王玉琳，劉 冀

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009)

0 引言

冰箱與空調(diào)器的壓縮機(jī)箱體通常由Q235鋼板拉伸、拼焊而成，壁厚在3～4mm之間[1]。空調(diào)壓縮機(jī)形狀以圓柱形為主，冰箱的壓縮機(jī)形狀相對(duì)復(fù)雜，截面形狀主要包括圓形、橢圓形以及帶圓角的矩形等[2]。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用低溫破碎、常溫?cái)D壓、砂輪片切割、等離子弧切割、火焰切割、車(chē)床車(chē)削、仿形銑削、自學(xué)習(xí)切割等方法[3-7]進(jìn)行開(kāi)箱，切口質(zhì)量差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高，且無(wú)法滿(mǎn)足不同形狀壓縮機(jī)箱體的要求。

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文設(shè)計(jì)了一種能自動(dòng)適應(yīng)各種壓縮機(jī)箱體形狀的智能化開(kāi)箱設(shè)備，既提高了壓縮機(jī)的開(kāi)箱拆解效率，又能夠保證壓縮機(jī)內(nèi)部零件的完好無(wú)損。

1 開(kāi)箱設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1為筆者所研發(fā)的家電壓縮機(jī)智能開(kāi)箱設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

(1)待拆解的壓縮機(jī)1呈豎直狀態(tài)由自動(dòng)夾緊裝置2固定裝夾在工作臺(tái)3的頂面；工作臺(tái)3分層設(shè)置，其上層是由回轉(zhuǎn)層伺服電機(jī)4控制旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)層31，伺服電機(jī)4通過(guò)蝸桿-蝸輪副帶動(dòng)回轉(zhuǎn)層31轉(zhuǎn)動(dòng)；下層是由平移層伺服電機(jī)5控制沿水平導(dǎo)軌6左右移動(dòng)的平移層32，伺服電機(jī)5通過(guò)滾珠絲杠-螺母副帶動(dòng)平移層32產(chǎn)生移動(dòng)。

(2)垂向滑臺(tái)9由伺服電機(jī)8通過(guò)滾珠絲杠-螺母副進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；在滑臺(tái)9的左側(cè)固定設(shè)置銑刀電機(jī)10、銑刀桿11以及鋸片銑刀12；其中銑刀電機(jī)10通過(guò)銑刀桿11驅(qū)動(dòng)鋸片銑刀12轉(zhuǎn)動(dòng)；在垂向滑臺(tái)9的底部設(shè)置激光測(cè)距傳感器與CCD視覺(jué)相機(jī)13；激光測(cè)距傳感器與CCD視覺(jué)相機(jī)13位于鋸片銑刀12的右側(cè)，且在高度方向稍低于鋸片銑刀12。

(3)設(shè)置測(cè)控系統(tǒng)14，控制回轉(zhuǎn)層伺服電機(jī)4、平移層伺服電機(jī)5和垂向伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)，并能對(duì)銑刀電機(jī)10進(jìn)行變速控制，還能接收激光測(cè)距傳感器與CCD視覺(jué)相機(jī)13的反饋信息。

1.壓縮機(jī) 2.自動(dòng)夾緊裝置 3.工作臺(tái) 31.回轉(zhuǎn)層 32.平移層 4.回轉(zhuǎn)層伺服電機(jī) 5.平移層伺服電機(jī) 6.水平導(dǎo)軌 7.機(jī)座 8.垂向伺服電機(jī) 9.垂向滑臺(tái) 10.銑刀電機(jī) 11.銑刀桿 12.鋸片銑刀 13.激光測(cè)距傳感器與CCD視覺(jué)相機(jī) 14.測(cè)控系統(tǒng)圖1 家電壓縮機(jī)智能開(kāi)箱設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

2 開(kāi)箱設(shè)備的拆解工藝

筆者所研發(fā)的家電壓縮機(jī)智能開(kāi)箱設(shè)備拆解工藝如下：

(1)在圖1中，當(dāng)待拆解壓縮機(jī)1就位夾緊后，開(kāi)啟CCD視覺(jué)相機(jī)13，控制垂向滑臺(tái)9下移；測(cè)控系統(tǒng)14根據(jù)CCD視覺(jué)相機(jī)采集圖像，直至采集到壓縮機(jī)箱體的焊接環(huán)縫時(shí)，滑臺(tái)9停止移動(dòng)，關(guān)閉CCD視覺(jué)相機(jī)。

(2)啟動(dòng)銑刀電機(jī)10，開(kāi)啟激光測(cè)距傳感器13，測(cè)控系統(tǒng)14測(cè)量鋸片銑刀12左側(cè)外緣與壓縮機(jī)箱體之間的距離，并通過(guò)平移層伺服電機(jī)5控制壓縮機(jī)逐漸靠近鋸片銑刀，待徑向切入指定深度后，測(cè)控系統(tǒng)14自動(dòng)記錄此時(shí)激光測(cè)距傳感器與壓縮機(jī)箱體之間的距離L0。

(3)開(kāi)啟回轉(zhuǎn)層伺服電機(jī)4，壓縮機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，周向切割開(kāi)始，測(cè)控系統(tǒng)14根據(jù)激光測(cè)距傳感器13反饋的位移，控制平移層伺服電機(jī)5不斷修正壓縮機(jī)箱體與激光測(cè)距傳感器之間的距離，使之保持恒定值L0。

(4)當(dāng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)360°時(shí)，鋸片銑刀保持恒定切深已經(jīng)切割一周，壓縮機(jī)上、下箱體徹底脫開(kāi)，關(guān)閉激光測(cè)距傳感器13。

(5)測(cè)控系統(tǒng)14控制平移層32和垂向滑臺(tái)9先后自動(dòng)回到原位，夾具松開(kāi)，取下壓縮機(jī)，開(kāi)箱結(jié)束。

上述所有動(dòng)作均由測(cè)控系統(tǒng)14自動(dòng)控制，操作者將壓縮機(jī)就位后，只需按一下“啟動(dòng)”按鈕，測(cè)控系統(tǒng)14隨即自動(dòng)完成開(kāi)箱流程，真正實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)箱體的智能化、自動(dòng)化拆解。

3 開(kāi)箱設(shè)備的智能實(shí)現(xiàn)

(1)壓縮機(jī)自動(dòng)裝夾

切割之前壓縮機(jī)的裝夾直接影響拆解的效率，為了適應(yīng)不同截面形狀的壓縮機(jī)(包括圓形、橢圓形和帶圓角的矩形等)，需要設(shè)計(jì)一種通用型浮動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)箱體的快速夾緊與快速松開(kāi)。

(2)刀具自動(dòng)搜索壓縮機(jī)高度方向切入位置

面對(duì)形狀迥異的各種壓縮機(jī)，采用圖像智能識(shí)別技術(shù)判定環(huán)形焊縫在壓縮機(jī)高度方向的位置，控制切割刀具自動(dòng)尋找切入點(diǎn)。

(3)壓縮機(jī)箱體形狀智能識(shí)別與刀具跟蹤

針對(duì)形狀各異的待拆解壓縮機(jī)，采用高精度的激光測(cè)距傳感器在壓縮機(jī)的周長(zhǎng)方向跟蹤壓縮機(jī)箱體的環(huán)形焊縫。激光測(cè)距傳感器與切割刀具同步安裝，測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)激光測(cè)距傳感器反饋的位移，控制壓縮機(jī)邊旋轉(zhuǎn)、邊移動(dòng)、邊切割，自動(dòng)調(diào)節(jié)刀具的切深，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤切割，真正做到“即測(cè)即割”，保證切深恒定，不會(huì)損傷壓縮機(jī)內(nèi)部零件。

(4)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)的智能控制

協(xié)調(diào)控制壓縮機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)，根據(jù)激光測(cè)距傳感器測(cè)得的壓縮機(jī)箱體與激光傳感器之間的距離，控制壓縮機(jī)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使壓縮機(jī)能夠平穩(wěn)回轉(zhuǎn)，在圓周方向上繞刀具轉(zhuǎn)一周。

4 開(kāi)箱設(shè)備的測(cè)控系統(tǒng)

4.1 測(cè)控系統(tǒng)組成

如圖2所示，測(cè)控系統(tǒng)基于Dallas公司的高速微處理器DS80C320，擴(kuò)展了一片 W27C512芯片作為EPROM，儲(chǔ)存測(cè)控系統(tǒng)底層程序；擴(kuò)展了一片HM6264作為SRAM芯片，存儲(chǔ)用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)以及系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)；擴(kuò)展了一片可編程接口8255芯片，用以完成測(cè)控系統(tǒng)相關(guān)信號(hào)的輸入與輸出[8]；擴(kuò)展一片8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832用于控制銑刀電機(jī)的變頻器；激光測(cè)距傳感器的信號(hào)是通過(guò)12位A/D轉(zhuǎn)換器AD1674芯片進(jìn)行采集的；人-機(jī)接口芯片借助于8279芯片和2051單片機(jī)。

4.2 位置傳感器選擇

(1)壓縮機(jī)箱體環(huán)形焊縫識(shí)別

壓縮機(jī)箱體環(huán)形焊縫的識(shí)別選用IMI- technology公司的IMx-4050FT 型CCD視覺(jué)相機(jī)。事先對(duì)CCD相機(jī)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定[9-11]，將環(huán)形焊縫圖像預(yù)存在CCD相機(jī)中，當(dāng)相機(jī)開(kāi)啟后，把采樣拍攝的圖片與預(yù)存的焊縫圖片進(jìn)行比對(duì)，只有遇到極為相似的焊縫時(shí)CCD視覺(jué)相機(jī)才會(huì)輸出一個(gè)有效的信號(hào)給測(cè)控系統(tǒng)，從而完成開(kāi)箱過(guò)程的對(duì)刀工作。

(2)壓縮機(jī)箱體環(huán)形焊縫跟蹤

選用BANNER公司生產(chǎn)的LE250型激光測(cè)距傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)激光頭與壓縮機(jī)箱體焊縫之間的距離。LE250型激光測(cè)距傳感器的有效測(cè)量行程為100～400mm，對(duì)應(yīng)輸出0～10V的直流電壓，模擬電壓采集選用AD公司的12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD1674，最終檢測(cè)分辨力可達(dá)0.07mm/LSB。

圖2 家電壓縮機(jī)智能開(kāi)箱設(shè)備測(cè)控系統(tǒng)方框圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文所述的壓縮機(jī)智能開(kāi)箱設(shè)備及其開(kāi)箱工藝已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)[12]，該設(shè)備樣機(jī)已經(jīng)投入試運(yùn)行。來(lái)自壓縮機(jī)拆解回收示范線(xiàn)的結(jié)果表明：

(1)借助激光測(cè)距傳感器測(cè)量刀具與壓縮機(jī)箱體之間的距離，使刀具自動(dòng)跟蹤壓縮機(jī)圓周方向的箱體形狀，可實(shí)現(xiàn)各種形式家電壓縮機(jī)的智能化、自動(dòng)化拆解，并可保證切深恒定，確保內(nèi)部零件完好無(wú)損，切口光潔平整，修理后易于焊接。

(2)采用圖像智能識(shí)別技術(shù)搜索壓縮機(jī)環(huán)形焊縫在高度方向所處位置，并自動(dòng)控制刀具尋找切入點(diǎn)，可適應(yīng)不同高度的壓縮機(jī)，節(jié)省了手動(dòng)對(duì)刀時(shí)間，提高了拆解效率。

(3)基于高性/價(jià)比的8位微處理器DS80C320設(shè)計(jì)開(kāi)箱設(shè)備的測(cè)控系統(tǒng)，在保證可用性、可靠性的前提下，大大節(jié)約了研發(fā)成本。

該設(shè)備的研制為廢棄家電制冷壓縮機(jī)的大規(guī)模、高效率、自動(dòng)化拆解回收提供了借鑒，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。