自動噴碼分揀機(jī)虛擬樣機(jī)設(shè)計

　　摘 要：擬開發(fā)一款用于液晶面板生產(chǎn)車間的實現(xiàn)產(chǎn)品噴碼、校驗碼、產(chǎn)品按等級分揀的自動化裝置。由于自動噴碼分揀機(jī)的研制屬于非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計，無類似設(shè)計和經(jīng)驗可以參考，難免引起一些無法預(yù)知的問題，而利用SolidWorks軟件構(gòu)建三維模型，并且完成該裝置的虛擬樣機(jī)設(shè)計，可以為后續(xù)物理樣機(jī)的制作提供理論依據(jù)和經(jīng)驗參考。
　　關(guān)鍵詞：自動噴碼；物料分揀；虛擬樣機(jī)；SolidWorks
　　1 引言
　　隨著液晶面板在電視、手機(jī)、筆記本電腦、顯示器以及手持終端設(shè)備等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，近年來發(fā)展迅猛，已受到人們的廣泛關(guān)注。目前在液晶面板生產(chǎn)過程中，物料分揀工序還是人工操作，因該工序的工作需要大量的人力和時間，從而導(dǎo)致生產(chǎn)周期長、人力和生產(chǎn)成本高等問題。為了進(jìn)一步提升企業(yè)的智能制造水平，本文采用SolidWorks軟件設(shè)計了一款專門用于液晶面板生產(chǎn)車間的，能夠?qū)崿F(xiàn)液晶面板的自動噴碼和分揀的新型裝置。
　　在該裝置的研制過程中，利用SolidWorks軟件構(gòu)建零件的三維模型，并組裝成虛擬樣機(jī)，可以清晰地表達(dá)零部件的裝配關(guān)系，給人以直觀的認(rèn)識，為后續(xù)物理樣機(jī)的制作提供理論依據(jù)。
　　2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理
　　2.1 總體結(jié)構(gòu)
　　根據(jù)液晶面板的生產(chǎn)工藝要求，經(jīng)過多次的理論分析、方案論證和實驗驗證，最終確立自動噴碼分揀機(jī)的總體設(shè)計方案，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　該裝置主要由機(jī)架、產(chǎn)品傳輸與分揀系統(tǒng)、托盤循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。整體結(jié)構(gòu)采用對稱式布置，兩組托盤的進(jìn)料口和成品出料口分別布置在兩側(cè)，可實現(xiàn)產(chǎn)品按A級和B級出貨，避免不同等級的產(chǎn)品混淆，節(jié)省空間和制造成本，便于人員操作、維護(hù)和維修。
　　1-機(jī)架；2-產(chǎn)品傳輸與分揀系統(tǒng)；3-托盤循環(huán)系統(tǒng)；4-托盤進(jìn)料口；5-成品出料口；6-不合格品取料口
　　2.1.1 產(chǎn)品傳輸與分揀系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)主要由上料機(jī)器人、多組高精度工業(yè)相機(jī)、上料皮帶線、來料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、產(chǎn)品噴碼皮帶線、讀碼器、噴碼器、下料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、下料機(jī)器人、下料皮帶線和不合格品皮帶線等組件構(gòu)成，用于實現(xiàn)產(chǎn)品檢測、搬運(yùn)、物料號碼識別、產(chǎn)品正反面切換、噴碼、噴碼校驗、噴碼品相檢驗和按等級分揀等功能，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
　　由于產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍要求為3.5s，產(chǎn)品的來料始終是反面朝上，但是位置不固定，而且產(chǎn)品外框與托盤型腔外框的間隙僅為±0.3mm，本文設(shè)計采用四軸機(jī)器人和工業(yè)相機(jī)搭建一套物料搬運(yùn)系統(tǒng)，工業(yè)相機(jī)用于拍攝來料產(chǎn)品的圖像，控制系統(tǒng)對圖像的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，轉(zhuǎn)換成為運(yùn)動控制系統(tǒng)的坐標(biāo)信息，再將這些坐標(biāo)信息傳輸?shù)綑C(jī)器人的控制器中，控制機(jī)器人實現(xiàn)產(chǎn)品的自動抓取、搬運(yùn)和分揀裝盤，使該裝置具有更高的生產(chǎn)柔性。
　　1-1#工業(yè)相機(jī)；2-上料皮帶線；3-上料機(jī)器人；4-來料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；5-產(chǎn)品噴碼皮帶線；6-讀碼器；7-3#工業(yè)相機(jī)；8-下料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；9-下料皮帶線；10-不合格品皮帶線；11-產(chǎn)品下料位置；12-下料機(jī)器人；13-噴碼器；14-2#工業(yè)相機(jī)
　　2.1.2 托盤循環(huán)系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)主要由空托盤進(jìn)料機(jī)構(gòu)、托盤阻擋機(jī)構(gòu)、空托盤進(jìn)料皮帶線、托盤歸正機(jī)構(gòu)、托盤升降機(jī)構(gòu)、單托盤移載機(jī)構(gòu)、單托盤運(yùn)輸皮帶線、單托盤歸正機(jī)構(gòu)、滿托盤退料皮帶線和滿托盤退料機(jī)構(gòu)等組成，用于實現(xiàn)空托盤上料、升降、單托盤分離、單托盤運(yùn)輸定位、滿托盤疊放、滿托盤下料的循環(huán)周轉(zhuǎn)功能，為下料機(jī)器人擺放產(chǎn)品供給空托盤，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
　　1-空托盤進(jìn)料機(jī)構(gòu)；2-托盤阻擋機(jī)構(gòu)；3-空托盤進(jìn)料皮帶線；4-托盤歸正機(jī)構(gòu)；5-托盤升降機(jī)構(gòu)；6-單托盤移載機(jī)構(gòu)；7-單托盤運(yùn)輸皮帶線；8-單托盤歸正機(jī)構(gòu)；9-滿托盤退料皮帶線；10-滿托盤退料機(jī)構(gòu)；11-托盤等待裝盤位置；12-空托盤等待上料位置；13-滿托盤等待下料位置
　　2.2 工作原理
　　本文設(shè)計的自動噴碼分揀機(jī)的工作原理為：作業(yè)員確定當(dāng)日生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格后，在操作界面內(nèi)錄入產(chǎn)品信息，并將整摞的空托盤置于進(jìn)料口，托盤將自動進(jìn)入裝置內(nèi)，托盤循環(huán)系統(tǒng)將自動完成托盤的整摞運(yùn)輸、定位、提升、分單盤、單盤定位、單盤運(yùn)輸、產(chǎn)品擺盤和滿盤碼放等工作。
　　該裝置的產(chǎn)品抓取、搬運(yùn)和分揀的運(yùn)行模式分為如下兩種情況：
　　第一種情況：來料產(chǎn)品的物料號碼朝上，當(dāng)來料傳感器檢測到上游設(shè)備傳輸來的產(chǎn)品時，1#工業(yè)相機(jī)啟動拍攝產(chǎn)品的位置，并識別產(chǎn)品的物料號碼上傳到控制系統(tǒng)，下載條碼信息給噴碼機(jī)，同時由上料機(jī)器人抓取產(chǎn)品放在上料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，經(jīng)過翻轉(zhuǎn)、噴碼、讀碼校驗、噴碼品相校驗等工序后，將產(chǎn)品傳輸至下料機(jī)器人下方的產(chǎn)品下料位置。此時，如果產(chǎn)品是反面朝上出貨，下料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)啟動從下料皮帶線上抓取產(chǎn)品，完成翻轉(zhuǎn)動作后，下料機(jī)器人從下料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上抓取產(chǎn)品，然后按A級和B級分別擺放至兩側(cè)下料托盤；如果產(chǎn)品是正面朝上出貨，下料機(jī)器人直接從下料皮帶線上抓取產(chǎn)品，按A級和B級分別擺放至兩側(cè)下料托盤，最后將滿托盤碼放完成后出貨；不合格品由下料機(jī)器人直接抓取到不合格品皮帶線上。
　　第二種情況：來料產(chǎn)品的物料號碼朝下，當(dāng)來料傳感器檢測到上游設(shè)備傳輸來的產(chǎn)品時， 1#工業(yè)相機(jī)啟動拍攝產(chǎn)品的位置，再由上料機(jī)器人抓取產(chǎn)品放在上料翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，完成翻轉(zhuǎn)動作后將產(chǎn)品放在噴碼皮帶線上，然后2#工業(yè)相機(jī)啟動拍攝并識別產(chǎn)品的物料號碼上傳到控制系統(tǒng)，下載條碼信息給噴碼機(jī)，產(chǎn)品經(jīng)過噴碼、讀碼校驗、噴碼品相校驗等工序后，將產(chǎn)品傳輸至下料機(jī)器人下方的產(chǎn)品下料位置。后續(xù)下料機(jī)器人抓取產(chǎn)品的運(yùn)行模式與第一種情況相同，此處不再贅述。
　　2.3 主要技術(shù)參數(shù)
　　本文設(shè)計的全自動噴碼分揀機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。
　　3 虛擬樣機(jī)的設(shè)計過程
　　3.1 設(shè)計方法
　　SolidWorks軟件的參數(shù)化設(shè)計是以約束造型為核心，以尺寸驅(qū)動為特征，允許設(shè)計者先進(jìn)行二維草圖設(shè)計，勾畫出零件的特征輪廓，然后輸入約束和尺寸數(shù)值來完成最終的設(shè)計，并能夠方便、快捷地創(chuàng)建幾乎任何復(fù)雜形狀的實體模型，可以滿足絕大部分的工程設(shè)計的需要；SolidWorks有統(tǒng)一的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，所有數(shù)據(jù)都相互關(guān)聯(lián)，任何一個功能模塊中對零件的修改都會自動反映到其他模塊中。

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