机器人与视觉系统结合在多行业应用,让生产更高效

文:中达电通股份有限公司 | 2019年第三期 (0) | (0)

机器人与视觉系统方案再天地盖纸盒生产中的应用

天地盖是非常常见的一种纸制品包装盒,由于其开合方便,能够满足消费者的对于产品的认知和期望,同时方便在表面进行图案和文字印刷和装饰,有利于商品的宣传和推销、提高产品的附加值,所以常常被作为高档礼盒使用,广泛应用于各类精装礼品包装盒、鞋盒、内衣盒、衬衫盒、手机盒等各类包装盒。

天地盖纸盒也具有结构简单、模式化的特点,很容易形成标准化,能够使用半自动、全自动设备来取代人工,达到提高生产效率和降低人力成本双重的目的。针对天地盒机械化、自动化生产需求,台达提供了以SCARA机器人加视觉系统DMV,同时配置有多种控制系统的机器人天地盖工作站解决方案,显着提升了天地盖自动化生产的效果。

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图:机器视觉系统DMV2000系列

主要问题

传统天地盖纸盒在完成印刷及切角后,尚需依赖人工或者半人工辅助设备,进行一道钉机打钉的机械加工工序,即通过钉机打钉依次完成单角的贴合(四个角共需贴合四次),或者进行一道胶水粘贴工序。这种做法需使用大量人工,且生产效率较低,并增加了原料与生产成本。

采取纸盒成型机则能够解决现有技术中生产效率低、成本高和产线占空间等问题。纸盒成型机采用可编程序控制器(PLC)、光电跟踪系统、液压气动系统、人机界面等,一机实现自动送面纸、面纸上胶、纸板自动输送、纸板成型贴四角、定位贴合、纸盒成型等作业,生产效率显着提高。

但天地盖纸盒的定位贴合装置是通过光电定位的方式,这种方式结构简单,调节方便,但是却有极大的缺陷:速度和精度不可兼得。当生产速度提高,这种定位方式的精度则不能保证,尤其是当生产的产品是手机盒等对精度要求较高的3C产品包装盒时,速度不快的问题就显现出来。

生产工艺

天地盖纸盒的主要原材料是面纸和灰纸,成型工艺就是通过机器,将面纸和灰盒进行高精度贴合,并做折叠成型的一个过程。其中,面纸纸张通过模切、覆膜等步骤,制成大小、形状一致的半成品;灰纸亦通过模切、开槽、贴角等步骤,剪裁成大小形状一致,和面纸进行贴合。

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具体工艺中,飞达送纸由变频器或伺服驱动器控制;面纸过胶需要稳定的温控器;皮带送纸需要皮带以定长输送,将面纸送至相机下方;视觉定即触发相机拍照确定面纸的位置信息并传递给机器人;手臂贴合是由机器人完成纸盒和面纸的贴合工作;抓手抓盒是经过压盒动作后,成型机的抓手伺服把纸盒从皮带上抓至成型机上;之后成型下压轴会下压,完成纸盒成型动作。

从工艺中可以看出,前期的飞达送纸、过胶,后期的抓盒、成型等步骤均是已经成熟的部分,但是关键点在于:如何做到组装部分的高速高精。

应用方案

台达提供的全自动天地盖纸盒成型机解决方案,首先在盒纸贴合部分使用了SCARA工业机器人+视觉系统,以替代传统的3光电机械定位法,达到高速高精度的贴合效果;客制化的操作软体,保证更换产品时的操作人性化和高时效性。同时方案也使用了多轴运动控制器DVP50MC系列、伺服驱动器ASDA-A2-E系列等,同时采取EtherCAT总线型的配置,保证了整机的高速高效。

其中,SCARA工业机器人DRS40L系列作为执行机构,主要负责从固定位置抓取纸盒,然后根据面纸来料的不同,将纸盒放到面纸上;机器视觉系统DMV用于信息采集,负责对盒纸进行拍照和图像处理,得到面纸当前的位置坐标和角度信息。

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为了保证整机的高效,方案的主控制器采用台达最新推出的EtherCAT总线运动控制器DVP50MC11T;在驱控部分采用台达伺服驱动器ASD-A2-E系列(亦支援EtherCAT总线控制),负责皮带送料、抓手抓盒、成型下压等动作;台达VFD-EL系列变频器则用于实现胶辊过胶、飞达送纸等动作;采用人机界面(HMI)DOP-100系列用于完成人机交互,同时作为上位机,通过RS485给温控器下温度命令及开关命令;采用台达温控器DTE系列测试胶水的温度,保证产品成型质量;台达工业图控系统SCADA软件可对整个产线进行监控,并将生产数据上传MES系统。

台达解决方案中还包括一套为天地盖工作站的操作软件,内含“一键标定”“视觉操作”“快速换线”“实时纠偏”等功能,方便客户在于操作方面需付出的时间成本和学习维护成本。

台达提供的全自动天地盖纸盒成型机解决方案,关键产品、监控软件全部采用台达工业自动化产品,整合维护更加方便、容易。方案中用机器视觉+SCARA工业机器人的方案替代原来的光电机械定位法,从根本上提高了成型机的精度和产能。

该方案的优点还包括:多机一屏,定制操作软件提供高效操作平台;SCARA工业机器人重复定位精度高,产品质量稳定;台达视觉系统,功能强大,速度快,精度高;“一键标定”、“一键换线”、“自动计算取料点”、“一键生成样本”等特色功能极大的减少人工操作;丰富接口,后续可升级接入制造执行系统(MES)系统,建构理想中智能制造解决方案。

SCARA机器人与机器视觉系统打造完美螺丝分拣包装解决方案

近年来消费者的消费习惯改变,对个人化家具的需求也逐渐提升。许多家具制造商开始经营定制家具的生产与服务,并通过家具系统模块化的方式,提供消费者多样化、客制化的需求。通过模块化,制造商将家居产品拆分为单一零件,消费者或是设计师仅需依照图纸说明即可组装完毕。其中在组装的过程中,家具商品需配套消费者正确且足够的螺丝组,才能完成有效的安装。通过机台自动化,台达提供模块家具制造商螺丝分拣及包装的整合解决方案,不只可省下大量时间与人力,螺丝包装的程序也能更为精致,帮助企业实现技术升级等效益。

项目方案

螺丝包装的工艺流程大致可分为:热压包装移入、放料以及封装三个程序。早期传统人力螺丝放料及包装费工费时,且容易产生零件放错位置、或是单一料盒内料数不足的情况。这些情况容易导致不良品产出,造成客户购买后无法成功组装,降低日后购买组装家具产品的意愿。

针对客户螺丝检测与包装的需求,台达采用4台SCARA工业机器人DRS60L系列及控制系统,搭配4组机器视觉系统DMV2000系列与新一代专用镜头,建构“自动化取放料站”进行螺丝入料与包装制程,实现快速换料与扩充物料种类,满足产线自动分拣包装的灵活性与多样性。

实际作业流程上,输送带将空置的盛料盒输送至各个机器人工作站,由各站的机器视觉DMV2000系列先进行“视觉辨识”,处理拍摄下的工料画面,检测信号通过RS-232通讯协议传输至机器人控制驱动一体机ASDA-MS系列中,再由SCARA工业机器人从取料区夹取对应的螺丝料件,放入盛料盒中完成分拣动作。配料完成后,盛料盒将送至热压包装机进行封装,完成螺丝检测包装程序。

同时,在整体产线的编程控制上,台达采用高功能标准型控制器DVP-EH3系列作为主控制器,为产线的入料、输送带运行与收料作业进行编程控制。上位主机通过工业高速以太网通讯,可与产在线的DVP-EH3系列及各个机器人工作站的控制驱动一体机ASDA-MS系列进行实时数据传输。用户可依照需求,利用上位主机调整编程指令,实时修改产在线各运动轴与SCARA工业机器人的动作,达到高速且灵活的控制效能。

项目总结

在实际配套使用后,台达螺丝分拣包装解决方案能够有效为客户带来以下效益:

.实现“分拣-包装”自动产线整合:通过SCARA工业机器人与机器视觉系统整合使用,该解决方案可在仅需要一条产线的情况下,即可同时进行多款螺丝工件的分拣与包装制程,可节省大量厂房空间,同时提升产能。

.高兼容性通讯,协助固有机组升级:在产线各运动轴上,高功能标准型控制器DVP-EH3系列采用脉波定位控制,与客户固有设备的通讯一致,不需更换机台即可与控制组件相互交换数据,执行控制指令,达到机组轻松升级的目的。

.取代传统人力,降低不良率与成本:SCARA工业机器人和机器视觉系统取代人力进行放料与料件检测,提高螺丝包良率与整体产能,节省人力与降低售后服务成本。


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