王東 夏永恒 邢奇平 于陽陽

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0 引言

隨著人工成本的日益增加，如何降低人工成本已經(jīng)成為每個企業(yè)降本增效的關鍵所在。通過對產(chǎn)線自動化的優(yōu)化改造降低人工成本已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展過程中重點考慮的問題之一。在玻璃堆垛過程中，為了防止玻璃之間發(fā)生滑移，通常每放置一片玻璃，都會鋪一張紙，以防止玻璃在運輸工程中發(fā)生滑移造成玻璃損傷。在玻璃深加工過程中，需要對玻璃和鋪紙進行分離、分配。常用的機械手無法單獨完成玻璃與鋪紙的分離分配，目前大多數(shù)企業(yè)采用人工抬片去紙以及機械夾紙的方式。一架玻璃存放架上玻璃板的數(shù)量均在100片以上，人工抬片去紙費時費力，抬片時無法及時精確地將玻璃放置到深加工輸送線的輥道上，影響玻璃二次加工的效率；機械夾紙去紙的方式容易劃傷或損壞玻璃，并且夾紙去紙后鋪紙無法二次利用，造成浪費。自動去紙機器人的研發(fā)與改進有利于提高生產(chǎn)效率，精減人員，達到降本增效的目的。

1 自動去紙機器人

自動去紙機器人機械結構如圖1所示。

圖1 自動去紙機器人機械結構

自動去紙機器人裝置由下片機器人、下片臺、吸紙機構、玻璃架移動裝置等四部分組成。其中下片機器人由機器人、真空泵、真空吸盤、光電開關以及吸盤架組成。下片臺由玻璃輸送輥道、傳動電機、光電開關等設備組成。吸紙機構由吸紙架、水平傳動裝置、縱向傳動裝置以及玻璃架進料裝置組成。吸紙架由真空吸盤、色標傳感器、傳感器固定型材組成，主要用于玻璃/紙張的檢測以及紙張的去除。水平傳動裝置由傳動電機、傳送皮帶、滑軌以及安裝縱向傳動裝置的滑架組成?？v向傳動裝置由傳動電機、滑軌、傳動皮帶以及吸紙架組成，用于吸紙架的移動，使吸紙架上吸附的紙張能夠準確地落入到儲紙箱內(nèi)。玻璃架移動裝置由傳動電機、傳動鏈條、限位開關、玻璃架支撐板組成，用于待去紙玻璃移動到固定位置，方便機器人以及去紙機構正常工作。

1.1 檢測原理

自動去紙機器人通過利用色標傳感器的工作原理來檢測紙張或玻璃。在機器人和吸紙機構上均配備色標傳感器，利用色標傳感器檢測當前物品的材質是紙或是玻璃，當檢測到是紙張時，吸紙機構開始工作，將紙張吸住并抽走。在紙張抽走后，反饋一個取紙完成的信號給機器人，機器人開始抓取玻璃，當玻璃抓取動作完成后，反饋信號給傳感器，重復當前的檢測操作。

1.2 工作原理

工人將需要去紙的玻璃架放在輸送帶上，當玻璃架到達設定位置后，機器人回原點，吸紙機構回原點，在觸摸屏上設置玻璃架上的玻璃數(shù)量、玻璃規(guī)格尺寸，在觸摸屏上點擊自動/手動模式，色標傳感器開始工作，檢測到玻璃后，機器人開始抓取玻璃，放到玻璃傳送輥道上，當玻璃傳送輥道上的傳感器檢測到玻璃后，玻璃計數(shù)加1。機器人每次抓取下降高度＝初始位置＋吸走玻璃片數(shù)×每片玻璃厚度。每次吸走玻璃放到深加工流水線完成一次動作，此完成信號反饋給吸紙機構，然后機器人回到等待位置。

吸紙機構懸臂開始運動，運動到玻璃架原點位置（在玻璃架靠近儲紙箱一側設置一個限位開關）后，吸紙機構的懸臂下降到位，真空吸盤開始工作，完成吸紙，吸紙機構的縱向移動電機與橫向移動電機開始工作；縱向、橫向伺服電機采用兩軸控制，保證懸臂在運動過程中呈一條直線。當懸臂在運動到儲紙盒的限位處時，吸紙氣缸開始縮回，釋放真空，此時吸紙次數(shù)加1，紙會自動落到放紙的箱子里，吸紙伺服每次下降的高度就是初始位置＋吸走玻璃片數(shù)×每片玻璃厚度，當實際吸走玻璃數(shù)量等于設定玻璃片數(shù)量時，機器人停止吸玻璃，回到原始位置。實際吸紙數(shù)量等于設定值時，吸紙機構停止吸紙，吸紙機械手回到原始位置。

1.3 報警原理

吸紙機構采用真空吸盤來吸取紙張，在吸取紙張的過程中，傳感器檢測到紙張，吸紙機構開始工作。在吸紙過程中，通過壓力傳感器反饋壓力信號，當真空發(fā)生器故障或者吸盤破損導致負壓壓力長時間達不到設定值時，信號反饋給PLC，PLC執(zhí)行外部聲光報警。在吸紙完成后紙張抽取過程中，真空壓力達不到設定值，信號也會反饋給PLC，PLC執(zhí)行外部聲光報警。

吸紙機構在紙張檢測過程中，當傳感器檢測到紙張破損，信號反饋給PLC執(zhí)行外部聲光報警，通知操作人員處理，并同時停止設備。當操作人員處理完破損紙張后，通過操作臺上的復位按鈕，復位設備。

由于紙張是被剪切過的，無法用于鋪紙機當中，進行二次鋪紙。通過自動去紙機器人取下來的紙張會通過人工鋪紙的方式進行二次利用，不完整的紙張可以在紙張的二次利用過程中，通過人工去除。

1.4 通訊原理

機器人與吸紙機構之間采用UDP通訊方式，相比TCP通訊，UDP通訊具備資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點。

2 控制系統(tǒng)

自動去紙機器人控制器采用西門子1200PLC，1200PLC具有模塊化、結構緊湊、功能全面等特點，適用于多種應用，同時1200PLC具有可擴展的靈活設計，符合工業(yè)通訊最高標準的通訊接口，以及全面的集成工藝功能，傳動控制采用西門子總線伺服PN V90，V90伺服器具備精度高，響應快，與1200PLC具備更好的兼容性的特點，保證了吸紙準確的同時減少現(xiàn)場接線，維護簡單。

3 自動去紙機器人在玻璃深加工中的應用

由于工業(yè)機器人具有自由度高、運動控制精度高、運行速度高等特性，在玻璃深加工中能適應絕大多數(shù)工作要求，尤其適用于重復性工作，且由于其柔性好，當企業(yè)生產(chǎn)工藝發(fā)生改變時，可以通過及時切換程序使去紙機器人能夠更快地投入到新工藝的生產(chǎn)中，同時還可以有效解決企業(yè)員工人員流動大、生產(chǎn)周期不易確定等管理難題。

在玻璃深加工中，一架玻璃（150片）人工去紙時間60 min，自動去紙機器人僅需要45 min，節(jié)約15 min，提高了效率，產(chǎn)品破損率降低30%以上，勞動成本節(jié)約70%以上。自動去紙機器人的投入使用可以替代傳統(tǒng)工作模式，促進工作效率和工作質量的提升，同時人工勞動強度和風險也會降低。

4 結語

通過對自動去紙機器人上片機構的研發(fā)與使用，在生產(chǎn)過程中減少了該道工序的人員配置，提高了生產(chǎn)效率，且該設備具有相對結構簡單、操作方便、控制穩(wěn)定、安全可靠等優(yōu)點，能夠滿足企業(yè)降本增效的需求。在行業(yè)內(nèi)具有一定的推廣意義。