一种自动化生产工序示教方法及系统与流程

本发明涉及机械自动化生产领域，具体而言涉及一种自动化生产工序示教方法及系统。

背景技术：

目前我国制造业正在大力迈向“工业4.0”阶段，需要大量掌握机器人应用、机电一体化以及智能制造软件系统开发技术的高端人才。各个高校由于教学项目的滞后性，目前配合“工业4.0”教学内容使用的教学设备具有以下不足：

1)目前使用的大部分“工业4.0”相关教学设备还停留在硬件介绍层面，满足不了学生对实际设计、装配、调试能力锻炼的需求；

2)教学设备和工厂实际生产模式不配对，脱离生产实际，影响教学效果；

3)教学功能单一，所使用的生产示范对象很难调整，不同的教学设备不能组合使用，导致应用场景较少；

4)设备结构和使用模式为专机设计，零部件很难更换，不具备二次改造功能，降低了设备本身的可持续使用性；

5)偏向硬件教学，缺乏对自动化软件系统开发、调试方面的教学功能。

技术实现要素：

本发明的任务是为了克服传统教学功能单一、零部件更换困难，不具备多次改造功能的问题，提供一种自动化生产工序示教系统。为实现上述目的，本专利采用如下技术方案：

一种自动化生产工序示教系统，包括输送线，设置在输送线旁的加工实训站、装配实训站、焊接实训站、贴标实训站、检测实训站、分拣实训站中的一个或多个，组合式工件以及控制模块，所述控制模块与上述实训站电连接，所述组合式工件包括治具板以及承载在所述治具板上的搭接工件，所述治具板安装在所述输送线上，所述搭接工件包含不同的形状，每个搭接工件设置有相互相容设计的凸联接部分和凹联接部分，两个或两个以上的搭接工件通过所述凸联接部分和凹联接部分相互联接在一起以组成不同的组合体，所述治具板表面设有兼容单个搭接工件或多个搭接工件组合的定位凹槽，所述定位凹槽内设有多个凸联接部分，所述搭接工件的凹联接部分与定位凹槽内的凸联接部分相互联接在一起。

优选的，所述输送线包括相互平行的第一输送线和第二输送线，所述第一输送线和所述第二输送线同横向的第三输送线连接，所述第三输送线两端装有用于衔接所述第一输送线、所述第二输送线和所述第三输送线的机械手，所述第一输送线、所述第二输送线和所述第三输送线构成示教系统的输入输出环。

优选的，所述加工实训站包括加工主体机架及设置在所述加工主体机架上的加工机器人、用于放置搭接工件的加工原料料盘和用于进行多个搭接工件组合的气动冲压机，所述加工机器人位于所述加工原料料盘、所述气动冲压机和所述第一输送线之间。

优选的，所述加工实训站还包括NG盘，所述加工机器人末端上设有用于检测所述搭接工件的颜色的第一传感器，所述NG盘放置在所述加工机器人的活动范围内。

优选的，所述装配实训站包括装配主体机架以及设置在所述装配主体机架上装配机器人、用于输送搭接工件的两个振动盘，两个所述振动盘之间设有用于搭接工件组装的组合平台，所述装配机器人位于所述振动盘、所述组合平台和所述第一输送线之间。

优选的，所述焊接实训站包括焊接主体机架、用于放置金属焊接片的焊接料盘、用于输送所述组合式工件的伺服滑台以及放置在所述焊接主体机架上的用于焊接所述金属焊接片的焊接机器人，所述伺服滑台安装在所述第三输送线上，所述焊接料盘设于所述机械手旁，所述焊接主体机架设于所述第三输送线的侧边。

优选的，所述伺服滑台上安装有对所述组合式工件进行定位和夹紧的焊接治具。

优选的，所述分拣实训站包括设置在所述第二输送线旁的分拣主体机架、设置在所述分拣主体机架上的用于放置搭接工件的分拣料盘和用于分拣及码垛的分拣机器人，所述分拣料盘和所述第二输送线均在所述分拣机器人的活动范围内。

优选的，所述分拣料盘包括用于放置合格产品的分拣成品料盘和用于放置不合格产品的返修品料盘，所述分拣机器人上设有用于检测所述搭接工件质检的质检传感器。

优选的，所述贴标实训站和所述检测实训站位于所述第二输送线的侧边，且所述贴标实训站包括用于将条码贴至所述组合式工件上的贴标机，所述检测实训站包括用于检测组合式工件颜色和形状的检测模块和用于扫描组合式工件上的条码的扫码模块。

本发明的任务是为了克服传统教学对自动化软件系统开发、调试方面的教学功能的问题，提供一种自动化生产工序示教系统。为实现上述目的，本专利采用如下技术方案：

一种自动化生产工序示教方法系统的示教方法，包括：

1)根据教学方案需要选择需要使用的实训站；

2)编制所使用的实训站具体工作任务的工艺流程；

3)根据具体的任务选择合适的搭接工件和对应实训站所需的工装治具并完成组装；

4)编写相应的控制程序；

5)根据具体工作任务建立工作坐标系并调整保存点位数据

6)单个实训站内的工业机器人和自动机构运行程序调试

7)不同实训站之间的联合配作运行程序调试。

使用本发明提供的自动化生产工序示教方法及系统，使用了一种组合积木作为生产模式示教载体，具有很好的兼容性和趣味性，贴合高校学生的理解范畴；根据智能化生产模式，运用模块化理念将结构模块化和零部件通用化，给使用者提供了自主开发的空间，可运用本发明提供的设备进行自由组合，自主开发工业机器人加工、工业机器人装配、工业机器人焊接、工业机器人分拣码垛、自动打标以及机器识别不同组合的示教内容；注重机电一体化概念，各个实训站或者模组都能独立使用，作为软件开发调试的训练平台；注意智能化，对整个生产过程进行信息追踪和处理，是一个集趣味性、创新性和自主开发性于一体的教学平台。

附图说明

图1是本发明自动化生产工序示教系统的结构示意图；

图2是本发明自动化生产工序示教系统的组合式工件的结构示意图；

其中，加工实训站-100，加工主体机架-101，加工机器人-102，加工原料料盘-103，气动冲压机-104，加工成品料盘-105，装配实训站-200，装配主体机架-201，装配机器人-202，振动盘-203，焊接实训站-300，焊接主体机架-301，焊接机器人-302，机械手-303，焊接料盘-304，分拣实训站-400，分拣主体机架-401，分拣机器人-402，来料料盘-403，成品料盘-404，贴标实训站-500，检测实训站-600，组合式工件-700，治具板-701，搭接工件-702，第一搭接工件-7020，第二搭接工件-7021，第三搭接工件-7022，凸联接部分-703、707，第一凹槽-705，第二凹槽-706，金属焊接片-708，圆柱销-709，第一输送线-801，第二输送线-802，第三输送线-803。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明，但是本发明的保护范围并不局限于实施方式表述的范围。

参考图1和图2，一种自动化生产工序示教系统，包括输送线，设置在输送线旁的加工实训站100、装配实训站200、焊接实训站300、贴标实训站500、检测实训站600、分拣实训站400中的一个或多个，组合式工件700以及控制模块。

所述组合式工件700包括治具板701以及承载在所述治具板701上的，所述治具板701安装在所述输送线上，所述搭接工件702包含不同的形状，每个搭接工件702设置有相互相容设计的凸联接部分703和凹联接部分，两个或两个以上的搭接工件702通过所述凸联接部分703和凹联接部分相互联接在一起以组成不同的组合体，所述治具板701表面设有兼容单个搭接工件702或多个搭接工件702组合的定位凹槽，所述定位凹槽内设有多个凸联接部分703，所述搭接工件702的凹联接部分与定位凹槽内的凸联接部分703相互联接在一起。可以将单个搭接工件702或多个搭接工件702通过所述凸和凹联接部分相互联接在一起自由组合成组合体作为示教对象，利用治具板701承载搭接工件702，搭接工件702通过治具板701移动到不同的工序上，并在治具板701上组合成不同形状。

所述组合式工件700包括治具板701、搭接工件702，所述治具板701上设有金属焊接片708。

所述搭接工件702设置有多个，所述搭接工件702包含不同的形状，每个搭接工件702设置有互相互容设计的凸联接部分703和凹联接部分，搭接工件702可以通过所述凸联接部分703和凹联接部分相互联接在一起，用于搭建包括两个或两个以上的搭接工件702，以组成不同的组合体，根据示教设备要求生产的工件结构，利用多个搭接工件702自由组合成不同的结构，形成所需要的结构，且搭接工件702在示教设备中需要经过不同的实训平台的工序进行搭建组成。

所述治具板701用于承载搭接工件702，治具板701表面设有兼容单个搭接工件702或多个搭接工件702组合的定位凹槽，所述定位凹槽内设有多个凸联接部分703，所述搭接工件702的凹联接部分与定位凹槽内的凸联接部分703相互联接在一起，使得搭接工件702可以在治具板701上进行多层搭建。

作为优选的实施例，所述搭接工件702根据形状不同分为第一搭接工件7020、第二搭接工件7021和第三搭接工件7022，所述第一搭接工件7020的形状为长方体状，所述第二搭接工件7021的形状为正方体状，所述第三搭接工件7022的形状为一角设有圆弧状倒角的正方体状。不限于此，所述搭接工件702的形状还包括其他不同形状，用于满足示教设备在各个实训台上进行组合成需要的搭接工件702。使用搭建式组合成的搭接工件702，能根据教学需要进行自由调整工件形状，工件具备多次改造功能，实现设备的可持续使用性。

作为优选的实施例，所述凸联接部分703和所述凹联接部分在所述搭接工件702相对设置，所述搭接工件702上的凸联接部分703凸伸于其上表面，所述凹联接部分位于搭接工件702的下方，不限于此，凸联接部分703和凹联接部分亦可左右及其他成相对状态的设置，方便组合搭接工件702。

作为优选的实施例，所述定位凹槽包括第一定位凹槽705与第二定位凹槽706，所述第二定位凹槽706设于第一定位凹槽705的底面的中间部分，且自所述第一定位凹槽705向下凹陷形成，所述第一定位凹槽705的底面与第二定位凹槽706的底面均设有多个凸联接部分707，第一定位凹槽705和第二定位凹槽706可以在不同的方向上容纳单个搭接工件702或多个搭接工件702，这一结构设置可以使得在第一定位凹槽705内和第二定位凹槽706内搭接成不同的形状，形成结构多样化。

作为优选的实施例，所述定位凹槽的凸联接部分707的凸伸长度短于所述搭接工件702的凸联接部分703的长度，这一结构设置使得当搭接工件702组合完成后，可以轻易从治具板701上拔出，不会造成在拔取搭接工件702的过程中搭接工件702部分或者全部被治具板701固定，无法拔出。

作为优选的实施例，还包括用于示教焊接工序且上下设置的两个金属焊接片708，所述金属焊接片708设有两个定位孔，所述治具板701对应所述定位孔延伸有定位所述金属焊接片708的圆柱销709，所述金属焊接片708上下设置方便示教焊接工序时进行焊接，且设置定位孔与圆柱销709对金属焊接片708进行定位，防止金属焊接片708在示教焊接工序中出现晃动。

作为优选的实施例，每一种形状的所述搭接工件702包含有若干种不同的颜色，用于组合成不同颜色和形状的结构，示教设备中设置有颜色感应器和形状传感器，事先将各个搭接工件702的颜色及形状进行储存，当进行示教时，根据颜色感应器和形状传感器对搭接工件702进行挑选，使得搭接工件702组合成多种颜色和多种形状的结构。

作为优选的实施例，所述搭接工件702为塑胶积木，能够自由组合成多重不同的结构，适应不同的示教需求，并且进行多次改造功能，实现持续使用性，具有很好的替换性和兼容性，所述治具板701为硬质尼龙材料。

该种用于机械制造示教设备的组合式工件700的使用方法，通过使用组合积木作为生产示范，包括使用一个或一个以上的搭接工件702组合体完成各种实际生产模式的示教演示，该示教设备中包括加工、装配、焊接、分拣、贴标以及检测等多个实训平台，每一实训平台可以作为单独的个体实现工件的生产，也可以通过传动的链条将各个实训平台连接为一个整体，减少设备的占地面积和使用成本，满足日常教学的使用要求；在加工与装配实训平台时，在治具板701上根据颜色的不同选择搭接工件702，将单个搭接工件702或者多个搭接工件702组合成不同的颜色及结构的组合体，在焊接工序中对治具板701上的金属焊接片708进行焊接成型，并通过检测和分拣将符合成品的工件挑选后输出。

作为优选的实施例，所述输送线包括相互平行的第一输送线801和第二输送线802，所述第一输送线801和所述第二输送线802同横向的第三输送线803连接，所述第三输送线803两端装有用于衔接所述第一输送线801、所述第二输送线802和所述第三输送线803的机械手303，所述第一输送线801、所述第二输送线802和所述第三输送线803构成示教系统的输入输出环。

所述输送线还包括输送线支架，输送支架上安装有所述第一输送线801、第二输送线802和第三输送线803，所述输送线支架上还装有多个档停治具，所述档停治具用于档停所述输送线上传动的载具板，所述载具板由塑钢支撑，所述载具板上安装有所述治具板701，所述载具板上包括有多个不同结构的定位孔，定位孔根据需要安装不同的治具板701，所述档停治具包括档停块、接近快关和档停气缸，所述第一输送线801和所述第二输送线802两端安装有转向回流机构，用于所述载具板的转向回流，使得载具板在输送带上实现环形会回流。

所述第二输送线802上安装有伺服滑台8020，所述伺服滑台8020上安装有对所述组合式工件700进行定位和夹紧的焊接治具，所述治具板701安装在所述焊接治具上，所述伺服滑台8020用于在所述第三输送线803上两端进行滑动传送组合式工件700。

作为优选的实施例，所述加工实训站100包括加工主体机架101及设置在所述加工主体机架101上的加工机器人102、用于放置搭接工件702的加工原料料盘103和用于进行多个搭接工件702组合的气动冲压机104，所述加工机器人102位于所述加工原料料盘103、所述气动冲压机104和所述第一输送线801之间。

所述加工机器人102末端装有抓取治具，抓取治具包括气动爪夹、夹指和第五传感器，所述加工机器人102利用抓取治具从所述加工原料料盘103中抓取了待加工的搭接工件702，放置所述气动冲压机104上对所述搭接工件702进行冲压加工，所述第五传感器用于检测所述加工机器人102是否抓取搭接工件702，所述气动冲压机104装有与所述搭接工件702配对的塑料冲头，用于示教加工场景，更加方便快捷的工作，所述气动冲压机104上设有第三传感器，所述第三传感器用于的检测搭接工件702与气动冲压的塑料冲头配对。所述加工原料料盘103放置在所述气动冲压机104的一侧，所述气动冲压机104的另一侧设有与加工成品料盘105，所述加工成品料盘105上内放置有冲压好的搭接工件702，所述加工原料料盘103上设有第二传感器，所述第二传感器用于检测所述加工原料料盘103上是否装有搭接工件702，所述加工成品料盘105上设有用于检测成品盘上的成品是否装满的第四传感器。所述加工实训站100还包括NG盘，所述加工机器人102末端上设有用于检测所述搭接工件702的颜色和形状的第一传感器，所述NG盘放置在所述加工机器人102的活动范围内。

所述第二传感器判别所述加工原料料盘103上安装有所述搭接工件702，此时，所述加工机器人102通过夹具从加工原料料盘103内抓取所述搭接工件702到所述气动冲压机104后进行冲压，当冲压完成后，所述加工机器人102上的第一传感器检测到所述搭接工件702的颜色和形状是否符合，如果符合，所述第一传感器向控制模块发出信号，所述控制模块控制所述加工机器人102将好的成品放置在加工成品料盘105或者放置在连接加工实训台的第一输送线801上，将NG的成品放置在NG料盘内。

作为优选的实施例，所述装配实训站200包括装配主体机架201以及设置在所述装配主体机架201上装配机器人202、用于输送搭接工件702的两个振动盘203，两个所述振动盘203之间设有用于搭接工件702组装的组合平台，所述装配机器人202位于所述振动盘203、所述组合平台和所述第一输送线801之间。

两个所述振动盘203末端安装有定位工装，所述定位工装由气缸和治具组成，所述定位工装上安装有第六传感器，所述第六传感器用于检测所述定位工装上是否放置有搭接工件702。所述组合平台位于两个所述定位工装之间，所述组合平台用于把从振动盘203出料的搭接工件702进行组装使用，所述组合平台上安装有第七传感器，所述第七传感器用于检测所述搭接工件702是否在所述组合平台上。所述组合平台侧边安装有装配成品料盘，所述装配成品料盘用于安装已经装配成成品的搭接工件702，所述装配成品料盘上安装有第八传感器，所述第八传感器用于检测所述装配成品料盘上的成品的数量。所述装配机器人202末端安装有吸盘治具，所述吸盘治具用于从两个所述定位工装吸取搭接工件702到组合平台上完成装配，所述吸盘治具上设有颜色和形状识别的第九传感器。

当所述第六传感器检测到所述定位工装内放置有搭接工件702，所述装配机器人202通过所述吸盘治具从两个所述定位工装处吸取搭接工件702至所述组合平台进行装配，并由控制模块控制所述装配机器人202将完成装配的成品放置在所述装配成品料盘上或者链接所述装配实训站200的所述第一输送线801上。

作为优选的实施例，所述焊接实训站300包括焊接主体机架301、用于放置金属焊接片708的料盘、用于输送所述组合式工件700的伺服滑台8020以及放置在所述焊接主体机架301上的用于焊接所述金属焊接片708的焊接机器人302，所述伺服滑台8020安装在所述第三输送线803上，所述料盘设于所述机械手303旁，所述焊接主体机架301设于所述第三输送线803的侧边，并连接所述第三输送线803，所述焊接主体机架301由铝型材骨架和工业铝质主板组成。

所述主板上安装有所述伺服滑台8020，所述伺服滑台8020为平板状的可以在所述第三输送线803上移动，所述伺服滑台8020上安装有对所述组合式工件700进行定位和夹紧的焊接治具，所述焊接治具上设有第十传感器，所述第十传感器用于检测所述焊接治具上是否放置有所述组合式工件700，所述伺服滑台8020用于配合多工位加工。所述第三输送线803两端安装有所述机械手303，所述机械手303用于衔接所述第三输送线803与所述第一输送线801和所述第二输送线802，所述机械手303根据控制模块的指令完成多工位动作，所述机械手303末端皆为多工位夹具，所述夹具由带有多个安装孔位的连接板组成，并且可以根据需要改变结构，所述机械手303上安装有第十一传感器，所述第十一传感器用于检测组合式工件700，所述焊接机器人302连接有焊机和送丝机等焊接配套组件，且所述焊接机器人302末端安装有焊枪，用于所述焊接机器人302完成工件的焊接工作；所述焊接机器人302旁安装有焊接成品料盘，用于放置已经焊接好的工件，所述主板两侧还设有用于放置金属焊接片708的焊接料盘304，所述金属焊接片708设有多个且均匀放置在所述焊接料盘304内。

当所述第一输送线801将装配好的组合式工件700输送到所述机械手303位置后，所述第十一传感器检测到工件后，控制模块控制所述机械手303抓取所述组合式工件700至焊接实训站300的所述主板上，进一步，机械手303抓取位于焊接料盘304内的金属焊接片708至所述组合式工件700上后，所述焊接机器人302对所述组合式工件700的金属焊接片708进行焊接，焊接完成后，机械手303将焊接好的组合式工件700放入焊接成品料盘中或焊接实训站300的伺服滑台8020上。

作为优选的实施例，所述分拣实训站400包括设置在所述第二输送线802旁的分拣主体机架401、设置在所述分拣主体机架401上的分拣料盘和用于分拣及码垛的分拣机器人402，所述分拣料盘和所述第二输送线802均在所述分拣机器人402的活动范围内，所述分拣主体机架401由铝型材骨架和工业铝质主板搭建而成主板上安装有所述分拣机器人402。

所述分拣机器人402为六轴工业机器人，所述机器人末端安装有抓取治具，抓取治具上设有第十二传感器，所述第十二传感器用于检测成品工件是否合格，所述分拣机器人402侧边设有分拣料盘，所述分拣料盘用于放置搭接工件702，所述分拣料盘包括有来料料盘403、分拣成品料盘404和返修品料盘，所述分拣成品料盘404用于放置合格产品，所述返修品料盘用于放置不合格产品，所述来料料盘403用于放置从所述第二输送线802上抓取的成品工件，所述分拣机器人402根据所述第十二传感器检测到的来料料盘403内工件的质检的信息或者直接在所述第二输送线802上治具板701的零件进行分拣，把所述来料料盘403中的零件合格的放入在分拣成品料盘404中，不合格的放置在返修品料盘中用于返修，待分拣成品料盘404装满后，机器人把料盘叠放在料架上，所述料架由铝型材搭建而成，装在主板一侧。

所述贴标实训站500包括用于完成二维码贴标动作的贴标机构，当所述组合式工件700在所述第二输送线802上移动达到贴标机构处，所述贴标机构将二维码贴至所述组合式工件700上。

所述检测实训站600包括检测模块、扫码模块和操作平台，所述检测模块包括工业相机和辅助光源，所述工业相机和所述辅助光源安装在所述操作平台的可调支架上，所述扫码模块包括扫码机，扫码机自带可调机构，安装在操作平台外侧，用于扫描工件上的二维码；所述操作平台由铝型材骨架和工业铝质主板搭建而成，包括支架本体，显示器和控制电脑，所述显示器和控制电脑用于编写和调试检测程序，记录产品信息。

所述检测实训站600和所述贴标实训站500位于所述分拣实训站400的上一个工序站，且所述第二输送线802连接所述检测实训站600、所述贴标实训站500与所述分拣实训站400。

所述控制模块与所述加工实训站100、装配实训站200、焊接实训站300、贴标实训站500、检测实训站600、贴标实训站500、分拣实训站400中的一个或多个电连接额，并控制上述实训站进行自动化生产工序。

所述自动化生产示教系统还包括外围防护装置，所述外围防护装置包括安全门、护栏以及安全光栅。

作为优选的实施例，根据所述自动化生产示教系统的示教方法，包括以下步骤：

(1)根据教学方案需要选择需要使用的实训站；

(2)编制所使用的实训站具体工作任务的工艺流程；

(3)根据具体的任务选择合适的搭接工件702和对应实训站所需的工装治具并完成组装；

(4)编写相应的控制程序；

(5)根据具体工作任务建立工作坐标系并调整保存点位数据；

(6)单个实训站内的工业机器人和自动机构运行程序调试；

(7)不同实训站之间的联合配作运行程序调试。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。