种集成机械手的硬质合金刀片自动化装盘系统，包括工业控制计算机主机1、显示器2、压机3及压机控制器4、机械手5、机械手控制器6、直排毛刷9、废料桶8、电子秤10、延长臂7、第一刀片托盘11、第二刀片托盘12、第一托盘检测传感器13及第二托盘检测传感器14，系统电气柜24，其中：

机械手5安装在压机3延展基座25上，在机械手5前端装有一延长臂7，其长度为175mm，U轴28坐标为0时，其与机械手X正方向相同，此延长臂7能保证机械手顺利进入压机3内将合金刀片取出，同时扩大了机械手5的运动范围。系统电气柜24固定在压机3的旁边，机械手控制器6固定在机械手3的旁边，机械手控制器6与工业控制计算机主机1之间通过TCP协议进行数据交互和命令传输。

直排毛刷9安装在安装板26上，其位置在电子秤10和压机3之间,这样使机械手5取出刀片后即可就近在直排毛刷9上左右移动刀片以去除毛刺，保证刀片的质量可靠,同时提高了生产效率。

电子秤10安装在安装板26上，其位置离机械手5基座中心27的X方向距离为345-355mm，Y方向距离为60-65mm处，使得机械手5能在新的U轴28上沿着顺时针或逆时针方向旋转90度，以保证机械手5能按照指定的延长臂7姿态去抓取电子秤10上称重完成的刀片。

废料桶8安装在安装板26上,其位置在电子秤10的左边，使得称重不合格的合金刀片能快速的放到废料桶8，提高了效率。

方形的第一刀片托盘11、第二刀片托盘12安装在压机延展基座25上，距离机械手基座中心27Y方向距离为340-360，X方向对称分布，所述第一托盘检测传感器13及第二托盘检测传感器14分别设置在第一刀片托盘11、第二刀片托盘12上，并通过传感器信号线21连接系统电气柜24；当一个托盘满盘后，系统自动切换到另一托盘装盘。

如图2所示，工业控制计算机主机1内PCI插槽上装载一块光电隔离数字IO卡，通过系统IO信号总线19和机械手IO信号总线22对应IO信号相连接，和压机IO信号总线29对应IO信号相连接。

工业控制计算机主机1通过调用数字IO卡的内部指令函数获取系统IO信号总线19上对应的输入IO信号或者输出指定的IO信号到系统IO信号总线19对应的IO信号。

工业控制计算机主机1和机械手控制器6之间由网线17连接，通过TCP协议完成工业控制计算机主机1和机械手控制器6之间的数据交互。

电子秤10将重量信息数据由串口线15，通过RS232协议发送给工业控制计算机主机1，电子秤10的精度为0.01g。

显示屏2通过视频信号线16连接工业控制计算机主机1的,用于实时显示系统运行参数。

整个系统的硬质合金刀片装配控制方法主要体现在图3、图4的指令流程与系统运行流程中。

如图3所示，整个系统的主要指令流程为：启动系统后，首先等待系统准备就绪，系统就绪后，进入循环指令检查流程，系统根据不同的工作条件依次对产品编辑指令、示教指令、系统上电指令、启动生产指令、暂停生产指令、继续生产指令、停止生产指令、退出系统生产指令以及内部自动生成的指令进行循环检查，并根据不同的指令输入做出对应的系统决定和工作任务，具体如下：

1、工业控制计算机主机1等待系统是否就绪，系统就绪后载入上次的生产记录，随后选择是否进行产品编辑，然后进入系统操作指令等待状态，等待操作员和系统生成的各种操作指令；

2、系统检查到系统上电指令后，PowSys信号有效，随后完成机械手上电、网络连接、系统数据交互、压机控制器4和机械手控制器6的IO信号初始化操作，随后机械手5检查启动指令是否有效，若无效，系统进入示教模式，可进行在线示教和在线产品编辑；

3、系统检查到启动生产指令后，系统Start信号有效，系统首先检查错误和警告，若有错误，则Start信号无效，且等待操作员处理错误，处理完后，等待操作员重新输入启动生产指令。若有警告，等待操作员处理警告，处理完后，等待操作员确认警报解除，系统检查到警报确认解除后，使能Con信号，继续下一步，随后Con信号失效，若没有错误和警告，此时机械手3、压机5、电子秤10分别进行机械手3回位、压机5准备和电子秤10清零，随后进行要求的刀片生产与装盘过程；

4、当系统检查到暂停指令后，Pause信号有效，整个系统暂停生产，暂停后检查到继续生产指令后，Pause信号无效，继续刚刚暂停的生产；

5、当系统检查到称重清零指令后，电子秤10清零信号WgtZero信号有效，系统完成对电子秤10的清零处理，清零完成后WgtZero信号无效；

6、当系统检查到抽样指令时，抽样信号Sample有效，系统完成对当前刀片的抽样，抽样完成后Sample信号无效；

7、系统检查到停止生产指令时，停止准备StpRdy信号有效，系统准备停止生产前的工作，随后系统停止生产，停止生产后StpRdy信号无效；

8、系统检查到断电指令时，PowSys信号无效，机械手5断电，压机3进入空闲状态，程序进入空闲状态；

9、系统检查到退出系统指令时，系统保存数据，程序退出。

具体而言，整个生产过程速度可调；对合金刀片的拾取采用吸盘吸取的方法；吸取合金刀片之前、放置合金刀片之后都进行吹气去除表面杂质；生产过程对每个合金刀片进行称重合格检测；电子秤10在称重一定周期的合金刀片后，电子秤清零IO信号20有效，从而电子秤10数据清零,使用单个电子秤10进行换料称重；在换料称重同时，机械手5改变与合金刀片之间的姿态。

具体而言，除退出系统指令，系统上电指令外，其它指令都必须在系统上电指令执行且PowSys信号有效后才能成为有效的指令，所述其它指令除启动生产指令外，剩下的指令又必须在启动生产指令执行且Start信号有效后才能成为有效的指令。

如图4所示，根据指令流程，所述硬质合金刀片自动化装盘方法包括步骤：

1、系统启动后，首先等待系统就绪，系统就绪后，等待系统上电指令，系统完成上电后，检查Start信号是否有效，若Start信号无效，系统进入示教模式，直到Start信号有效后，系统进入到生产模式；

2、进入生产模式后，系统首先检查是否有警报和错误产生，若有，则需要先解除警报和错误，解除后需要人工确认警报和错误解除，系统才继续运行，否则一直处在等待确认状态，且如果是错误，则系统Start信号无效，在确认解除后退出生产模式，此时需要重新输入开始生产指令，使Start信号有效，然后再次进入生产模式；

3、当系统成功进入生产模式后，压机3准备，机械手5回标准位，电子秤10清零，随后进入生产装盘任务，装盘过程中，系统首先检查压机3压制刀片的条件是否满足，若满足，则控制适量的合金粉末进入压机3内，压机3压制、刀片成型，若不满足，则压机3一直等待系统允许压制信号，压制成功后，压制OK信号有效，并等待机械手5进入取走刀片和下一次允许压制信号；

4、机械手5进入压机3吸取刀片过程中，至多进行三次吸取48，若三次吸取不成功，机械手5停在标准位，系统报警，若三次内吸取成功，则进行毛刷处理，随后系统输出取料成功信号、允许压制信号，压制OK信号无效，并开始新一轮的压制刀片，压制成功后继续输出压制OK信号有效并等待下一轮的压制信号；

5、毛刺处理完成后，合金刀片被放到电子秤10上称重，机械手5先取料放到电子秤10秤盘指定的位置一上，然后再去取料，这期间电子秤10将重量信息数据发送给工业控制计算机主机1，机械手5将当前刀片放在电子秤10秤盘指定的位置二上，同时到先前的位置一取走已经称重完成的刀片，根据工业控制计算机主机1接收的数据判断合金刀片是否合格，若合格则放入料盘，否则，放入废料桶8；

6、当系统检查到距离上次电子秤10清零已放刀片的数量等于周期数N=T-1时，系统WgtZero信号有效，机械手5不再去压机3处吸取压制的刀片，而是将电子秤10上的剩余的一个称重刀片根据称重是否合格决定是否放入第一刀片托盘11或第二刀片托盘12，随后电子秤10清零信号有效，电子秤10数据清零，与此同时，压机3、机械手5继续生产装盘流程,随后机械手5再去压机3处取料43，再放到电子秤10秤盘指定的位置1上，再去先前的位置二上取走已经称重完成的刀片，如此反复；

7、生产结束时，最后一步直接取走电子秤10秤盘上最后一个料，根据称重合格情况选择放料位置后，然后机械手5回标准位置位，压机3空闲等待、电子秤10称重清零，系统生产结束。

具体而言，对合金刀片的拾取采用吸盘进行吸取。

具体而言，吸取合金刀片之前、放置合金刀片之后都进行吹气去除表面杂质。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。