汽車業(yè)的多樣化零件是由機器式、機械視覺系統(tǒng)、PLC 及網(wǎng)絡(luò)控制來處理的。 GKN Sinter Metals 生產(chǎn)設(shè)備位于美國印第安納州Salem，采用燒結(jié)程序制造傳動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)品線中的機器手臂與整合式的視覺系統(tǒng)使其得以運轉(zhuǎn)額外的零件，例如用于傳動的機械式二極管設(shè)備，所有操縱不需手動轉(zhuǎn)換。 Salem 廠電子工程主管 Gale Wiseman 表示：“機器手臂的彈性在適應(yīng)多種零件方面是非常重要的。這是一個連續(xù)的生產(chǎn)線，但我們可以利用批次類條件啟動多種類型的零件?！苯又硎荆骸拔覀円苍S需要 30,000 左右的零件才能符合每個月的生產(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)，以達到我們客戶的要求的時效。更換印模機上的印模只花兩小時不到的時間。自動產(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是由 Cincinnati 有限公司自動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，在這個地方檢查該零件是否達到已知重量。 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，此控制器也會同時配合壓力、機器手臂、視覺系統(tǒng)及其它自動化組件運作。每個零件直徑大約為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，這可實時調(diào)整整個工作流程。無法通過重量測試的零件會被送到拒收支線。” 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。然而，定位仍有稍許不同，位置的準(zhǔn)確度對后續(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 U 形站，這時會遇到一個連接至 PLC 的相機鏡頭。PLC 會通知 Motoman UP20 機器手臂與黑白的 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)計算零件x-y中心點間的角度，以及零件最明顯特征的中心點，以決定零件從零點開始的旋轉(zhuǎn)程度。Motoman UP20 機器手臂采用此信息計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）。為了在啟動生產(chǎn)前校驗系統(tǒng)，工程師會使用自訂的夾具指導(dǎo)視訊系統(tǒng)相對于零點 （原點） 的 x-y 方向。這個夾具同時定義了每毫米的像素數(shù)，這得根據(jù)視野的范圍而定。 在生產(chǎn)過程中，機器手臂將不會移動，直到視覺系統(tǒng)確認所見零件符合標(biāo)準(zhǔn)為止，然后PLC將指示生產(chǎn)線繼續(xù)運轉(zhuǎn)。Cognex 影像處理函式庫中的 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，視覺系統(tǒng)都會計算“最佳的”特征，以利推斷零件的流向。視覺系統(tǒng)會選擇需要機器手臂進行最少角度校正動作的特征。 In-Sight 2000 視覺系統(tǒng)采用內(nèi)建于 Cognex 函式庫的環(huán)繞式尋找邊緣工具，找出零件的中心點。這個點會轉(zhuǎn)成機器手臂所使用的x-y坐標(biāo)。PatFind 工具同時會找到「最佳」零件特征的中心點。視覺系統(tǒng)會計算零件 x-y 中心點間的角度，以及零件最佳特征的中心點，以決定零件從原點的旋轉(zhuǎn)角度，這個判斷會在校驗階段完成。x-y 坐標(biāo)與角度方向會由視覺系統(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)狀的零件從右方進入輸送帶，并于 U 形視覺站中進行處理。由Cognex In-Sight 2000 視覺系統(tǒng)指引，Motoman UP20 機器手臂采用自訂電磁機器手臂終端工具，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。 機器手臂會利用來自視覺系統(tǒng)的信息，計算其接近路徑與檢取位置。也會進行所有檢取位置的運算，然后將零件放置在自訂鉆床巢上的已知固定位置。機器手臂會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別陶盤中。 視覺系統(tǒng)不會直接與 PLC 進行通訊。反之，機器手臂會與 PLC 聯(lián)系，而其它自動化設(shè)備則使用機器手臂控制器中的 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)、對外輸送帶及運輸作業(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，機器手臂就會旋轉(zhuǎn)兩個末端效應(yīng)器 （end effector） 的其中一邊，這可由 Motoman 自訂，以讓機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：“機器手臂末端效應(yīng)器是相同的，并可使用三點電磁檢取點。我們不想使用夾爪作業(yè)，因為這可能會施加壓力，造成零件斷裂或缺口?！? 小型零件在此處仍非常易脆，因為這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，機器手臂必須在激勵三個電磁體之前，移動零件上方大約1/16英吋范圍內(nèi)其中一端的反應(yīng)器。為了放下零件，機器手臂再次于零件巢或陶盤約1/16英吋的范圍內(nèi)移動，然后倒轉(zhuǎn)電磁體極性。倒轉(zhuǎn)極性提供些許能量，可排動零件，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。這同時也有助于避免因建立磁場造成粉狀物的松動 （見圖 3）。 圖3. 為了避免零件缺口或斷裂，機器手臂移動末端效應(yīng)器至約1/16英吋內(nèi)，然后啟動末端效應(yīng)器的電磁體。為了放開零件，機器手臂再次移至落點的 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，機器手臂將零件加載自訂的鉆床巢中，或精確地將個別零件堆棧于對外輸送帶的多層陶盤上。處理需要鉆床處理的零件時，機器手臂會利用兩個末端效應(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，機器手臂利用另一個末端效應(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鉆床巢中，并通知第二組 Allen-Bradley PLC 啟動鉆床機器的工作周期。最后，末端效應(yīng)器會旋轉(zhuǎn)，而機器手臂會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，零件必須完美地對齊并決定平置于陶盤中。在進入熔爐前，當(dāng)工作流程要求將數(shù)組零件以相同流向堆棧時，這個動作將額外重要。一旦達到陶盤上所要求的堆棧高度時，第二組 PLC 將送出腳位停止訊號給輸送帶，以放開負載零件的陶盤。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。彈起的鏈輸送帶會將一列負載零件的陶盤送至輸送帶。熔爐傳送帶會以零件指定的速度移動通過熔爐，而在此燒結(jié)這些零件。 在完成燒結(jié)工作之后， Motoman UP130 機器手臂將配有自訂夾爪可卸載烤箱上的組件，進行浸泡處理，以便防銹、潤滑，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無摩擦輸送帶的負載作業(yè)。 Cognex 公司簡介 Cognex 設(shè)計、開發(fā)、制造及銷售機械視覺系統(tǒng)，也就是能“看”的計算機。Cognex 是全球工業(yè)級機械視覺的領(lǐng)導(dǎo)廠商，機械視覺系統(tǒng)的出貨量超過 250,000 套，公司自1981年成立以來，累積獲利已達美金十八億元。Cognex 的模塊化視覺系統(tǒng)部門 （總部位于美國麻省 Natick），專門研究機械視覺系統(tǒng)在自動化制程上的使用，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。請造訪 Cognex 網(wǎng)http://www.cognex-china.com/。