張 貝 ，沈 勇

（1.中鐵寶橋集團(tuán)有限公司資產(chǎn)管理部，陜西 寶雞 721006；2.中車西安車輛有限公司資產(chǎn)能源管理部，陜西 西安 710000）

1 項目背景

中鐵寶橋集團(tuán)有限公司鑄造車間主要從事高錳鋼轍叉的鑄造工作。在鑄造過程中需要采用大量的冷鐵，使被鑄工件在局部位置達(dá)到急劇冷卻的效果，改善工件表面的金屬結(jié)構(gòu)，達(dá)到線路的使用需求。根據(jù)產(chǎn)品工藝，平均每個工作日需要擺放及分揀一萬余塊冷鐵。原有此項工作由人工完成，人員勞動強度極大，而且錯誤率較高。為了提高冷鐵分揀的自動化程度，減少人工分揀的勞動強度及減少分揀出錯率，以提高車間精益生產(chǎn)水平，設(shè)計了冷鐵機(jī)器人全自動分揀工作站，包含共振動輸送機(jī)、自動輸送物流線、機(jī)器人視覺識別系統(tǒng)、分揀機(jī)器人系統(tǒng)、導(dǎo)料槽、冷鐵盛裝器具等并預(yù)留生產(chǎn)信息接口功能，以實現(xiàn)減人，降本，增效，提高產(chǎn)品品質(zhì)的目的[1-3]。

2 方案總體設(shè)計依據(jù)

①冷鐵分揀生產(chǎn)線項目技術(shù)要求、生產(chǎn)線布局圖

②產(chǎn)品規(guī)格、產(chǎn)品圖紙、生產(chǎn)節(jié)拍要求

2.1 分檢對象

圖1 冷鐵外形規(guī)格

2.2 分揀需求及產(chǎn)能

實際使用過程中1號、2號、4號、5號冷鐵用量最多。1號又包含2種，4號也包含2種，所以需要識別分揀出來的共6種。這六種基本上能滿足80%以上的工作需求。

2.3 分揀效率

每天需要分揀的數(shù)量在一萬塊左右，兩個工作班次。

2.4 工藝流程

圖2 工藝流程圖

2.5 設(shè)備概述

該分揀機(jī)器人工作站主要用于14種冷鐵的其中的6種分檢工作，采用單機(jī)器人電磁鐵吸盤來自動抓起工件，工件傳輸通過行車吊裝整箱雜亂冷鐵倒入振動輸送機(jī)，上料滑槽具備足夠剛度，確保倒入的冷鐵不會對滑槽表面造成沖擊變形。振動輸送機(jī)將各類冷鐵進(jìn)行振動形成單層相對獨立個體后依次進(jìn)入動力傳輸線自動傳輸，工件種類判定及抓取坐標(biāo)采用視覺掃描系統(tǒng)進(jìn)行工件快速識別及定位，然后視覺掃描系統(tǒng)將所分析的冷鐵類別及坐標(biāo)值與機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過6軸機(jī)器人實現(xiàn)工件的自動抓起及分揀。

圖3 冷鐵分揀工作站視圖

2.6 布局及上下料方式

根據(jù)現(xiàn)場的工藝布局，設(shè)計了一套座式搬運機(jī)器人、一套振動上料系統(tǒng)、一套動力傳輸線、一套無動力導(dǎo)料系統(tǒng)。工件的來料采用行車吊裝人工導(dǎo)入振動分料斗，然后用過振動分料系統(tǒng)對冷鐵進(jìn)行導(dǎo)料導(dǎo)入自動傳輸線。

3 工件分檢視覺系統(tǒng)

該工作站的核心部分為視覺識別，在工作節(jié)拍內(nèi)能夠識別物流線上的冷鐵型號，并進(jìn)行判斷，然后將數(shù)據(jù)傳輸給六軸機(jī)器人進(jìn)行運動。

3.1 實現(xiàn)分類

通過圖形匹配的方式實現(xiàn)產(chǎn)品分類識別如圖所示（注∶由于在圖像采集時可能會采集到同一個產(chǎn)品的不同側(cè)面，因此，軟件中將設(shè)置六個模板，分別對應(yīng)同一件產(chǎn)品的六個面，類型識別結(jié)果顯示為同一件產(chǎn)品；）。

3.2 實現(xiàn)定位

通過視覺軟件分析冷鐵圖像在圖片中的坐標(biāo)位置（目標(biāo)分析：在成像清晰的條件下，在完成形狀匹配之后，目標(biāo)物坐標(biāo)可以自動被計算出來。）

視覺系統(tǒng)功能簡介：①抓取冷鐵圖像，可以是單個，也可以是多個，可以靜態(tài)也可以動態(tài)；②抓取圖像后，判定所拍攝的冷鐵的類別；③確定冷鐵在圖像中所處的位置坐標(biāo)；④輸出坐標(biāo)，與機(jī)械臂的運動控制系統(tǒng)坐標(biāo)對接；⑤物品由傳送帶來料，觸發(fā)信號發(fā)送給工控機(jī)，工控機(jī)控制相機(jī)軟觸發(fā)采圖，然后對圖像進(jìn)行分析，視覺軟件使用預(yù)設(shè)的模板對圖像進(jìn)行匹配，匹配出結(jié)果后將坐標(biāo)及類型信息發(fā)送給機(jī)器人進(jìn)行抓取。

4 振動輸送機(jī)分料系統(tǒng)

振動輸送機(jī)實現(xiàn)將成堆冷鐵分成單層相對獨立個體，實現(xiàn)冷鐵依次分開輸送之目的，以便后續(xù)視覺識別系統(tǒng)進(jìn)行掃描。振動輸送機(jī)是利用激振器使料槽振動，從而使槽內(nèi)物料沿一定方向滑行或拋移。傾斜上運時，生產(chǎn)率隨傾角增大而下降。除激振機(jī)構(gòu)某些零部件外，相對轉(zhuǎn)動部件很少，結(jié)構(gòu)簡單。當(dāng)槽體向前振動時，依靠物料與槽體間的摩擦力把運動能量傳遞給物料，使物料加速運動，此時物料的運動方向與槽體的振動方向相同。當(dāng)槽體向后振動時，物料因受慣性作用，仍將繼續(xù)向前運動，槽體則從物料下面往后運動，由于運動中阻力的作用，物料越過一段槽體又落回槽體上。當(dāng)槽體再次向前振動時，物料又因受到加速而被輸送向前。如此重復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)物料的輸送。

5 機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)

工作站控制系統(tǒng)除機(jī)器人控制柜和操作盤外，另有一套用于整套設(shè)備動作程序控制和檢測的系統(tǒng)控制器、操作盒。該系統(tǒng)控制器采用三菱公司PLC作為主控單元，配套工業(yè)級觸摸屏用于參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)顯示。控制柜內(nèi)線路具耐油性，應(yīng)有線號套管，接地標(biāo)志等，內(nèi)部設(shè)置照明燈，以及電源插座，方便維修。控制柜設(shè)置有排風(fēng)散熱裝置。采用彩色觸摸屏人機(jī)界面對全分揀過程進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，設(shè)備能自動停止并發(fā)出報警信號，故障位置人機(jī)界面顯示。報警設(shè)置器控制盒上，能發(fā)出聲音警告，控制柜上方設(shè)置三色狀態(tài)指示燈（綠色：工作狀態(tài)；黃色：等待狀態(tài)；紅色：故障）。

6 結(jié)語

整個冷鐵分揀機(jī)器人工作站能夠有效的進(jìn)行冷鐵的識別，并將需求的冷鐵搬運至指定位置，視覺識別簡單可靠，整個工件的識別與搬運動作能控制在3s內(nèi)。完全滿足了現(xiàn)場的生產(chǎn)需求，極具推廣價值。