一种应用于自动化生产线的板材定位抓取系统及定位抓取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属板材加工生产线中的辅助装置及方法，特别是一种应用于自动化生产线的板材定位抓取系统及定位抓取方法。
【背景技术】
[0002]汽车、电子、五金家电、电器、工程机械等领域需要大量的金属板材成型件，对国民经济诸多领域的发展具有举足轻重的作用。作为工业4.0宏观发展趋势在金属板材加工领域具体的拓展和延伸，近年来市场对金属板材自动化加工生产线的需求量与日俱增。与传统的单机加工模式相比，采用自动化生产线不仅节省劳动力成本，提高了工作效率，更重要的是对生产过程的产品质量，交货周期具有更好的可控性，这对于社会分工日益精细的现代化生产模式而言更为重要。
[0003]金属板材自动化加工生产，在国外，尤其是汽车制造领域、五金家电领域早已经取得大规模的应用，技术也成熟。然而在国内，由于种种原因，起步相对较晚，只有少数规模较大的汽车制造企业取得应用，国内在该领域核心技术的缺乏是造成这种差距的主要因素之一。而加工过程中的板料精确定位与抓取技术就是其中的核心技术之一。
[0004]在金属板材自动化生产线中，最后一道工序大多数情况下是以折弯成型结束的，而折弯成型前的板料抓取和精确定位对加工精度具有决定性影响。因此，本发明主要是应用于自动化生产线中，零件折弯前的精确定位和抓取，另外还可以应用于其他工序之中。
[0005]目前生产线中定位抓取的现有技术主要存在以下几方面问题:
[0006]1、板材定位精度不高
[0007]一般采取的方法有如下几种:
[0008]I)如专利申请号为201420133612.3的专利申请，其采用一个独立的定位架，该定位架独立于送料机器人和折弯机，首先机械人将零件放置于定位架，定位后进行二次抓取，后再进行折弯。
[0009]上述专利申请，一方面二次抓取过程本身存在误差，另一方面折弯精度还是依赖于机器人的重复定位精度，所以此方法的定位精度通常较差，而且工作效率很低。
[0010]2)在机械人上装有机械限位或者感应开关作为定位基准，此方法较方法I)虽然少了一个二次抓取过程，但是其定位精度仍然依赖于机器人的定位精度，精度较差。
[0011]3)通过数控折弯机自带的后挡料机构的挡指进行定位，该方法适合手工折弯操作，而当采用机器人进行自动上料时，极易出现机械碰撞，引发安全事故。
[0012]上述现有技术的三种方法都没有能解决以下两个技术难点:
[0013]I)当板材发生平行度偏差(如板材与折弯模具刃口不平行)时，不能够有效地进行检测并及时纠正，更谈不上精确定位了。
[0014]2)有时零件需要进行换面加工时，换面过程会产生较大偏差，而上述任何一种方法都不能对换面产生的偏差进行及时快速的修正。
[0015]2、板材黏连引起的误抓现象
[0016]金属板料通常采用成摞堆放的方式摆放，板材间容易产生黏连效应粘连在一起，可能导致机械手错误地一次抓取多个板材零件进行加工，导致机器设备损毁和安全事故，这是生产当中必须严格杜绝的。
[0017]现有技术通常，如申请号为200420021412.5的专利申请，其采用磁力分层技术，该技术通过几个具有较强磁场磁铁对成摞的板材进行磁化，使得板材表面间产生相互排斥的磁场力，进而达到分层的目的。
[0018]然而上述技术存在的最大的问题就是，在磁铁周围存在较强磁场，当现场人员携带手机、电脑、手表、数码相机等电子产品靠近时，通常会损害这些电子仪器，另外还会对人体携带的心脏起搏器等医疗器械产生影响，甚至导致生命危险。另外上述采用该方法不能对抓取过程中的“多抓”和“漏抓”现象进行快速的检测。
[0019]3、现有技术仅仅是将板材定位装置、抓取装置、分层装置简单机械地拼凑在一起，缺少一个系统、科学、高效的工作方法，使用效果欠佳。
【发明内容】
[0020]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种应用于自动化生产线的板材定位抓取系统，该应用于自动化生产线的板材定位抓取系统能将金属板材的分层、抓取和定位进行有机整合，分层可靠，不会出现误抓，抓取精度高，且定位精度和效率尚O
[0021]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0022]一种应用于自动化生产线的板材定位抓取系统，包括具有摆放区的料架、机械手和与机械手相连接的取料手爪，其特征在于:所述取料手爪包括取料架、设置于取料架边角上的若干个激振器、设置于取料架下表面上的若干个电磁铁和若干个真空吸盘；每个激振器均包括一根能沿取料架上下振动的竖向导杆，每根竖向导杆的底部均设置一个所述真空吸盘；每个激振器的固有频率均大于金属板材的固有频率；所述料架上还设置有抓取区。
[0023]每个所述激振器均包括一个设置于竖向导杆顶部且具有两根输出轴的转子、设置于转子外周的定子和分别与转子的两根输出轴相连接的两块偏心质量块；位于取料架两侧的竖向导杆上均套装有一根弹簧。
[0024]还包括数控系统，每个激振器均与该数控系统相连接。
[0025]还包括至少两个定位装置和定位板材放置区，所有定位装置均相互平行地设置于定位板材放置区的前端侧边上；每个定位装置均包括一个固定设置于定位板材放置区上的压电传感器和设置于压电传感器前端的手指；每个压电传感器均与数控系统相连接。
[0026]所述定位板材放置区为折弯机的下模。
[0027]本发明还提供一种应用于自动化生产线的板材定位抓取方法，该一种应用于自动化生产线的板材定位抓取方法能将金属板材的分层、抓取和定位进行有机整合，分层可靠，不会出现误抓，抓取精度高，且定位精度和效率高。
[0028]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0029]一种应用于自动化生产线的板材定位抓取方法，包括以下步骤:
[0030]第一步，抓取前准备:将金属板材整齐叠放于料架上的摆放区；
[0031]第二步，板料分层:机械手将取料手爪运行至第一步中摆放区的正上方，并向下移动，使取料手爪下方的真空吸盘压在待抓取金属板材上，真空吸盘动作、吸取待抓取金属板材，并向上提升；与此同时，位于取料手爪边角上的激振器启动，对待抓取金属板材进行激励，激振器的激励频率与金属板材的固有频率相等，待抓取金属板材在激振器的激励下，产生共振，实现与其相黏连的下层金属板材相分离；
[0032]第三步，板料抓取:机械手将第二步中与下层金属板材实现分离的待抓取金属板材，移动并放置在抓取区，后真空吸盘停止工作，电磁铁通电，将待抓取金属板材进行抓取。
[0033]还包括第四步，板料定位:机械手将第三步中已经抓取的金属板材移送至定位装置处，并使金属板材的一条待定位侧边与其中至少两个定位装置的手指相触碰，金属板材的待定位侧边与每个手指的触碰力均在设定的偏差范围内。
[0034]所述第四步板料定位过程中，当金属板材的待定位侧边仅与一个定位装置的手指相触碰时，与待定位侧边相触碰的定位装置的压电传感器产生触碰信号，并将触碰信号和检测的触碰力传递给数控系统，数控系统将接收的触碰信号和触碰力与设定的平行度误差进行比较、判定后，将指令机械手对金属板材的位置和姿态进行实时调整，直至金属板材的待定位侧边与其中至少两个定位装置的手指相触碰，且触碰力均在设定的偏差范围内。
[0035]还包括第五步，翻转、定位步骤:当已经抓取的金属板材至少有两个侧边需要定位时，机械手将第四步中完成一条侧边定位的金属板材，进行翻转，依次对另外需要定位的侧边，按照第四步的方法进行定位。
[0036]所述第四步中，板料定位完成后，数控系统将自动记录已定位完成的坐标位置，并将该坐标位置作为下一块待定位金属板材的初定位坐标值。
[0037]本发明采用上述结构与方法后，具有如下有益效果:
[0038]1.取料手爪上设置有真空吸盘和电磁铁，真空吸盘由于自身存在一定的柔性，且不会使金属板材产生磁化黏连，用于分层过程中对金属板材的抓取；电磁铁由于吸取力大，动作响应迅速，不存在弹性变形，用在定位和折弯过程中对金属板材的抓取。真空吸盘与电磁铁交替配合使用，既满足分层过程中稳定性，又能够满足定位和折弯过程中的精准和高效。
[0039]2.取料手爪上设置的激振器与金属板材构成一个单自由度系统，当激振器的激励频率与板材的固有频率相等时，即能实现金属板材的分层，除此之外，上述数控系统还能根据电机的输出扭矩来判断是否存在“多抓”和“漏抓”问题。与现有技术相比，效率更高、可靠性更好，无强磁场干扰，因此安全性也更高。
[0040]3.上述定位装置的设置，具有如下几个显著优点:
[0041]I)通过压电传感器将金属板材与至少两个手指间的“接触力”实时反馈给数控系统，数控系统再根据反馈的“接触力”信号对金属板材的位置和姿态进行实时调整，整个定位和调整过程为实时的闭环控制，数控系统能够实时“感知”金属板材与手指间的接触情况，因此定位精度更高，而且不会产生机械干涉和碰撞。
[0042]2)由于至少两个手指可以分别感知板材与挡指间的“接触力”