汽車業(yè)的多樣化零件是由機(jī)器式、機(jī)械視覺系統(tǒng)、PLC 及網(wǎng)絡(luò)控制來處理的。 GKN Sinter Metals 生產(chǎn)設(shè)備位于美國(guó)印第安納州Salem，采用燒結(jié)程序制造傳動(dòng)零件與電源操控組件，以供應(yīng)主要汽車制造商及其供貨商。在2001年，該公司將其產(chǎn)品線自動(dòng)化，可生產(chǎn)六倍大小的變速箱離合器板，以供貨商用汽車如卡車與校車等使用。在此產(chǎn)品線中的機(jī)器手臂與整合式的視覺系統(tǒng)使其得以運(yùn)轉(zhuǎn)額外的零件，例如用于傳動(dòng)的機(jī)械式二極管設(shè)備，所有操縱不需手動(dòng)轉(zhuǎn)換。 Salem 廠電子工程主管 Gale Wiseman 表示：“機(jī)器手臂的彈性在適應(yīng)多種零件方面是非常重要的。這是一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)線，但我們可以利用批次類條件啟動(dòng)多種類型的零件。”接著表示：“我們也許需要 30,000 左右的零件才能符合每個(gè)月的生產(chǎn)需求，但是我們可以一次執(zhí)行 5000 至 8000 組零件的批次作業(yè)，以達(dá)到我們客戶的要求的時(shí)效。更換印模機(jī)上的印模只花兩小時(shí)不到的時(shí)間。自動(dòng)產(chǎn)線的更換僅涉及選擇不同的執(zhí)行方案。” 在燒結(jié)過程中，粉狀金屬零件將于高壓縮印模機(jī)中形成近似網(wǎng)狀的形狀，然后以熔爐烘焙，并產(chǎn)出最后的汽車零件。在 GKN 設(shè)備中，每6 至8 組中有一套小型的印模機(jī)是由 Cincinnati 有限公司自動(dòng)彈射出新形成的粉狀金屬零件，由其印模至 Shuttleworth 低壓累積輸送帶。當(dāng)刷子作業(yè)移除各種損壞的粉狀物，零件將被傳送到 Ohaus CQ10R31 秤重站，在這個(gè)地方檢查該零件是否達(dá)到已知重量。 輸送帶與秤重作業(yè)是由 Allen-Bradley SLC/504 PLC （可程序化邏輯控制器） 所控制的，此控制器也會(huì)同時(shí)配合壓力、機(jī)器手臂、視覺系統(tǒng)及其它自動(dòng)化組件運(yùn)作。每個(gè)零件直徑大約為9 至10 英吋，重量大約為3 至4 磅。Wiseman 表示：“我們百分之百地檢查零件的重量，并將結(jié)果傳回印模機(jī)，這可實(shí)時(shí)調(diào)整整個(gè)工作流程。無法通過重量測(cè)試的零件會(huì)被送到拒收支線?！? 在肉眼觀察下，輸送帶上的零件看起來都朝向相同的方向前進(jìn)。然而，定位仍有稍許不同，位置的準(zhǔn)確度對(duì)后續(xù)的流程非常重要。Wiseman 表示：“這就是視覺系統(tǒng)存在與否的差異了?！? 零件定位 零件通過重量檢查，然后到達(dá) U 形站，這時(shí)會(huì)遇到一個(gè)連接至 PLC 的相機(jī)鏡頭。PLC 會(huì)通知 Motoman UP20 機(jī)器手臂與黑白的 Cognex In-Sight 2000視覺系統(tǒng)該零件已經(jīng)出現(xiàn)，并準(zhǔn)備檢起零件，最后將其加載輸送帶中，傳送至熔爐中。視覺系統(tǒng)擁有一組1/3英吋的 CCD 與一組 8.5 mm C-mount 鏡頭，可以提供約 12 英吋的視野范圍，以容納零件大小及輸送帶上的位置偏離。 圖1. Cognex In-Sight 2000 視覺系統(tǒng)計(jì)算零件x-y中心點(diǎn)間的角度，以及零件最明顯特征的中心點(diǎn)，以決定零件從零點(diǎn)開始的旋轉(zhuǎn)程度。Motoman UP20 機(jī)器手臂采用此信息計(jì)算其接近路徑與檢取位置。高頻熒光燈源讓原來的 60-Hz周遭光線閃動(dòng)情形降到最小，并提供更一致的持續(xù)光源。 Motoman 工程師選擇 Phoenix Imaging Model 2010 高頻熒光燈源，讓原來的 60-Hz周遭光線閃動(dòng)情形降到最小，并提供更一致的持續(xù)光源 （見圖1）。為了在啟動(dòng)生產(chǎn)前校驗(yàn)系統(tǒng)，工程師會(huì)使用自訂的夾具指導(dǎo)視訊系統(tǒng)相對(duì)于零點(diǎn) （原點(diǎn)） 的 x-y 方向。這個(gè)夾具同時(shí)定義了每毫米的像素?cái)?shù)，這得根據(jù)視野的范圍而定。 在生產(chǎn)過程中，機(jī)器手臂將不會(huì)移動(dòng)，直到視覺系統(tǒng)確認(rèn)所見零件符合標(biāo)準(zhǔn)為止，然后PLC將指示生產(chǎn)線繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。Cognex 影像處理函式庫(kù)中的 PatFind 零件定位工具，指示零件出現(xiàn)與否以及所有零件重要特征的位置。視覺系統(tǒng)將找出數(shù)組特征，例如該零件特有的特定輪齒。在每次檢取時(shí)，視覺系統(tǒng)都會(huì)計(jì)算“最佳的”特征，以利推斷零件的流向。視覺系統(tǒng)會(huì)選擇需要機(jī)器手臂進(jìn)行最少角度校正動(dòng)作的特征。 In-Sight 2000 視覺系統(tǒng)采用內(nèi)建于 Cognex 函式庫(kù)的環(huán)繞式尋找邊緣工具，找出零件的中心點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)會(huì)轉(zhuǎn)成機(jī)器手臂所使用的x-y坐標(biāo)。PatFind 工具同時(shí)會(huì)找到「最佳」零件特征的中心點(diǎn)。視覺系統(tǒng)會(huì)計(jì)算零件 x-y 中心點(diǎn)間的角度，以及零件最佳特征的中心點(diǎn)，以決定零件從原點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)角度，這個(gè)判斷會(huì)在校驗(yàn)階段完成。x-y 坐標(biāo)與角度方向會(huì)由視覺系統(tǒng)送出，透過 CDN366 DeviceNet 接口模塊，經(jīng)由 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)，傳送至機(jī)器手臂控制器中的 Motoman JARCR-XFB01B DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)卡 （見圖 2）。 圖2. 在燒結(jié)過程中，近似網(wǎng)狀的零件從右方進(jìn)入輸送帶，并于 U 形視覺站中進(jìn)行處理。由Cognex In-Sight 2000 視覺系統(tǒng)指引，Motoman UP20 機(jī)器手臂采用自訂電磁機(jī)器手臂終端工具，輕輕地由內(nèi)送輸送帶上的 U 形站檢取該零件，將其加載自訂的鉆床站上的巢中，或?qū)⑵涠逊胖猛馑洼斔蛶系奶毡P上。 機(jī)器手臂會(huì)利用來自視覺系統(tǒng)的信息，計(jì)算其接近路徑與檢取位置。也會(huì)進(jìn)行所有檢取位置的運(yùn)算，然后將零件放置在自訂鉆床巢上的已知固定位置。機(jī)器手臂會(huì)精確地將多層堆棧中不需要鉆床的其它種類零件放置于加載站的個(gè)別陶盤中。 視覺系統(tǒng)不會(huì)直接與 PLC 進(jìn)行通訊。反之，機(jī)器手臂會(huì)與 PLC 聯(lián)系，而其它自動(dòng)化設(shè)備則使用機(jī)器手臂控制器中的 MARIO （Motoman Allen-Bradley Remote I/O） 卡。Allen-Bradley 的Flex I/O 模塊可用于整個(gè)輸送帶與鉆床系統(tǒng)，位于 PLC 的Panelview OIT 可用于視覺系統(tǒng)與設(shè)定控制。第二組Allen-Bradley SLC/504 PLC 將控制鉆床作業(yè)、對(duì)外輸送帶及運(yùn)輸作業(yè)。這兩組 PLC 都將透過以太網(wǎng)絡(luò)與廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通訊。 一旦視覺系統(tǒng)算法決定零件的精確方向后，機(jī)器手臂就會(huì)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)末端效應(yīng)器 （end effector） 的其中一邊，這可由 Motoman 自訂，以讓機(jī)器手臂可以檢取下一階段作業(yè)所需精確流向中的零件。Wiseman 表示：“機(jī)器手臂末端效應(yīng)器是相同的，并可使用三點(diǎn)電磁檢取點(diǎn)。我們不想使用夾爪作業(yè)，因?yàn)檫@可能會(huì)施加壓力，造成零件斷裂或缺口?！? 小型零件在此處仍非常易脆，因?yàn)檫@些零件是在烤箱中加熱而黏附粉狀粒子的。為了在不造成缺口或斷裂的情況下檢取小型零件，機(jī)器手臂必須在激勵(lì)三個(gè)電磁體之前，移動(dòng)零件上方大約1/16英吋范圍內(nèi)其中一端的反應(yīng)器。為了放下零件，機(jī)器手臂再次于零件巢或陶盤約1/16英吋的范圍內(nèi)移動(dòng)，然后倒轉(zhuǎn)電磁體極性。倒轉(zhuǎn)極性提供些許能量，可排動(dòng)零件，使其平穩(wěn)地著地，而不是關(guān)閉磁鐵能量，這可能造成零件不平穩(wěn)地著地。這同時(shí)也有助于避免因建立磁場(chǎng)造成粉狀物的松動(dòng) （見圖 3）。 圖3. 為了避免零件缺口或斷裂，機(jī)器手臂移動(dòng)末端效應(yīng)器至約1/16英吋內(nèi)，然后啟動(dòng)末端效應(yīng)器的電磁體。為了放開零件，機(jī)器手臂再次移至落點(diǎn)的 1/16 英吋內(nèi)，然后倒轉(zhuǎn)電磁極性，讓零件平穩(wěn)降下。 取決于零件類型，機(jī)器手臂將零件加載自訂的鉆床巢中，或精確地將個(gè)別零件堆棧于對(duì)外輸送帶的多層陶盤上。處理需要鉆床處理的零件時(shí)，機(jī)器手臂會(huì)利用兩個(gè)末端效應(yīng)器的其中一邊，由內(nèi)送輸送帶上的U形站檢取零件，然后，旋轉(zhuǎn)并移至 Sugino SN3 鉆床上的鉆床巢。 此時(shí)，機(jī)器手臂利用另一個(gè)末端效應(yīng)器檢取完成鉆床處理的零件，旋轉(zhuǎn)并將新的零件放置于第一個(gè)鉆床巢中，并通知第二組 Allen-Bradley PLC 啟動(dòng)鉆床機(jī)器的工作周期。最后，末端效應(yīng)器會(huì)旋轉(zhuǎn)，而機(jī)器手臂會(huì)將鉆床處理后的零件由第二邊堆棧至陶盤上。 在通過熔爐時(shí)，零件必須完美地對(duì)齊并決定平置于陶盤中。在進(jìn)入熔爐前，當(dāng)工作流程要求將數(shù)組零件以相同流向堆棧時(shí)，這個(gè)動(dòng)作將額外重要。一旦達(dá)到陶盤上所要求的堆棧高度時(shí)，第二組 PLC 將送出腳位停止訊號(hào)給輸送帶，以放開負(fù)載零件的陶盤。陶盤將送到熔爐前方，烘烤至90&#deg；然后輸送到下一站。硬式工具設(shè)備堆起陶盤堆棧，以便放入熔爐中。彈起的鏈輸送帶會(huì)將一列負(fù)載零件的陶盤送至輸送帶。熔爐傳送帶會(huì)以零件指定的速度移動(dòng)通過熔爐，而在此燒結(jié)這些零件。 在完成燒結(jié)工作之后， Motoman UP130 機(jī)器手臂將配有自訂夾爪可卸載烤箱上的組件，進(jìn)行浸泡處理，以便防銹、潤(rùn)滑，然后依照零件指定的配置，堆棧于金屬籃中。在此死循環(huán)式系統(tǒng)中，可回收陶盤，重復(fù)用于Shuttleworth無摩擦輸送帶的負(fù)載作業(yè)。 Cognex 公司簡(jiǎn)介 Cognex 設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造及銷售機(jī)械視覺系統(tǒng)，也就是能“看”的計(jì)算機(jī)。Cognex 是全球工業(yè)級(jí)機(jī)械視覺的領(lǐng)導(dǎo)廠商，機(jī)械視覺系統(tǒng)的出貨量超過 250,000 套，公司自1981年成立以來，累積獲利已達(dá)美金十八億元。Cognex 的模塊化視覺系統(tǒng)部門 （總部位于美國(guó)麻省 Natick），專門研究機(jī)械視覺系統(tǒng)在自動(dòng)化制程上的使用，以其能提供給不同行業(yè)別專屬的視覺工具，確?？蛻羯a(chǎn)的質(zhì)量。Cognex 的表面檢查系統(tǒng)部門 （總部位于加州 Alameda），專門研究機(jī)械視覺系統(tǒng)在連續(xù)式生產(chǎn)的物品的表面檢查，如金屬、紙張和塑料。除了位于麻省的 Natick 公司總部外，Cognex 公司在北美、日本、歐洲及東南亞各地也設(shè)有分公司。Cognex 歐洲區(qū)總部位于 Rueil- Malmaison，就在巴黎市郊。請(qǐng)?jiān)煸L Cognex 網(wǎng)http://www.cognex-china.com/。