機器人與視覺系統結合在多行業應用,讓生產更高效

文:中達電通股份有限公司 | 2019年第三期 (0) | (0)

機器人與視覺系統方案再天地蓋紙盒生產中的應用

天地蓋是非常常見的一種紙制品包裝盒,由于其開合方便,能夠滿足消費者的對于產品的認知和期望,同時方便在表面進行圖案和文字印刷和裝飾,有利于商品的宣傳和推銷、提高產品的附加值,所以常常被作為高檔禮盒使用,廣泛應用于各類精裝禮品包裝盒、鞋盒、內衣盒、襯衫盒、手機盒等各類包裝盒。

天地蓋紙盒也具有結構簡單、模式化的特點,很容易形成標準化,能夠使用半自動、全自動設備來取代人工,達到提高生產效率和降低人力成本雙重的目的。針對天地盒機械化、自動化生產需求,臺達提供了以SCARA機器人加視覺系統DMV,同時配置有多種控制系統的機器人天地蓋工作站解決方案,顯著提升了天地蓋自動化生產的效果。

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圖:機器視覺系統DMV2000系列

主要問題

傳統天地蓋紙盒在完成印刷及切角后,尚需依賴人工或者半人工輔助設備,進行一道釘機打釘的機械加工工序,即通過釘機打釘依次完成單角的貼合(四個角共需貼合四次),或者進行一道膠水粘貼工序。這種做法需使用大量人工,且生產效率較低,并增加了原料與生產成本。

采取紙盒成型機則能夠解決現有技術中生產效率低、成本高和產線占空間等問題。紙盒成型機采用可編程序控制器(PLC)、光電跟蹤系統、液壓氣動系統、人機界面等,一機實現自動送面紙、面紙上膠、紙板自動輸送、紙板成型貼四角、定位貼合、紙盒成型等作業,生產效率顯著提高。

但天地蓋紙盒的定位貼合裝置是通過光電定位的方式,這種方式結構簡單,調節方便,但是卻有極大的缺陷:速度和精度不可兼得。當生產速度提高,這種定位方式的精度則不能保證,尤其是當生產的產品是手機盒等對精度要求較高的3C產品包裝盒時,速度不快的問題就顯現出來。

生產工藝

天地蓋紙盒的主要原材料是面紙和灰紙,成型工藝就是通過機器,將面紙和灰盒進行高精度貼合,并做折疊成型的一個過程。其中,面紙紙張通過模切、覆膜等步驟,制成大小、形狀一致的半成品;灰紙亦通過模切、開槽、貼角等步驟,剪裁成大小形狀一致,和面紙進行貼合。

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具體工藝中,飛達送紙由變頻器或伺服驅動器控制;面紙過膠需要穩定的溫控器;皮帶送紙需要皮帶以定長輸送,將面紙送至相機下方;視覺定即觸發相機拍照確定面紙的位置信息并傳遞給機器人;手臂貼合是由機器人完成紙盒和面紙的貼合工作;抓手抓盒是經過壓盒動作后,成型機的抓手伺服把紙盒從皮帶上抓至成型機上;之后成型下壓軸會下壓,完成紙盒成型動作。

從工藝中可以看出,前期的飛達送紙、過膠,后期的抓盒、成型等步驟均是已經成熟的部分,但是關鍵點在于:如何做到組裝部分的高速高精。

應用方案

臺達提供的全自動天地蓋紙盒成型機解決方案,首先在盒紙貼合部分使用了SCARA工業機器人+視覺系統,以替代傳統的3光電機械定位法,達到高速高精度的貼合效果;客制化的操作軟體,保證更換產品時的操作人性化和高時效性。同時方案也使用了多軸運動控制器DVP50MC系列、伺服驅動器ASDA-A2-E系列等,同時采取EtherCAT總線型的配置,保證了整機的高速高效。

其中,SCARA工業機器人DRS40L系列作為執行機構,主要負責從固定位置抓取紙盒,然后根據面紙來料的不同,將紙盒放到面紙上;機器視覺系統DMV用于信息采集,負責對盒紙進行拍照和圖像處理,得到面紙當前的位置坐標和角度信息。

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為了保證整機的高效,方案的主控制器采用臺達最新推出的EtherCAT總線運動控制器DVP50MC11T;在驅控部分采用臺達伺服驅動器ASD-A2-E系列(亦支援EtherCAT總線控制),負責皮帶送料、抓手抓盒、成型下壓等動作;臺達VFD-EL系列變頻器則用于實現膠輥過膠、飛達送紙等動作;采用人機界面(HMI)DOP-100系列用于完成人機交互,同時作為上位機,通過RS485給溫控器下溫度命令及開關命令;采用臺達溫控器DTE系列測試膠水的溫度,保證產品成型質量;臺達工業圖控系統SCADA軟件可對整個產線進行監控,并將生產數據上傳MES系統。

臺達解決方案中還包括一套為天地蓋工作站的操作軟件,內含“一鍵標定”“視覺操作”“快速換線”“實時糾偏”等功能,方便客戶在于操作方面需付出的時間成本和學習維護成本。

臺達提供的全自動天地蓋紙盒成型機解決方案,關鍵產品、監控軟件全部采用臺達工業自動化產品,整合維護更加方便、容易。方案中用機器視覺+SCARA工業機器人的方案替代原來的光電機械定位法,從根本上提高了成型機的精度和產能。

該方案的優點還包括:多機一屏,定制操作軟件提供高效操作平臺;SCARA工業機器人重復定位精度高,產品質量穩定;臺達視覺系統,功能強大,速度快,精度高;“一鍵標定”、“一鍵換線”、“自動計算取料點”、“一鍵生成樣本”等特色功能極大的減少人工操作;豐富接口,后續可升級接入制造執行系統(MES)系統,建構理想中智能制造解決方案。

SCARA機器人與機器視覺系統打造完美螺絲分揀包裝解決方案

近年來消費者的消費習慣改變,對個人化家具的需求也逐漸提升。許多家具制造商開始經營定制家具的生產與服務,并通過家具系統模塊化的方式,提供消費者多樣化、客制化的需求。通過模塊化,制造商將家居產品拆分為單一零件,消費者或是設計師僅需依照圖紙說明即可組裝完畢。其中在組裝的過程中,家具商品需配套消費者正確且足夠的螺絲組,才能完成有效的安裝。通過機臺自動化,臺達提供模塊家具制造商螺絲分揀及包裝的整合解決方案,不只可省下大量時間與人力,螺絲包裝的程序也能更為精致,幫助企業實現技術升級等效益。

項目方案

螺絲包裝的工藝流程大致可分為:熱壓包裝移入、放料以及封裝三個程序。早期傳統人力螺絲放料及包裝費工費時,且容易產生零件放錯位置、或是單一料盒內料數不足的情況。這些情況容易導致不良品產出,造成客戶購買后無法成功組裝,降低日后購買組裝家具產品的意愿。

針對客戶螺絲檢測與包裝的需求,臺達采用4臺SCARA工業機器人DRS60L系列及控制系統,搭配4組機器視覺系統DMV2000系列與新一代專用鏡頭,建構“自動化取放料站”進行螺絲入料與包裝制程,實現快速換料與擴充物料種類,滿足產線自動分揀包裝的靈活性與多樣性。

實際作業流程上,輸送帶將空置的盛料盒輸送至各個機器人工作站,由各站的機器視覺DMV2000系列先進行“視覺辨識”,處理拍攝下的工料畫面,檢測信號通過RS-232通訊協議傳輸至機器人控制驅動一體機ASDA-MS系列中,再由SCARA工業機器人從取料區夾取對應的螺絲料件,放入盛料盒中完成分揀動作。配料完成后,盛料盒將送至熱壓包裝機進行封裝,完成螺絲檢測包裝程序。

同時,在整體產線的編程控制上,臺達采用高功能標準型控制器DVP-EH3系列作為主控制器,為產線的入料、輸送帶運行與收料作業進行編程控制。上位主機通過工業高速以太網通訊,可與產在線的DVP-EH3系列及各個機器人工作站的控制驅動一體機ASDA-MS系列進行實時數據傳輸。用戶可依照需求,利用上位主機調整編程指令,實時修改產在線各運動軸與SCARA工業機器人的動作,達到高速且靈活的控制效能。

項目總結

在實際配套使用后,臺達螺絲分揀包裝解決方案能夠有效為客戶帶來以下效益:

.實現“分揀-包裝”自動產線整合:通過SCARA工業機器人與機器視覺系統整合使用,該解決方案可在僅需要一條產線的情況下,即可同時進行多款螺絲工件的分揀與包裝制程,可節省大量廠房空間,同時提升產能。

.高兼容性通訊,協助固有機組升級:在產線各運動軸上,高功能標準型控制器DVP-EH3系列采用脈波定位控制,與客戶固有設備的通訊一致,不需更換機臺即可與控制組件相互交換數據,執行控制指令,達到機組輕松升級的目的。

.取代傳統人力,降低不良率與成本:SCARA工業機器人和機器視覺系統取代人力進行放料與料件檢測,提高螺絲包良率與整體產能,節省人力與降低售后服務成本。


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