專利名稱：自動排坯機控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明自動排坯機控制系統(tǒng)及其控制方法是專為干粉壓機配套的外圍設(shè)備控制系統(tǒng)，適用于粉末冶金、磁性材料等相關(guān)行業(yè)。
背景技術(shù)：
目前干粉壓機普遍采用人工排坯的方式，費時又費力，難以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，而且越來越多的坯件在抓取力度控制方面有了嚴格要求，采用人工抓取時會出現(xiàn)配件掉邊、掉角，影響坯件質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上不足之處提供一種自動排坯機控制系統(tǒng)及其控制方法，通過自動排坯機的機械手來實現(xiàn)坯件的抓取和擺放，抓取力度穩(wěn)定，不會出現(xiàn)坯件掉邊、掉角現(xiàn)象，從而保證坯件的合格率；通過自動排坯機控制系統(tǒng)能實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，提高生產(chǎn)率。
自動排坯機控制系統(tǒng)及其控制方法是通過以下方案實現(xiàn)的自動排坯機控制系統(tǒng)由機器人控制系統(tǒng)和自動傳送系統(tǒng)組成。
機器人控制系統(tǒng)包括機器人控制器、手持編程器、控制面板、機器人I/O輸入輸出接口。
機器人控制器包括伺服驅(qū)動器、主控電路。伺服驅(qū)動器可以采用臺達ASD-A系列ASD-A0421LA伺服驅(qū)動器等。主控電路采用DSP專用控制芯片。手持編程器即手持操作鍵盤可以輸入程序，對機器人進行調(diào)控，監(jiān)控機器人工作狀態(tài)。手持編程器可采用型號TPM-8000B等手持編程器。機器人I/O輸入輸出接口由系統(tǒng)I/O和用戶I/O組成，可采用RCO-MTIO-S等輸入輸出接口。
控制面板上設(shè)有程序選擇、自動、手動轉(zhuǎn)換、啟動、停止、模式選擇、緊停等操作按鍵，并裝有機器人運行、初始化、異常等指示燈。
自動傳送控制系統(tǒng)包括可編程控制器PLC、觸摸屏、接近開關(guān)(傳感器)、交流接觸器、空氣開關(guān)、編碼器、排坯傳動機構(gòu)。編碼器采用歐姆龍編碼器E6C2-CWZ。接近開關(guān)設(shè)置在排坯傳動機構(gòu)安裝架上，接近開關(guān)采用EZK-X4MEI。排坯傳動機構(gòu)包括傳動電機1號、傳動電機2號、傳動電機3號、傳送帶1號、傳送帶2號、傳送帶3號、排坯板、氣缸。
控制電路中，機器人控制器通過控制線與機器人I/O輸入輸出接口相連，進行雙向通訊，可編程控制器PLC通過控制線與機器人I/O輸入輸出接口相連，進行雙向通訊，編碼器和接近開關(guān)連接在可編程控制器PLC的輸入端，觸摸屏通過專用通訊線與可編程控制器PLC相連。
自動排坯機控制系統(tǒng)的控制方法如下(1)選擇自動檔，按自動排坯機控制面板上自動起動按鈕，此時排坯傳動機構(gòu)上的1號和2號傳動電機帶動排坯板運轉(zhuǎn)；(2)排坯板到達2號接近開關(guān)時，1號和2號傳動電機停止正傳，若此時還有排坯板在1號和2號傳送帶之間，1號傳動電機反轉(zhuǎn)至1號接近開關(guān)停止，氣缸上推；
(3)初始化機器人，選擇運行的程序，選擇自動運行，按起動按鈕，機器人會自動移動到干粉壓機出坯口附近等待；(4)此時干粉壓機應(yīng)在連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，等干粉壓機到指定角度范圍，機器人的爪子會進入壓制區(qū)取坯件，然后送到排坯板上，然后在移動到出坯口等待；(5)當坯件數(shù)等于一設(shè)定值n時，機器人將坯件送至電子天平稱重，然后移動到出坯口，n為可設(shè)定個數(shù)，n設(shè)定為2～10個；(6)送完n+1個坯件后，移動到電子天平，若產(chǎn)品合格，則送到排坯板；若不合格則送到次品區(qū)；若連續(xù)M次產(chǎn)品質(zhì)量在同一個方向偏差，系統(tǒng)會自動調(diào)整產(chǎn)品高度，達到閉環(huán)控制的效果，M為可設(shè)定次數(shù)，M設(shè)定5～10次；(7)當需抽樣檢查時，只要按自動取樣按鈕一個周期，機器人就會把坯件送到取樣口，只要到取樣口拿去樣品即可；(8)坯件排完后，壓機自動停止，2號和3號傳動電機一起反轉(zhuǎn)，在設(shè)定時間內(nèi)，氣缸下降；(9)當排坯板到達3號接近開關(guān)時，2號和3號傳動電機停止運轉(zhuǎn)，當1號和2號傳動電機再重新開始運轉(zhuǎn)，自動進入下一輪生產(chǎn)。
自動排坯機控制系統(tǒng)及其控制方法，能自動控制自動排坯機的機械手來實現(xiàn)自動排坯，抓取力度穩(wěn)定，不會出現(xiàn)坯件掉邊、掉角現(xiàn)象，從而保證坯件的合格率。本發(fā)明主要針對手工排坯存在的各種缺陷而研制，它不但可以完全取代手工排坯，而且能實現(xiàn)高要求產(chǎn)品的抓取和擺放，為干粉壓機配套的外圍設(shè)備控制系統(tǒng)，通過自動排坯機控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，提高生產(chǎn)率。


以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是自動排坯機示意圖。
圖2是自動排坯機控制系統(tǒng)示意圖。
圖3自動排坯機控制系統(tǒng)的控制面板示1意圖。
圖4是自動排坯機控制系統(tǒng)的控制面板示2意圖。
圖5是自動排坯機控制系統(tǒng)的傳送機構(gòu)示意圖。
圖6是自動排坯機控制系統(tǒng)的控制流程示意圖。
具體實方式參照附圖1-6，自動排坯機控制系統(tǒng)由機器人控制系統(tǒng)和自動傳送系統(tǒng)組成；機器人控制系統(tǒng)包括機器人控制器、手持編程器、控制面板、機器人I/O輸入輸出接口，機器人控制器包括伺服驅(qū)動器和主控電路板，伺服驅(qū)動器可以采用臺達ASD-A系列ASD-A0421LA伺服驅(qū)動器等。主控電路采用DSP專用控制芯片。手持編程器為手持操作鍵盤，可以輸入程序，對機器人(1)進行調(diào)控，監(jiān)控機器人(1)工作狀態(tài)，手持編程器可采用型號TPM-8000B等手持編程器。機器人I/O輸入輸出接口由系統(tǒng)I/O和用戶I/O組成，可采用RCO-MTIO-S等輸入輸出接口。自動傳送控制系統(tǒng)包括可編程控制器PLC、觸摸屏、接近開關(guān)、交流接觸器、空氣開關(guān)、編碼器、排坯傳動機構(gòu)(2)，排坯傳動機構(gòu)(2)包括傳動電機1號(2-4)、傳動電機2號(2-6)、傳動電機3號(2-10)、傳送帶1號(2-2)、傳送帶2號(2-9)、傳送帶3號(2-11)、排坯板(2-1)、(2-12)、氣缸(2-5)，傳動電機1號、2號、3號分別傳動傳送帶1號、2號、3號，排坯板(承燒板)放置在傳送帶上，氣缸(2-5)推動2號傳送帶升降。
控制電路中，機器人控制器通過控制線與機器人I/O輸入輸出接口相連，進行雙向通訊，可編程控制器PLC通過控制線與機器人I/O輸入輸出接口相連，進行雙向通訊，編碼器和接近開關(guān)連接在可編程控制器PLC的輸入端，觸摸屏通過專用通訊線與可編程控制器PLC相連。
自動排坯機包括多關(guān)節(jié)式機器人(其示意圖如附圖1)、自動排坯機控制系統(tǒng)，機器人能實現(xiàn)四軸連動，定位精度達0.02mm，主要執(zhí)行坯件的抓取和擺放；排坯傳動機構(gòu)由可編程控制器采用西門子S7-200PLC(CPU型號為226XM)控制，觸摸屏采用西門子TP170A觸摸屏作為操作單元，主要用來控制排坯板的傳送和定位，以及和機器人控制系統(tǒng)和壓機控制系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)信號處理。
機器人控制器根據(jù)程序控制附圖1機器人(1)手臂動作，包括移動、抓取、釋放等，其中所有控制過程都要通過機器人I/O來實現(xiàn)。機器人I/O由系統(tǒng)I/O和用戶I/O組成，系統(tǒng)I/O包括機器人的初始化、程序選擇、啟動、停止、復(fù)位、報警等輸入輸出信號；用戶I/O主要是用來實現(xiàn)用戶對機器人(1)的控制，如在機器人(1)前端安裝爪子，可通過程序?qū)崿F(xiàn)機器人的抓取和釋放，機器人(1)和其他系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)也可通過此I/O實現(xiàn)(本系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)信號就是這樣實現(xiàn)的)。
可編程控制器PLC和觸摸屏主要用來控制排坯傳動機構(gòu)和聯(lián)絡(luò)信號的處理，實現(xiàn)排坯板(碼盤)的傳送和定位，實現(xiàn)對機器人(1)聯(lián)絡(luò)信號的處理，以及對干粉壓機信號的處理。附圖2中的編碼器是用來反映干粉壓機主軸位置的元件，它將干粉壓機的位置信號變成脈沖信號給PLC處理，然后通過觸摸屏顯示出來，從而可直觀的看到干粉壓機的位置行程。此系統(tǒng)是通過干粉壓機主軸角度設(shè)定在一定范圍來聯(lián)絡(luò)機器人取坯，是用I/O通信方式實現(xiàn)的。附圖2、5中三個接近開關(guān)是用來控制排坯板(碼盤)定位以及電機的自動啟動。三個接近開關(guān)分別為1號接近開關(guān)(2-3)、2號接近開關(guān)(2-7)、3號接近開關(guān)(2-12)。觸摸屏是整個系統(tǒng)的操作單元(另外還有信號燈和按鈕開關(guān))，操作頁面如下附圖1中主軸角度反映了干粉壓機主軸的實時位置，手動和自動是用來控制傳送裝置的，分兩種控制方式，自動啟動只有在方式為自動時才起作用。氣缸的上升和下降是用來控制傳送帶2號的位置的，圖中是通過手動方式控制傳送帶的升降的，當在自動模式下，排坯板(碼盤)到位時，氣缸會自動上升，之后機器人才能動作。
附圖4主要用來在手動方式下控制各傳送電機動作的，所有按鈕都是點動信號，可控制電機的正反轉(zhuǎn)。在自動模式下，啟動和停止信號由接近開關(guān)(如附圖2)和機器人聯(lián)絡(luò)信號給出。排坯傳動機構(gòu)(2)如附圖5三個傳送帶分別由傳動電機1號、2號、3號帶動，其中傳送帶2號由汽缸驅(qū)動上推和下降，各接近開關(guān)都安裝在傳送帶旁。
機器人排坯板(碼盤)用到專門碼放程序，可設(shè)定各種碼放方式，碼放的位置是由現(xiàn)場捕捉的4個點確定的，需要在排坯板(碼盤)上碼多少坯件可通過參數(shù)設(shè)定，同時還有排坯板(碼盤)結(jié)束的信號也可按要求選擇，一個程序中可設(shè)定多個碼放程序。
為了便于檢查產(chǎn)品的樣本而影響人身安全，此系統(tǒng)還設(shè)置了自動取樣功能，用戶如要取樣，只要輕松按一個自動取樣按鈕，保持一個壓制周期，便可從取樣口拿到樣品，方便對坯件的檢驗，同時起到一定的安全防護措施。另外該系統(tǒng)為了防止機器人(1)出現(xiàn)異常和干粉壓機相沖突，采用了一種軟保護方式，在機器人(1)抓取坯件角度設(shè)定范圍以外，若機器人(1)進入壓制區(qū)域則壓機急停。從而起到保護機器人(1)和干粉壓機的作用。
具體控制方法流程如附圖6所示在自動控制方式下1.選擇自動檔，按按自動排坯機控制面板上自動起動按鈕，此時1號和2號傳動電機帶動排坯板運轉(zhuǎn)；2.當排坯板到達2號接近開關(guān)時，1號和2號傳動電機停止正傳，若此時還有板在1號和2號傳送帶之間，1號傳動電機反轉(zhuǎn)至1號接近開關(guān)停止，氣缸上推；3.初始化機器人，選擇運行的程序，選擇自動運行，按起動按鈕，機器人會自動移動到干粉壓機出坯口附近等待；4.此時干粉壓機應(yīng)在連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，等干粉壓機到指定角度范圍，機器人的爪子會進入壓制區(qū)取坯件，然后送到排坯板上，然后在移動到出坯口等待；5.當坯件數(shù)等于一設(shè)定值n時，機器人將坯件送至電子天平稱重，然后移動到出坯口，n為可設(shè)定個數(shù)，n設(shè)定為2～10個，n優(yōu)選為2、5、10個；6.待送完n+1個坯件后，移動到電子天平，若產(chǎn)品合格，則送到排坯板；若不合格則送到次品區(qū)，若連續(xù)M次產(chǎn)品質(zhì)量在同一個方向偏差，系統(tǒng)會自動調(diào)整產(chǎn)品高度，達到閉環(huán)控制的效果，M為可設(shè)定次數(shù)，M設(shè)定5～10次，M優(yōu)選為5、8、10次；7.當需抽樣檢查時，只要按自動取樣按鈕一個周期，機器人就會把坯件送到取樣口，只要到取樣口拿去樣品即可；8.坯件排完后，干粉壓機自動停止，2號和3號傳動電機一起反轉(zhuǎn)，在設(shè)定時間內(nèi)，氣缸下降。
9.當排坯板到達3號接近開關(guān)時，2號和3號傳動電機停止運轉(zhuǎn)，當1號和2號傳動電機重新開始運轉(zhuǎn)，自動進入下一輪生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種自動排坯機控制系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)由機器人控制系統(tǒng)和自動傳送系統(tǒng)組成；機器人控制系統(tǒng)包括機器人控制器、手持編程器、控制面板、機器人I/O輸入輸出接口，機器人控制器包括伺服驅(qū)動器、主控電路，機器人手持編程器為手持操作鍵盤，可以輸入程序，對機器人進行調(diào)控，監(jiān)控機器人工作狀態(tài)，機器人I/O輸入輸出接口由系統(tǒng)I/O和用戶I/O組成；自動傳送控制系統(tǒng)包括可編程控制器、觸摸屏、接近開關(guān)、交流接觸器、空氣開關(guān)、編碼器、排坯傳動機構(gòu)；排坯傳動機構(gòu)包括傳動電機1號、傳動電機2號、傳動電機3號、傳送帶1號、傳送帶2號、傳送帶3號、排坯板、氣缸；控制電路中，機器人控制器通過控制線與機器人I/O輸入輸出接口相連，進行雙向通訊，可編程控制器通過控制線與機器人I/O輸入輸出接口相連，進行雙向通訊，編碼器、接近開關(guān)連接在可編程控制器的輸入端，觸摸屏通過專用通訊線與可編程控制器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動排坯機控制系統(tǒng)，其特征在于控制面板上設(shè)有程序選擇、自動、手動轉(zhuǎn)換、啟動、停止、模式選擇、緊停操作按鍵，并裝有機器人運行、初始化、異常指示燈。
3.權(quán)利要求1所述的自動排坯機控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于控制方法如下(1)選擇自動檔，按自動排坯機控制面板上自動起動按鈕，此時排坯傳動機構(gòu)上的1號和2號傳動電機帶動排坯板運轉(zhuǎn)；(2)排坯板到達2號接近開關(guān)時，1號和2號傳動電機停止正傳，若此時還有排坯板在1號和2號傳送帶之間，1號傳動電機反轉(zhuǎn)至1號接近開關(guān)停止，氣缸上推；(3)初始化機器人，選擇運行的程序，選擇自動運行，機器人會自動移動到干粉壓機出坯口附近等待；(4)此時干粉壓機應(yīng)在連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，等干粉壓機到指定角度范圍，機器人的爪子會進入壓制區(qū)取坯件，然后送到排坯板上，然后在移動到出坯口等待；(5)當坯件數(shù)等于一設(shè)定值n時，機器人將坯件送至電子天平稱重，然后移動到出坯口，n為可設(shè)定個數(shù)，n設(shè)定為2～10個；(6)送完n+1個坯件后，移動到電子天平，若產(chǎn)品合格，則送到排坯板；若不合格則送到次品區(qū)；若連續(xù)M次產(chǎn)品質(zhì)量在同一個方向偏差，系統(tǒng)會自動調(diào)整產(chǎn)品高度，達到閉環(huán)控制的效果，M為可設(shè)定次數(shù)，M設(shè)定5～10次；(7)當需抽樣檢查時，只要按自動取樣按鈕一個周期，機器人就會把坯件送到取樣口，只要到取樣口拿去樣品即可；(8)坯件排完后，干粉壓機自動停止，2號和3號傳動電機一起反轉(zhuǎn)，在設(shè)定時間內(nèi)，氣缸下降；(9)排坯板到達3號接近開關(guān)時，2號和3號傳動電機停止運轉(zhuǎn)，當1號和2號傳動電機再重新開始運轉(zhuǎn)，自動進入下一輪生產(chǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動排坯機控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于系統(tǒng)還設(shè)置了自動取樣功能，用戶如要取樣，只要輕松按一個自動取樣按鈕，便可從取樣口拿到樣品，方便對坯件的檢驗，同時起到安全防護措施。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動排坯機控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于該系統(tǒng)為了防止機器人出現(xiàn)異常和干粉壓機相沖突，采用了一種軟保護方式，在機器人抓取坯件角度設(shè)定范圍以外，若機器人在壓制區(qū)域則干粉壓機急停，從而起到保護機器人和干粉壓機的作用。
全文摘要
本發(fā)明自動排坯機控制系統(tǒng)及其控制方法是專為干粉壓機配套的外圍設(shè)備控制系統(tǒng)，適用于粉末冶金、磁性材料等相關(guān)行業(yè)。控制系統(tǒng)由機器人控制系統(tǒng)和自動傳送系統(tǒng)組成；機器人控制系統(tǒng)包括機器人控制器、手持編程器、控制面板、機器人I/O輸入輸出接口，機器人控制器包括伺服驅(qū)動器、主控電路，機器人手持編程器為手持操作鍵盤，可以輸入程序，對機器人進行調(diào)控，監(jiān)控機器人工作狀態(tài)，機器人I/O輸入輸出接口由系統(tǒng)I/O和用戶I/O組成。自動排坯機控制系統(tǒng)主要用來控制排坯板的傳送和定位，以及和機器人控制系統(tǒng)和干粉壓機控制系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)信號處理。
文檔編號G05B19/05GK1788993SQ20051012315
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者朱國富, 許云燦 申請人:南京東部精密機械有限公司