一種應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取系統(tǒng)及定位抓取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬板材加工生產(chǎn)線中的輔助裝置及方法，特別是一種應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取系統(tǒng)及定位抓取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車、電子、五金家電、電器、工程機(jī)械等領(lǐng)域需要大量的金屬板材成型件，對國民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域的發(fā)展具有舉足輕重的作用。作為工業(yè)4.0宏觀發(fā)展趨勢在金屬板材加工領(lǐng)域具體的拓展和延伸，近年來市場對金屬板材自動化加工生產(chǎn)線的需求量與日俱增。與傳統(tǒng)的單機(jī)加工模式相比，采用自動化生產(chǎn)線不僅節(jié)省勞動力成本，提高了工作效率，更重要的是對生產(chǎn)過程的產(chǎn)品質(zhì)量，交貨周期具有更好的可控性，這對于社會分工日益精細(xì)的現(xiàn)代化生產(chǎn)模式而言更為重要。
[0003]金屬板材自動化加工生產(chǎn)，在國外，尤其是汽車制造領(lǐng)域、五金家電領(lǐng)域早已經(jīng)取得大規(guī)模的應(yīng)用，技術(shù)也成熟。然而在國內(nèi)，由于種種原因，起步相對較晚，只有少數(shù)規(guī)模較大的汽車制造企業(yè)取得應(yīng)用，國內(nèi)在該領(lǐng)域核心技術(shù)的缺乏是造成這種差距的主要因素之一。而加工過程中的板料精確定位與抓取技術(shù)就是其中的核心技術(shù)之一。
[0004]在金屬板材自動化生產(chǎn)線中，最后一道工序大多數(shù)情況下是以折彎成型結(jié)束的，而折彎成型前的板料抓取和精確定位對加工精度具有決定性影響。因此，本發(fā)明主要是應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線中，零件折彎前的精確定位和抓取，另外還可以應(yīng)用于其他工序之中。
[0005]目前生產(chǎn)線中定位抓取的現(xiàn)有技術(shù)主要存在以下幾方面問題:
[0006]1、板材定位精度不高
[0007]一般采取的方法有如下幾種:
[0008]I)如專利申請?zhí)枮?01420133612.3的專利申請，其采用一個獨立的定位架，該定位架獨立于送料機(jī)器人和折彎機(jī)，首先機(jī)械人將零件放置于定位架，定位后進(jìn)行二次抓取，后再進(jìn)行折彎。
[0009]上述專利申請，一方面二次抓取過程本身存在誤差，另一方面折彎精度還是依賴于機(jī)器人的重復(fù)定位精度，所以此方法的定位精度通常較差，而且工作效率很低。
[0010]2)在機(jī)械人上裝有機(jī)械限位或者感應(yīng)開關(guān)作為定位基準(zhǔn)，此方法較方法I)雖然少了一個二次抓取過程，但是其定位精度仍然依賴于機(jī)器人的定位精度，精度較差。
[0011]3)通過數(shù)控折彎機(jī)自帶的后擋料機(jī)構(gòu)的擋指進(jìn)行定位，該方法適合手工折彎操作，而當(dāng)采用機(jī)器人進(jìn)行自動上料時，極易出現(xiàn)機(jī)械碰撞，引發(fā)安全事故。
[0012]上述現(xiàn)有技術(shù)的三種方法都沒有能解決以下兩個技術(shù)難點:
[0013]I)當(dāng)板材發(fā)生平行度偏差(如板材與折彎模具刃口不平行)時，不能夠有效地進(jìn)行檢測并及時糾正，更談不上精確定位了。
[0014]2)有時零件需要進(jìn)行換面加工時，換面過程會產(chǎn)生較大偏差，而上述任何一種方法都不能對換面產(chǎn)生的偏差進(jìn)行及時快速的修正。
[0015]2、板材黏連引起的誤抓現(xiàn)象
[0016]金屬板料通常采用成摞堆放的方式擺放，板材間容易產(chǎn)生黏連效應(yīng)粘連在一起，可能導(dǎo)致機(jī)械手錯誤地一次抓取多個板材零件進(jìn)行加工，導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備損毀和安全事故，這是生產(chǎn)當(dāng)中必須嚴(yán)格杜絕的。
[0017]現(xiàn)有技術(shù)通常，如申請?zhí)枮?00420021412.5的專利申請，其采用磁力分層技術(shù)，該技術(shù)通過幾個具有較強(qiáng)磁場磁鐵對成摞的板材進(jìn)行磁化，使得板材表面間產(chǎn)生相互排斥的磁場力，進(jìn)而達(dá)到分層的目的。
[0018]然而上述技術(shù)存在的最大的問題就是，在磁鐵周圍存在較強(qiáng)磁場，當(dāng)現(xiàn)場人員攜帶手機(jī)、電腦、手表、數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品靠近時，通常會損害這些電子儀器，另外還會對人體攜帶的心臟起搏器等醫(yī)療器械產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致生命危險。另外上述采用該方法不能對抓取過程中的“多抓”和“漏抓”現(xiàn)象進(jìn)行快速的檢測。
[0019]3、現(xiàn)有技術(shù)僅僅是將板材定位裝置、抓取裝置、分層裝置簡單機(jī)械地拼湊在一起，缺少一個系統(tǒng)、科學(xué)、高效的工作方法，使用效果欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取系統(tǒng)，該應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取系統(tǒng)能將金屬板材的分層、抓取和定位進(jìn)行有機(jī)整合，分層可靠，不會出現(xiàn)誤抓，抓取精度高，且定位精度和效率尚O
[0021]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0022]一種應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取系統(tǒng)，包括具有擺放區(qū)的料架、機(jī)械手和與機(jī)械手相連接的取料手爪，其特征在于:所述取料手爪包括取料架、設(shè)置于取料架邊角上的若干個激振器、設(shè)置于取料架下表面上的若干個電磁鐵和若干個真空吸盤；每個激振器均包括一根能沿取料架上下振動的豎向?qū)U，每根豎向?qū)U的底部均設(shè)置一個所述真空吸盤；每個激振器的固有頻率均大于金屬板材的固有頻率；所述料架上還設(shè)置有抓取區(qū)。
[0023]每個所述激振器均包括一個設(shè)置于豎向?qū)U頂部且具有兩根輸出軸的轉(zhuǎn)子、設(shè)置于轉(zhuǎn)子外周的定子和分別與轉(zhuǎn)子的兩根輸出軸相連接的兩塊偏心質(zhì)量塊；位于取料架兩側(cè)的豎向?qū)U上均套裝有一根彈簧。
[0024]還包括數(shù)控系統(tǒng)，每個激振器均與該數(shù)控系統(tǒng)相連接。
[0025]還包括至少兩個定位裝置和定位板材放置區(qū)，所有定位裝置均相互平行地設(shè)置于定位板材放置區(qū)的前端側(cè)邊上；每個定位裝置均包括一個固定設(shè)置于定位板材放置區(qū)上的壓電傳感器和設(shè)置于壓電傳感器前端的手指；每個壓電傳感器均與數(shù)控系統(tǒng)相連接。
[0026]所述定位板材放置區(qū)為折彎機(jī)的下模。
[0027]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取方法，該一種應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取方法能將金屬板材的分層、抓取和定位進(jìn)行有機(jī)整合，分層可靠，不會出現(xiàn)誤抓，抓取精度高，且定位精度和效率高。
[0028]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0029]一種應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線的板材定位抓取方法，包括以下步驟:
[0030]第一步，抓取前準(zhǔn)備:將金屬板材整齊疊放于料架上的擺放區(qū)；
[0031]第二步，板料分層:機(jī)械手將取料手爪運(yùn)行至第一步中擺放區(qū)的正上方，并向下移動，使取料手爪下方的真空吸盤壓在待抓取金屬板材上，真空吸盤動作、吸取待抓取金屬板材，并向上提升；與此同時，位于取料手爪邊角上的激振器啟動，對待抓取金屬板材進(jìn)行激勵，激振器的激勵頻率與金屬板材的固有頻率相等，待抓取金屬板材在激振器的激勵下，產(chǎn)生共振，實現(xiàn)與其相黏連的下層金屬板材相分離；
[0032]第三步，板料抓取:機(jī)械手將第二步中與下層金屬板材實現(xiàn)分離的待抓取金屬板材，移動并放置在抓取區(qū)，后真空吸盤停止工作，電磁鐵通電，將待抓取金屬板材進(jìn)行抓取。
[0033]還包括第四步，板料定位:機(jī)械手將第三步中已經(jīng)抓取的金屬板材移送至定位裝置處，并使金屬板材的一條待定位側(cè)邊與其中至少兩個定位裝置的手指相觸碰，金屬板材的待定位側(cè)邊與每個手指的觸碰力均在設(shè)定的偏差范圍內(nèi)。
[0034]所述第四步板料定位過程中，當(dāng)金屬板材的待定位側(cè)邊僅與一個定位裝置的手指相觸碰時，與待定位側(cè)邊相觸碰的定位裝置的壓電傳感器產(chǎn)生觸碰信號，并將觸碰信號和檢測的觸碰力傳遞給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將接收的觸碰信號和觸碰力與設(shè)定的平行度誤差進(jìn)行比較、判定后，將指令機(jī)械手對金屬板材的位置和姿態(tài)進(jìn)行實時調(diào)整，直至金屬板材的待定位側(cè)邊與其中至少兩個定位裝置的手指相觸碰，且觸碰力均在設(shè)定的偏差范圍內(nèi)。
[0035]還包括第五步，翻轉(zhuǎn)、定位步驟:當(dāng)已經(jīng)抓取的金屬板材至少有兩個側(cè)邊需要定位時，機(jī)械手將第四步中完成一條側(cè)邊定位的金屬板材，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，依次對另外需要定位的側(cè)邊，按照第四步的方法進(jìn)行定位。
[0036]所述第四步中，板料定位完成后，數(shù)控系統(tǒng)將自動記錄已定位完成的坐標(biāo)位置，并將該坐標(biāo)位置作為下一塊待定位金屬板材的初定位坐標(biāo)值。
[0037]本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)與方法后，具有如下有益效果:
[0038]1.取料手爪上設(shè)置有真空吸盤和電磁鐵，真空吸盤由于自身存在一定的柔性，且不會使金屬板材產(chǎn)生磁化黏連，用于分層過程中對金屬板材的抓取；電磁鐵由于吸取力大，動作響應(yīng)迅速，不存在彈性變形，用在定位和折彎過程中對金屬板材的抓取。真空吸盤與電磁鐵交替配合使用，既滿足分層過程中穩(wěn)定性，又能夠滿足定位和折彎過程中的精準(zhǔn)和高效。
[0039]2.取料手爪上設(shè)置的激振器與金屬板材構(gòu)成一個單自由度系統(tǒng)，當(dāng)激振器的激勵頻率與板材的固有頻率相等時，即能實現(xiàn)金屬板材的分層，除此之外，上述數(shù)控系統(tǒng)還能根據(jù)電機(jī)的輸出扭矩來判斷是否存在“多抓”和“漏抓”問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，效率更高、可靠性更好，無強(qiáng)磁場干擾，因此安全性也更高。
[0040]3.上述定位裝置的設(shè)置，具有如下幾個顯著優(yōu)點:
[0041]I)通過壓電傳感器將金屬板材與至少兩個手指間的“接觸力”實時反饋給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)再根據(jù)反饋的“接觸力”信號對金屬板材的位置和姿態(tài)進(jìn)行實時調(diào)整，整個定位和調(diào)整過程為實時的閉環(huán)控制，數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r“感知”金屬板材與手指間的接觸情況，因此定位精度更高，而且不會產(chǎn)生機(jī)械干涉和碰撞。
[0042]2)由于至少兩個手指可以分別感知板材與擋指間的“接觸力”