专利名称：自动排坯机控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明自动排坯机控制系统及其控制方法是专为干粉压机配套的外围设备控制系统，适用于粉末冶金、磁性材料等相关行业。
背景技术：
目前干粉压机普遍采用人工排坯的方式，费时又费力，难以实现生产自动化，而且越来越多的坯件在抓取力度控制方面有了严格要求，采用人工抓取时会出现配件掉边、掉角，影响坯件质量。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处提供一种自动排坯机控制系统及其控制方法，通过自动排坯机的机械手来实现坯件的抓取和摆放，抓取力度稳定，不会出现坯件掉边、掉角现象，从而保证坯件的合格率；通过自动排坯机控制系统能实现生产自动化，提高生产率。
自动排坯机控制系统及其控制方法是通过以下方案实现的自动排坯机控制系统由机器人控制系统和自动传送系统组成。
机器人控制系统包括机器人控制器、手持编程器、控制面板、机器人I/O输入输出接口。
机器人控制器包括伺服驱动器、主控电路。伺服驱动器可以采用台达ASD-A系列ASD-A0421LA伺服驱动器等。主控电路采用DSP专用控制芯片。手持编程器即手持操作键盘可以输入程序，对机器人进行调控，监控机器人工作状态。手持编程器可采用型号TPM-8000B等手持编程器。机器人I/O输入输出接口由系统I/O和用户I/O组成，可采用RCO-MTIO-S等输入输出接口。
控制面板上设有程序选择、自动、手动转换、启动、停止、模式选择、紧停等操作按键，并装有机器人运行、初始化、异常等指示灯。
自动传送控制系统包括可编程控制器PLC、触摸屏、接近开关(传感器)、交流接触器、空气开关、编码器、排坯传动机构。编码器采用欧姆龙编码器E6C2-CWZ。接近开关设置在排坯传动机构安装架上，接近开关采用EZK-X4MEI。排坯传动机构包括传动电机1号、传动电机2号、传动电机3号、传送带1号、传送带2号、传送带3号、排坯板、气缸。
控制电路中，机器人控制器通过控制线与机器人I/O输入输出接口相连，进行双向通讯，可编程控制器PLC通过控制线与机器人I/O输入输出接口相连，进行双向通讯，编码器和接近开关连接在可编程控制器PLC的输入端，触摸屏通过专用通讯线与可编程控制器PLC相连。
自动排坯机控制系统的控制方法如下(1)选择自动档，按自动排坯机控制面板上自动起动按钮，此时排坯传动机构上的1号和2号传动电机带动排坯板运转；(2)排坯板到达2号接近开关时，1号和2号传动电机停止正传，若此时还有排坯板在1号和2号传送带之间，1号传动电机反转至1号接近开关停止，气缸上推；
(3)初始化机器人，选择运行的程序，选择自动运行，按起动按钮，机器人会自动移动到干粉压机出坯口附近等待；(4)此时干粉压机应在连续运转状态，等干粉压机到指定角度范围，机器人的爪子会进入压制区取坯件，然后送到排坯板上，然后在移动到出坯口等待；(5)当坯件数等于一设定值n时，机器人将坯件送至电子天平称重，然后移动到出坯口，n为可设定个数，n设定为2～10个；(6)送完n+1个坯件后，移动到电子天平，若产品合格，则送到排坯板；若不合格则送到次品区；若连续M次产品质量在同一个方向偏差，系统会自动调整产品高度，达到闭环控制的效果，M为可设定次数，M设定5～10次；(7)当需抽样检查时，只要按自动取样按钮一个周期，机器人就会把坯件送到取样口，只要到取样口拿去样品即可；(8)坯件排完后，压机自动停止，2号和3号传动电机一起反转，在设定时间内，气缸下降；(9)当排坯板到达3号接近开关时，2号和3号传动电机停止运转，当1号和2号传动电机再重新开始运转，自动进入下一轮生产。
自动排坯机控制系统及其控制方法，能自动控制自动排坯机的机械手来实现自动排坯，抓取力度稳定，不会出现坯件掉边、掉角现象，从而保证坯件的合格率。本发明主要针对手工排坯存在的各种缺陷而研制，它不但可以完全取代手工排坯，而且能实现高要求产品的抓取和摆放，为干粉压机配套的外围设备控制系统，通过自动排坯机控制系统实现生产自动化，提高生产率。
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是自动排坯机示意图。
图2是自动排坯机控制系统示意图。
图3自动排坯机控制系统的控制面板示1意图。
图4是自动排坯机控制系统的控制面板示2意图。
图5是自动排坯机控制系统的传送机构示意图。
图6是自动排坯机控制系统的控制流程示意图。
具体实方式参照附图1-6，自动排坯机控制系统由机器人控制系统和自动传送系统组成；机器人控制系统包括机器人控制器、手持编程器、控制面板、机器人I/O输入输出接口，机器人控制器包括伺服驱动器和主控电路板，伺服驱动器可以采用台达ASD-A系列ASD-A0421LA伺服驱动器等。主控电路采用DSP专用控制芯片。手持编程器为手持操作键盘，可以输入程序，对机器人(1)进行调控，监控机器人(1)工作状态，手持编程器可采用型号TPM-8000B等手持编程器。机器人I/O输入输出接口由系统I/O和用户I/O组成，可采用RCO-MTIO-S等输入输出接口。自动传送控制系统包括可编程控制器PLC、触摸屏、接近开关、交流接触器、空气开关、编码器、排坯传动机构(2)，排坯传动机构(2)包括传动电机1号(2-4)、传动电机2号(2-6)、传动电机3号(2-10)、传送带1号(2-2)、传送带2号(2-9)、传送带3号(2-11)、排坯板(2-1)、(2-12)、气缸(2-5)，传动电机1号、2号、3号分别传动传送带1号、2号、3号，排坯板(承烧板)放置在传送带上，气缸(2-5)推动2号传送带升降。
控制电路中，机器人控制器通过控制线与机器人I/O输入输出接口相连，进行双向通讯，可编程控制器PLC通过控制线与机器人I/O输入输出接口相连，进行双向通讯，编码器和接近开关连接在可编程控制器PLC的输入端，触摸屏通过专用通讯线与可编程控制器PLC相连。
自动排坯机包括多关节式机器人(其示意图如附图1)、自动排坯机控制系统，机器人能实现四轴连动，定位精度达0.02mm，主要执行坯件的抓取和摆放；排坯传动机构由可编程控制器采用西门子S7-200PLC(CPU型号为226XM)控制，触摸屏采用西门子TP170A触摸屏作为操作单元，主要用来控制排坯板的传送和定位，以及和机器人控制系统和压机控制系统的联络信号处理。
机器人控制器根据程序控制附图1机器人(1)手臂动作，包括移动、抓取、释放等，其中所有控制过程都要通过机器人I/O来实现。机器人I/O由系统I/O和用户I/O组成，系统I/O包括机器人的初始化、程序选择、启动、停止、复位、报警等输入输出信号；用户I/O主要是用来实现用户对机器人(1)的控制，如在机器人(1)前端安装爪子，可通过程序实现机器人的抓取和释放，机器人(1)和其他系统联络也可通过此I/O实现(本系统的联络信号就是这样实现的)。
可编程控制器PLC和触摸屏主要用来控制排坯传动机构和联络信号的处理，实现排坯板(码盘)的传送和定位，实现对机器人(1)联络信号的处理，以及对干粉压机信号的处理。附图2中的编码器是用来反映干粉压机主轴位置的元件，它将干粉压机的位置信号变成脉冲信号给PLC处理，然后通过触摸屏显示出来，从而可直观的看到干粉压机的位置行程。此系统是通过干粉压机主轴角度设定在一定范围来联络机器人取坯，是用I/O通信方式实现的。附图2、5中三个接近开关是用来控制排坯板(码盘)定位以及电机的自动启动。三个接近开关分别为1号接近开关(2-3)、2号接近开关(2-7)、3号接近开关(2-12)。触摸屏是整个系统的操作单元(另外还有信号灯和按钮开关)，操作页面如下附图1中主轴角度反映了干粉压机主轴的实时位置，手动和自动是用来控制传送装置的，分两种控制方式，自动启动只有在方式为自动时才起作用。气缸的上升和下降是用来控制传送带2号的位置的，图中是通过手动方式控制传送带的升降的，当在自动模式下，排坯板(码盘)到位时，气缸会自动上升，之后机器人才能动作。
附图4主要用来在手动方式下控制各传送电机动作的，所有按钮都是点动信号，可控制电机的正反转。在自动模式下，启动和停止信号由接近开关(如附图2)和机器人联络信号给出。排坯传动机构(2)如附图5三个传送带分别由传动电机1号、2号、3号带动，其中传送带2号由汽缸驱动上推和下降，各接近开关都安装在传送带旁。
机器人排坯板(码盘)用到专门码放程序，可设定各种码放方式，码放的位置是由现场捕捉的4个点确定的，需要在排坯板(码盘)上码多少坯件可通过参数设定，同时还有排坯板(码盘)结束的信号也可按要求选择，一个程序中可设定多个码放程序。
为了便于检查产品的样本而影响人身安全，此系统还设置了自动取样功能，用户如要取样，只要轻松按一个自动取样按钮，保持一个压制周期，便可从取样口拿到样品，方便对坯件的检验，同时起到一定的安全防护措施。另外该系统为了防止机器人(1)出现异常和干粉压机相冲突，采用了一种软保护方式，在机器人(1)抓取坯件角度设定范围以外，若机器人(1)进入压制区域则压机急停。从而起到保护机器人(1)和干粉压机的作用。
具体控制方法流程如附图6所示在自动控制方式下1.选择自动档，按按自动排坯机控制面板上自动起动按钮，此时1号和2号传动电机带动排坯板运转；2.当排坯板到达2号接近开关时，1号和2号传动电机停止正传，若此时还有板在1号和2号传送带之间，1号传动电机反转至1号接近开关停止，气缸上推；3.初始化机器人，选择运行的程序，选择自动运行，按起动按钮，机器人会自动移动到干粉压机出坯口附近等待；4.此时干粉压机应在连续运转状态，等干粉压机到指定角度范围，机器人的爪子会进入压制区取坯件，然后送到排坯板上，然后在移动到出坯口等待；5.当坯件数等于一设定值n时，机器人将坯件送至电子天平称重，然后移动到出坯口，n为可设定个数，n设定为2～10个，n优选为2、5、10个；6.待送完n+1个坯件后，移动到电子天平，若产品合格，则送到排坯板；若不合格则送到次品区，若连续M次产品质量在同一个方向偏差，系统会自动调整产品高度，达到闭环控制的效果，M为可设定次数，M设定5～10次，M优选为5、8、10次；7.当需抽样检查时，只要按自动取样按钮一个周期，机器人就会把坯件送到取样口，只要到取样口拿去样品即可；8.坯件排完后，干粉压机自动停止，2号和3号传动电机一起反转，在设定时间内，气缸下降。
9.当排坯板到达3号接近开关时，2号和3号传动电机停止运转，当1号和2号传动电机重新开始运转，自动进入下一轮生产。
权利要求
1.一种自动排坯机控制系统，其特征在于控制系统由机器人控制系统和自动传送系统组成；机器人控制系统包括机器人控制器、手持编程器、控制面板、机器人I/O输入输出接口，机器人控制器包括伺服驱动器、主控电路，机器人手持编程器为手持操作键盘，可以输入程序，对机器人进行调控，监控机器人工作状态，机器人I/O输入输出接口由系统I/O和用户I/O组成；自动传送控制系统包括可编程控制器、触摸屏、接近开关、交流接触器、空气开关、编码器、排坯传动机构；排坯传动机构包括传动电机1号、传动电机2号、传动电机3号、传送带1号、传送带2号、传送带3号、排坯板、气缸；控制电路中，机器人控制器通过控制线与机器人I/O输入输出接口相连，进行双向通讯，可编程控制器通过控制线与机器人I/O输入输出接口相连，进行双向通讯，编码器、接近开关连接在可编程控制器的输入端，触摸屏通过专用通讯线与可编程控制器相连。
2.根据权利要求1所述的自动排坯机控制系统，其特征在于控制面板上设有程序选择、自动、手动转换、启动、停止、模式选择、紧停操作按键，并装有机器人运行、初始化、异常指示灯。
3.权利要求1所述的自动排坯机控制系统的控制方法，其特征在于控制方法如下(1)选择自动档，按自动排坯机控制面板上自动起动按钮，此时排坯传动机构上的1号和2号传动电机带动排坯板运转；(2)排坯板到达2号接近开关时，1号和2号传动电机停止正传，若此时还有排坯板在1号和2号传送带之间，1号传动电机反转至1号接近开关停止，气缸上推；(3)初始化机器人，选择运行的程序，选择自动运行，机器人会自动移动到干粉压机出坯口附近等待；(4)此时干粉压机应在连续运转状态，等干粉压机到指定角度范围，机器人的爪子会进入压制区取坯件，然后送到排坯板上，然后在移动到出坯口等待；(5)当坯件数等于一设定值n时，机器人将坯件送至电子天平称重，然后移动到出坯口，n为可设定个数，n设定为2～10个；(6)送完n+1个坯件后，移动到电子天平，若产品合格，则送到排坯板；若不合格则送到次品区；若连续M次产品质量在同一个方向偏差，系统会自动调整产品高度，达到闭环控制的效果，M为可设定次数，M设定5～10次；(7)当需抽样检查时，只要按自动取样按钮一个周期，机器人就会把坯件送到取样口，只要到取样口拿去样品即可；(8)坯件排完后，干粉压机自动停止，2号和3号传动电机一起反转，在设定时间内，气缸下降；(9)排坯板到达3号接近开关时，2号和3号传动电机停止运转，当1号和2号传动电机再重新开始运转，自动进入下一轮生产。
4.根据权利要求3所述的自动排坯机控制系统的控制方法，其特征在于系统还设置了自动取样功能，用户如要取样，只要轻松按一个自动取样按钮，便可从取样口拿到样品，方便对坯件的检验，同时起到安全防护措施。
5.根据权利要求3所述的自动排坯机控制系统的控制方法，其特征在于该系统为了防止机器人出现异常和干粉压机相冲突，采用了一种软保护方式，在机器人抓取坯件角度设定范围以外，若机器人在压制区域则干粉压机急停，从而起到保护机器人和干粉压机的作用。
全文摘要
本发明自动排坯机控制系统及其控制方法是专为干粉压机配套的外围设备控制系统，适用于粉末冶金、磁性材料等相关行业。控制系统由机器人控制系统和自动传送系统组成；机器人控制系统包括机器人控制器、手持编程器、控制面板、机器人I/O输入输出接口，机器人控制器包括伺服驱动器、主控电路，机器人手持编程器为手持操作键盘，可以输入程序，对机器人进行调控，监控机器人工作状态，机器人I/O输入输出接口由系统I/O和用户I/O组成。自动排坯机控制系统主要用来控制排坯板的传送和定位，以及和机器人控制系统和干粉压机控制系统的联络信号处理。
文档编号G05B19/05GK1788993SQ20051012315
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月19日 优先权日2005年12月19日
发明者朱国富, 许云灿 申请人:南京东部精密机械有限公司