自動噴碼分揀機虛擬樣機設計

　　摘 要：擬開發(fā)一款用于液晶面板生產車間的實現產品噴碼、校驗碼、產品按等級分揀的自動化裝置。由于自動噴碼分揀機的研制屬于非標準機械設計，無類似設計和經驗可以參考，難免引起一些無法預知的問題，而利用SolidWorks軟件構建三維模型，并且完成該裝置的虛擬樣機設計，可以為后續(xù)物理樣機的制作提供理論依據和經驗參考。
　　關鍵詞：自動噴碼；物料分揀；虛擬樣機；SolidWorks
　　1 引言
　　隨著液晶面板在電視、手機、筆記本電腦、顯示器以及手持終端設備等領域的廣泛應用，近年來發(fā)展迅猛，已受到人們的廣泛關注。目前在液晶面板生產過程中，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，從而導致生產周期長、人力和生產成本高等問題。為了進一步提升企業(yè)的智能制造水平，本文采用SolidWorks軟件設計了一款專門用于液晶面板生產車間的，能夠實現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軟件構建零件的三維模型，并組裝成虛擬樣機，可以清晰地表達零部件的裝配關系，給人以直觀的認識，為后續(xù)物理樣機的制作提供理論依據。
　　2 總體結構設計和工作原理
　　2.1 總體結構
　　根據液晶面板的生產工藝要求，經過多次的理論分析、方案論證和實驗驗證，最終確立自動噴碼分揀機的總體設計方案，整體結構如圖1所示。
　　該裝置主要由機架、產品傳輸與分揀系統(tǒng)、托盤循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。整體結構采用對稱式布置，兩組托盤的進料口和成品出料口分別布置在兩側，可實現產品按A級和B級出貨，避免不同等級的產品混淆，節(jié)省空間和制造成本，便于人員操作、維護和維修。
　　1-機架；2-產品傳輸與分揀系統(tǒng)；3-托盤循環(huán)系統(tǒng)；4-托盤進料口；5-成品出料口；6-不合格品取料口
　　2.1.1 產品傳輸與分揀系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)主要由上料機器人、多組高精度工業(yè)相機、上料皮帶線、來料翻轉機構、產品噴碼皮帶線、讀碼器、噴碼器、下料翻轉機構、下料機器人、下料皮帶線和不合格品皮帶線等組件構成，用于實現產品檢測、搬運、物料號碼識別、產品正反面切換、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)結構如圖2所示。
　　由于產品的生產節(jié)拍要求為3.5s，產品的來料始終是反面朝上，但是位置不固定，而且產品外框與托盤型腔外框的間隙僅為±0.3mm，本文設計采用四軸機器人和工業(yè)相機搭建一套物料搬運系統(tǒng)，工業(yè)相機用于拍攝來料產品的圖像，控制系統(tǒng)對圖像的位置數據進行分析和處理，轉換成為運動控制系統(tǒng)的坐標信息，再將這些坐標信息傳輸到機器人的控制器中，控制機器人實現產品的自動抓取、搬運和分揀裝盤，使該裝置具有更高的生產柔性。
　　1-1#工業(yè)相機；2-上料皮帶線；3-上料機器人；4-來料翻轉機構；5-產品噴碼皮帶線；6-讀碼器；7-3#工業(yè)相機；8-下料翻轉機構；9-下料皮帶線；10-不合格品皮帶線；11-產品下料位置；12-下料機器人；13-噴碼器；14-2#工業(yè)相機
　　2.1.2 托盤循環(huán)系統(tǒng)
　　該系統(tǒng)主要由空托盤進料機構、托盤阻擋機構、空托盤進料皮帶線、托盤歸正機構、托盤升降機構、單托盤移載機構、單托盤運輸皮帶線、單托盤歸正機構、滿托盤退料皮帶線和滿托盤退料機構等組成，用于實現空托盤上料、升降、單托盤分離、單托盤運輸定位、滿托盤疊放、滿托盤下料的循環(huán)周轉功能，為下料機器人擺放產品供給空托盤，系統(tǒng)結構如圖3所示。
　　1-空托盤進料機構；2-托盤阻擋機構；3-空托盤進料皮帶線；4-托盤歸正機構；5-托盤升降機構；6-單托盤移載機構；7-單托盤運輸皮帶線；8-單托盤歸正機構；9-滿托盤退料皮帶線；10-滿托盤退料機構；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
　　本文設計的自動噴碼分揀機的工作原理為：作業(yè)員確定當日生產的產品規(guī)格后，在操作界面內錄入產品信息，并將整摞的空托盤置于進料口，托盤將自動進入裝置內，托盤循環(huán)系統(tǒng)將自動完成托盤的整摞運輸、定位、提升、分單盤、單盤定位、單盤運輸、產品擺盤和滿盤碼放等工作。
　　該裝置的產品抓取、搬運和分揀的運行模式分為如下兩種情況：
　　第一種情況：來料產品的物料號碼朝上，當來料傳感器檢測到上游設備傳輸來的產品時，1#工業(yè)相機啟動拍攝產品的位置，并識別產品的物料號碼上傳到控制系統(tǒng)，下載條碼信息給噴碼機，同時由上料機器人抓取產品放在上料翻轉機構上，經過翻轉、噴碼、讀碼校驗、噴碼品相校驗等工序后，將產品傳輸至下料機器人下方的產品下料位置。此時，如果產品是反面朝上出貨，下料翻轉機構啟動從下料皮帶線上抓取產品，完成翻轉動作后，下料機器人從下料翻轉機構上抓取產品，然后按A級和B級分別擺放至兩側下料托盤；如果產品是正面朝上出貨，下料機器人直接從下料皮帶線上抓取產品，按A級和B級分別擺放至兩側下料托盤，最后將滿托盤碼放完成后出貨；不合格品由下料機器人直接抓取到不合格品皮帶線上。
　　第二種情況：來料產品的物料號碼朝下，當來料傳感器檢測到上游設備傳輸來的產品時， 1#工業(yè)相機啟動拍攝產品的位置，再由上料機器人抓取產品放在上料翻轉機構，完成翻轉動作后將產品放在噴碼皮帶線上，然后2#工業(yè)相機啟動拍攝并識別產品的物料號碼上傳到控制系統(tǒng)，下載條碼信息給噴碼機，產品經過噴碼、讀碼校驗、噴碼品相校驗等工序后，將產品傳輸至下料機器人下方的產品下料位置。后續(xù)下料機器人抓取產品的運行模式與第一種情況相同，此處不再贅述。
　　2.3 主要技術參數
　　本文設計的全自動噴碼分揀機的主要技術參數見表1。
　　3 虛擬樣機的設計過程
　　3.1 設計方法
　　SolidWorks軟件的參數化設計是以約束造型為核心，以尺寸驅動為特征，允許設計者先進行二維草圖設計，勾畫出零件的特征輪廓，然后輸入約束和尺寸數值來完成最終的設計，并能夠方便、快捷地創(chuàng)建幾乎任何復雜形狀的實體模型，可以滿足絕大部分的工程設計的需要；SolidWorks有統(tǒng)一的內部數據庫，所有數據都相互關聯，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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