本發(fā)明涉及自動化領域，尤其涉及一種集成機械手的硬質合金刀片自動化裝盤系統(tǒng)與方法，主要應用于硬質合金刀片的自動化物流搬運與碼放。

背景技術：

中國是一個制造大國，每年對合金刀片的需求量非常龐大。傳統(tǒng)的硬質合金刀片生產流程是依靠壓機循環(huán)壓制刀片、人工取料、手工毛刷清理刀片表面毛刺、人工經驗目檢、稱重檢測、最后再將合格的刀片放到料盤。以上流程中，從取料到合金刀片碼放都需要人工參與，不僅任務繁重、效率低下、產品合格率低，而且對操作工人存在很大的安全風險。雖然有一些企業(yè)對這種生產模式做了技術改良，為每臺硬質合金刀片壓機配備了獨立機械手系統(tǒng)，完成了部分自動化任務。但其單盤換盤時間長、交互界面不夠友好、檢測費時、成本高、系統(tǒng)復雜，很難應用到實際的合金刀片檢測、碼放中去。

而且，上述自動化系統(tǒng)的刀片稱重環(huán)節(jié)，采用刀片放置、穩(wěn)定、讀數(shù)的模式，每稱重一個刀片，就要多耗費等待電子秤數(shù)據(jù)穩(wěn)定的時間。另一方面單盤換盤系統(tǒng)龐大、單盤換盤占用時間長。因此，這樣的生產方式，降低了生產效率。而目前主流采用的人工刀片放盤方案，人工碼放速度慢，擺放不整齊，甚至碼放過程中對原本合格的刀片造成損傷，致使刀片作廢。因而，需要提出一種采用改進的機械手高效的刀片自動拾取/碼放的方法與系統(tǒng)，這種方法與系統(tǒng)能夠有效應對降低人工勞動強度、提高生產效率、提高刀片生產質量和合格率的要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服合金刀片生產過程中的工人勞動量大、生產效率低、產品合格率低、系統(tǒng)成本高和空間位置有限的缺點，提出一種集成機械手的硬質合金刀片自動化裝盤系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)能用在合金刀片的自動化檢測裝盤上。

本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn)：

一種集成機械手的硬質合金刀片自動化裝盤系統(tǒng),包括工業(yè)控制計算機主機、顯示器、壓機及壓機控制器、機械手、機械手控制器、直排毛刷、廢料桶、電子秤、延長臂、第一刀片托盤、第二刀片托盤、第一托盤檢測傳感器及第二托盤檢測傳感器，系統(tǒng)電氣柜，其中：

所述機械手安裝在壓機右側的延展基座上，所述機械手前端裝繞U軸28轉動的延長臂，所述系統(tǒng)電氣柜固定在壓機的一側，所述機械手控制器固定在機械手的一側，所述安裝板安裝在壓機前側的延展基座上，所述直排毛刷安裝在安裝板上，其位置在電子秤和壓機之間, 電子秤安裝在安裝板上，其位置離機械手基座中心的X方向距離為345 mm -355mm，Y方向距離為60-65mm處，所述廢料桶安裝在安裝板上,其位置在電子秤的左邊，所述第一刀片托盤、第二刀片托盤安裝在壓機延展基座上，距離機器手基座中心Y方向距離為340-360,X方向對稱分布，所述第一托盤檢測傳感器及第二托盤檢測傳感器分別設置在第一刀片托盤、第二刀片托盤上，并通過傳感器信號線連接系統(tǒng)電氣柜；

工業(yè)控制計算機主機內PCI插槽上裝載一塊光電隔離數(shù)字IO卡，通過系統(tǒng)IO信號總線和機械手IO信號總線對應IO信號相連接，和壓機IO信號總線對應IO信號相連接，

所述工業(yè)控制計算機主機通過調用數(shù)字IO卡的內部指令函數(shù)獲取系統(tǒng)IO信號總線上對應的輸入IO信號或者輸出指定的IO信號到系統(tǒng)IO信號總線對應的IO信號，顯示屏通過視頻信號線連接工業(yè)控制計算機主機的,用于人機交互；

所述工業(yè)控制計算機主機和機械手控制器之間由網線連接，通過TCP協(xié)議完成工業(yè)控制計算機主機和機械手控制器之間的數(shù)據(jù)交互；

所述電子秤將重量信息數(shù)據(jù)由串口線，通過RS232協(xié)議發(fā)送給工業(yè)控制計算機主機。

進一步地，所述電子秤的精度為0.01g。

進一步地，所述電子秤與系統(tǒng)電氣柜之間還連接有電子秤清零IO信號線。

進一步地，所述延長臂長度為175mm，U軸坐標為0時，延長臂長度方向與機械手X正方向相同。

進一步地，所述第一刀片托盤、第二刀片托盤形狀為方形或圓形，由第一托盤檢測傳感器、第二托盤檢測傳感器分別檢測是否到位。

一種基于所述系統(tǒng)的硬質合金刀片自動化裝盤方法，包括步驟：

1）系統(tǒng)啟動后，首先等待系統(tǒng)就緒，系統(tǒng)就緒后，等待系統(tǒng)上電指令，系統(tǒng)完成上電后，檢查Start信號是否有效，若Start信號無效，系統(tǒng)進入示教模式，直到Start信號有效后，系統(tǒng)進入到生產模式；

2）進入生產模式后，系統(tǒng)首先檢查是否有警報和錯誤產生，若有，則需要先解除警報和錯誤，解除后需要人工確認警報和錯誤解除，系統(tǒng)才繼續(xù)運行，否則一直處在等待確認狀態(tài)，且如果是錯誤，則系統(tǒng)Start信號無效，在確認解除后退出生產模式，此時需要重新輸入開始生產指令，使Start信號有效，然后再次進入生產模式；

3）當系統(tǒng)成功進入生產模式后，壓機準備，機械手回標準位，電子秤清零，隨后進入生產裝盤任務，裝盤過程中，系統(tǒng)首先檢查壓機壓制刀片的條件是否滿足，若滿足，則控制適量的合金粉末進入壓機內，壓機壓制、刀片成型，若不滿足，則壓機一直等待系統(tǒng)允許壓制信號，壓制成功后，壓制OK信號有效，并等待機械手進入取走刀片和下一次允許壓制信號；

4）機械手進入壓機吸取刀片過程中，至多進行三次吸取，若三次吸取不成功，機械手停在標準位，系統(tǒng)報警，若三次內吸取成功，則進行毛刷處理，隨后系統(tǒng)輸出取料成功信號、允許壓制信號，壓制OK信號無效，并開始新一輪的壓制刀片，壓制成功后繼續(xù)輸出壓制OK信號有效并等待下一輪的壓制信號；

5）毛刺處理完成后，合金刀片被放到電子秤上稱重，機械手先取料放到電子秤秤盤指定的位置一上，然后再去取料，這期間電子秤將重量信息數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)控制計算機主機，機械手將當前刀片放在電子秤秤盤指定的位置二上，同時到先前的位置一取走已經稱重完成的刀片，根據(jù)工業(yè)控制計算機主機接收的數(shù)據(jù)判斷合金刀片是否合格，若合格則放入料盤，否則，放入廢料桶；

6）當系統(tǒng)檢查到距離上次電子秤清零已放刀片的數(shù)量等于周期數(shù)N=T-1時，系統(tǒng)WgtZero信號有效，機械手不再去壓機處吸取壓制的刀片，而是將電子秤上的剩余的一個稱重刀片根據(jù)稱重是否合格決定是否放入第一刀片托盤或第二刀片托盤，隨后電子秤清零信號有效，電子秤數(shù)據(jù)清零，與此同時，壓機、機械手繼續(xù)生產裝盤流程,隨后機械手再去壓機處取料，再放到電子秤秤盤指定的位置一上，再去先前的位置二上取走已經稱重完成的刀片，如此反復；

7）生產結束時，最后一步直接取走電子秤秤盤上最后一個料，根據(jù)稱重合格情況選擇放料位置后，然后機械手回標準位置位，壓機空閑等待、電子秤稱重清零，系統(tǒng)生產結束。

進一步地，對合金刀片的拾取采用吸盤進行吸取。

進一步地，吸取合金刀片之前、放置合金刀片之后都進行吹氣去除表面雜質。

本發(fā)明采用上述的技術方案，具有如下技術優(yōu)點：

1采用此系統(tǒng)能夠大大縮減工人的勞動量、提高生產效率，提高產品合格率，并且使得一個工人可以操作多臺設備。

2整個系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的人工生產裝盤，多方面的IO信號檢測和用機械手代替壓機取料都極大地提高了工人的安全性。

3采用一個電子秤在秤盤上設置兩個稱重點進行交替稱重，而不采用放料一次，再等待稱電子秤重數(shù)據(jù)穩(wěn)定發(fā)送數(shù)據(jù)的形式，使得電子秤的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，且不用花費時間等待電子秤數(shù)據(jù)穩(wěn)定，大大提高了系統(tǒng)生產裝盤效率。

4毛刷處在電子秤和壓機之間，廢料桶處在電子秤旁邊，縮短了機械手運動時間，提高了生產效率。

5采用兩個托盤的方式，使得單一滿盤后仍可以繼續(xù)生產裝盤，同樣提高了系統(tǒng)的生產效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明系統(tǒng)的信息交互示意圖。

圖3是本發(fā)明方法的指令查詢流程圖。

圖4是本發(fā)明方法的方案流程圖。

圖中所示為： 1-工業(yè)控制計算機主機；2-顯示器；3-壓機；4-壓機控制器 ； 5-機械手； 6-機械手控制器；7-延長臂；8-廢料桶；9-直排毛刷；10-電子秤；11-第一刀片托盤；12-第二刀片托盤；13-第一托盤檢測傳感器；14-第二托盤檢測傳感器；15-串口線；16-視頻信號線； 17-網線；18-壓機控制信號總線；19-系統(tǒng)IO信號總線；20-電子秤清零IO信號線；21-傳感器信號線；22-機械手IO信號總線；23-機械手控制信號總線； 24-系統(tǒng)電氣柜；25-延展基座；26-安裝板；27-機械手基座中心；28-U軸；29-壓機IO信號總線。

具體實施方式

現(xiàn)結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此：

如圖1所示，一種集成機械手的硬質合金刀片自動化裝盤系統(tǒng)，包括工業(yè)控制計算機主機1、顯示器2、壓機3及壓機控制器4、機械手5、機械手控制器6、直排毛刷9、廢料桶8、電子秤10、延長臂7、第一刀片托盤11、第二刀片托盤12、第一托盤檢測傳感器13及第二托盤檢測傳感器14，系統(tǒng)電氣柜24，其中：

機械手5安裝在壓機3延展基座25上，在機械手5前端裝有一延長臂7，其長度為175mm，U軸28坐標為0時，其與機械手X正方向相同，此延長臂7能保證機械手順利進入壓機3內將合金刀片取出，同時擴大了機械手5的運動范圍。系統(tǒng)電氣柜24固定在壓機3的旁邊，機械手控制器6固定在機械手3的旁邊，機械手控制器6與工業(yè)控制計算機主機1之間通過TCP協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互和命令傳輸。

直排毛刷9安裝在安裝板26上，其位置在電子秤10和壓機3之間,這樣使機械手5取出刀片后即可就近在直排毛刷9上左右移動刀片以去除毛刺，保證刀片的質量可靠,同時提高了生產效率。

電子秤10安裝在安裝板26上，其位置離機械手5基座中心27的X方向距離為345-355mm，Y方向距離為60-65mm處，使得機械手5能在新的U軸28上沿著順時針或逆時針方向旋轉90度，以保證機械手5能按照指定的延長臂7姿態(tài)去抓取電子秤10上稱重完成的刀片。

廢料桶8安裝在安裝板26上,其位置在電子秤10的左邊，使得稱重不合格的合金刀片能快速的放到廢料桶8，提高了效率。

方形的第一刀片托盤11、第二刀片托盤12安裝在壓機延展基座25上，距離機械手基座中心27Y方向距離為340-360，X方向對稱分布，所述第一托盤檢測傳感器13及第二托盤檢測傳感器14分別設置在第一刀片托盤11、第二刀片托盤12上，并通過傳感器信號線21連接系統(tǒng)電氣柜24；當一個托盤滿盤后，系統(tǒng)自動切換到另一托盤裝盤。

如圖2所示，工業(yè)控制計算機主機1內PCI插槽上裝載一塊光電隔離數(shù)字IO卡，通過系統(tǒng)IO信號總線19和機械手IO信號總線22對應IO信號相連接，和壓機IO信號總線29對應IO信號相連接。

工業(yè)控制計算機主機1通過調用數(shù)字IO卡的內部指令函數(shù)獲取系統(tǒng)IO信號總線19上對應的輸入IO信號或者輸出指定的IO信號到系統(tǒng)IO信號總線19對應的IO信號。

工業(yè)控制計算機主機1和機械手控制器6之間由網線17連接，通過TCP協(xié)議完成工業(yè)控制計算機主機1和機械手控制器6之間的數(shù)據(jù)交互。

電子秤10將重量信息數(shù)據(jù)由串口線15，通過RS232協(xié)議發(fā)送給工業(yè)控制計算機主機1，電子秤10的精度為0.01g。

顯示屏2通過視頻信號線16連接工業(yè)控制計算機主機1的,用于實時顯示系統(tǒng)運行參數(shù)。

整個系統(tǒng)的硬質合金刀片裝配控制方法主要體現(xiàn)在圖3、圖4的指令流程與系統(tǒng)運行流程中。

如圖3所示，整個系統(tǒng)的主要指令流程為：啟動系統(tǒng)后，首先等待系統(tǒng)準備就緒，系統(tǒng)就緒后，進入循環(huán)指令檢查流程，系統(tǒng)根據(jù)不同的工作條件依次對產品編輯指令、示教指令、系統(tǒng)上電指令、啟動生產指令、暫停生產指令、繼續(xù)生產指令、停止生產指令、退出系統(tǒng)生產指令以及內部自動生成的指令進行循環(huán)檢查，并根據(jù)不同的指令輸入做出對應的系統(tǒng)決定和工作任務，具體如下：

1、工業(yè)控制計算機主機1等待系統(tǒng)是否就緒，系統(tǒng)就緒后載入上次的生產記錄，隨后選擇是否進行產品編輯，然后進入系統(tǒng)操作指令等待狀態(tài)，等待操作員和系統(tǒng)生成的各種操作指令；

2、系統(tǒng)檢查到系統(tǒng)上電指令后，PowSys信號有效，隨后完成機械手上電、網絡連接、系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互、壓機控制器4和機械手控制器6的IO信號初始化操作，隨后機械手5檢查啟動指令是否有效，若無效，系統(tǒng)進入示教模式，可進行在線示教和在線產品編輯；

3、系統(tǒng)檢查到啟動生產指令后，系統(tǒng)Start信號有效，系統(tǒng)首先檢查錯誤和警告，若有錯誤，則Start信號無效，且等待操作員處理錯誤，處理完后，等待操作員重新輸入啟動生產指令。若有警告，等待操作員處理警告，處理完后，等待操作員確認警報解除，系統(tǒng)檢查到警報確認解除后，使能Con信號，繼續(xù)下一步，隨后Con信號失效，若沒有錯誤和警告，此時機械手3、壓機5、電子秤10分別進行機械手3回位、壓機5準備和電子秤10清零，隨后進行要求的刀片生產與裝盤過程；

4、當系統(tǒng)檢查到暫停指令后，Pause信號有效，整個系統(tǒng)暫停生產，暫停后檢查到繼續(xù)生產指令后，Pause信號無效，繼續(xù)剛剛暫停的生產；

5、當系統(tǒng)檢查到稱重清零指令后，電子秤10清零信號WgtZero信號有效，系統(tǒng)完成對電子秤10的清零處理，清零完成后WgtZero信號無效；

6、當系統(tǒng)檢查到抽樣指令時，抽樣信號Sample有效，系統(tǒng)完成對當前刀片的抽樣，抽樣完成后Sample信號無效；

7、系統(tǒng)檢查到停止生產指令時，停止準備StpRdy信號有效，系統(tǒng)準備停止生產前的工作，隨后系統(tǒng)停止生產，停止生產后StpRdy信號無效；

8、系統(tǒng)檢查到斷電指令時，PowSys信號無效，機械手5斷電，壓機3進入空閑狀態(tài)，程序進入空閑狀態(tài)；

9、系統(tǒng)檢查到退出系統(tǒng)指令時，系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)，程序退出。

具體而言，整個生產過程速度可調；對合金刀片的拾取采用吸盤吸取的方法；吸取合金刀片之前、放置合金刀片之后都進行吹氣去除表面雜質；生產過程對每個合金刀片進行稱重合格檢測；電子秤10在稱重一定周期的合金刀片后，電子秤清零IO信號20有效，從而電子秤10數(shù)據(jù)清零,使用單個電子秤10進行換料稱重；在換料稱重同時，機械手5改變與合金刀片之間的姿態(tài)。

具體而言，除退出系統(tǒng)指令，系統(tǒng)上電指令外，其它指令都必須在系統(tǒng)上電指令執(zhí)行且PowSys信號有效后才能成為有效的指令，所述其它指令除啟動生產指令外，剩下的指令又必須在啟動生產指令執(zhí)行且Start信號有效后才能成為有效的指令。

如圖4所示，根據(jù)指令流程，所述硬質合金刀片自動化裝盤方法包括步驟：

1、系統(tǒng)啟動后，首先等待系統(tǒng)就緒，系統(tǒng)就緒后，等待系統(tǒng)上電指令，系統(tǒng)完成上電后，檢查Start信號是否有效，若Start信號無效，系統(tǒng)進入示教模式，直到Start信號有效后，系統(tǒng)進入到生產模式；

2、進入生產模式后，系統(tǒng)首先檢查是否有警報和錯誤產生，若有，則需要先解除警報和錯誤，解除后需要人工確認警報和錯誤解除，系統(tǒng)才繼續(xù)運行，否則一直處在等待確認狀態(tài)，且如果是錯誤，則系統(tǒng)Start信號無效，在確認解除后退出生產模式，此時需要重新輸入開始生產指令，使Start信號有效，然后再次進入生產模式；

3、當系統(tǒng)成功進入生產模式后，壓機3準備，機械手5回標準位，電子秤10清零，隨后進入生產裝盤任務，裝盤過程中，系統(tǒng)首先檢查壓機3壓制刀片的條件是否滿足，若滿足，則控制適量的合金粉末進入壓機3內，壓機3壓制、刀片成型，若不滿足，則壓機3一直等待系統(tǒng)允許壓制信號，壓制成功后，壓制OK信號有效，并等待機械手5進入取走刀片和下一次允許壓制信號；

4、機械手5進入壓機3吸取刀片過程中，至多進行三次吸取48，若三次吸取不成功，機械手5停在標準位，系統(tǒng)報警，若三次內吸取成功，則進行毛刷處理，隨后系統(tǒng)輸出取料成功信號、允許壓制信號，壓制OK信號無效，并開始新一輪的壓制刀片，壓制成功后繼續(xù)輸出壓制OK信號有效并等待下一輪的壓制信號；

5、毛刺處理完成后，合金刀片被放到電子秤10上稱重，機械手5先取料放到電子秤10秤盤指定的位置一上，然后再去取料，這期間電子秤10將重量信息數(shù)據(jù)發(fā)送給工業(yè)控制計算機主機1，機械手5將當前刀片放在電子秤10秤盤指定的位置二上，同時到先前的位置一取走已經稱重完成的刀片，根據(jù)工業(yè)控制計算機主機1接收的數(shù)據(jù)判斷合金刀片是否合格，若合格則放入料盤，否則，放入廢料桶8；

6、當系統(tǒng)檢查到距離上次電子秤10清零已放刀片的數(shù)量等于周期數(shù)N=T-1時，系統(tǒng)WgtZero信號有效，機械手5不再去壓機3處吸取壓制的刀片，而是將電子秤10上的剩余的一個稱重刀片根據(jù)稱重是否合格決定是否放入第一刀片托盤11或第二刀片托盤12，隨后電子秤10清零信號有效，電子秤10數(shù)據(jù)清零，與此同時，壓機3、機械手5繼續(xù)生產裝盤流程,隨后機械手5再去壓機3處取料43，再放到電子秤10秤盤指定的位置1上，再去先前的位置二上取走已經稱重完成的刀片，如此反復；

7、生產結束時，最后一步直接取走電子秤10秤盤上最后一個料，根據(jù)稱重合格情況選擇放料位置后，然后機械手5回標準位置位，壓機3空閑等待、電子秤10稱重清零，系統(tǒng)生產結束。

具體而言，對合金刀片的拾取采用吸盤進行吸取。

具體而言，吸取合金刀片之前、放置合金刀片之后都進行吹氣去除表面雜質。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權利要求的保護范圍之內。