李桂健

中國石化潤滑油有限公司茂名分公司

潤滑油產(chǎn)品灌裝的上桶工序主要是為灌裝機(jī)源源不斷提供質(zhì)量合格的空桶，上桶工序可采用人工或自動上桶機(jī)完成，但隨著潤滑油生產(chǎn)需求的不斷擴(kuò)大，這2種方式已逐漸不能滿足生產(chǎn)需要，以潤滑油4 L灌裝線為例：

◇人工上桶。在灌裝速度超過一定值時，至少需要2個以上操作工才能滿足上桶要求；且無法對每一個桶面標(biāo)簽內(nèi)容的正確性都逐一進(jìn)行檢查。

◇自動上桶機(jī)。雖然能實現(xiàn)4 L桶的自動上桶，但在需要進(jìn)行不同規(guī)格產(chǎn)品切換時，同一臺上桶機(jī)不一定能滿足不同規(guī)格產(chǎn)品的自動上桶，或需要進(jìn)行人工調(diào)整才能實現(xiàn)切換，浪費有效的作業(yè)時間；且也不能對桶面標(biāo)簽內(nèi)容的正確性進(jìn)行自動識別和剔除。

工業(yè)視覺和并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)目前正不斷發(fā)展、成熟和普及。本文應(yīng)用工業(yè)視覺識別系統(tǒng)對輸送帶上平躺的、無規(guī)則的4 L桶進(jìn)行位置、方向和正反面的識別，然后再利用并聯(lián)機(jī)器人對桶進(jìn)行抓取和定位，不但能實現(xiàn)4 L桶的自動上桶，也能實現(xiàn)不同規(guī)格的4L桶間的一鍵切換；同時，通過視覺識別剔除裝置還能對每一個桶的桶面標(biāo)簽內(nèi)容進(jìn)行檢查，對桶面標(biāo)簽存在缺損或內(nèi)容出現(xiàn)錯誤的進(jìn)行自動剔除，提高設(shè)備的防錯能力。

系統(tǒng)組成

機(jī)器人自動上桶機(jī)主要由7部分組成，見圖1。

空桶上料倉

圖1 機(jī)器人自動上桶機(jī)組成

用于存儲空桶，人工把一袋袋的空桶倒到上料倉，上料倉根據(jù)自動上桶機(jī)的需求通過安裝于底部的輸送帶自動往空桶輸送帶送桶。

空桶輸送帶

空桶輸送帶將錯亂堆積在料斗里的空桶經(jīng)過多段加速輸送帶的加速作用，把空桶整理為只有一層平鋪的沒有上下重疊的狀態(tài)進(jìn)入到視覺識別區(qū)。

視覺識別區(qū)

在視覺識別區(qū)安裝有視覺識別器，用于對空桶輸送帶輸送過來的空桶桶面標(biāo)簽的特定內(nèi)容進(jìn)行拍照識別，并將識別出的信息發(fā)送至機(jī)器人控制系統(tǒng)。

機(jī)器人理桶主機(jī)

與視覺識別區(qū)共用一條用于空桶輸送的伺服輸送帶。機(jī)器人理桶主機(jī)根據(jù)視覺識別器發(fā)送過來的位置信息將空桶按照設(shè)定的程序正確抓取，并按規(guī)定方向放置于成品輸送帶合適工位，保證空桶桶口朝向一致，再由成品輸送系統(tǒng)輸送至灌裝機(jī)入口。

回收機(jī)構(gòu)

回收機(jī)構(gòu)可以把機(jī)器人漏抓、不抓或者剔除掉的空桶回收到回收箱中，循環(huán)利用，避免空桶的浪費，提高生產(chǎn)效率。

反混桶識別剔除裝置

反混桶識別剔除裝置由一個檢測光電傳感器、一個工業(yè)視覺識別器以及相應(yīng)的剔除部件組成。用于對成品輸送帶上空桶的桶面標(biāo)簽內(nèi)容進(jìn)行照相識別，在出現(xiàn)與設(shè)定內(nèi)容不一致時對桶進(jìn)行剔除，比如桶的方向放反了或正常生產(chǎn)的品種混進(jìn)了其他品種的桶等，進(jìn)一步提高設(shè)備的防錯能力。

成品輸送帶

由并排運(yùn)行的2段輸送帶組成，一段用于放置正面朝上的空桶，另外一段用于放置反面朝上的空桶。每段輸送帶上根據(jù)空桶的尺寸設(shè)置有一個個獨立的用于放置空桶的工位，輸送帶由伺服電機(jī)驅(qū)動，每個工位都有自己的位置信息，2段輸送帶在機(jī)器人理桶主機(jī)出口經(jīng)過合流后再向灌裝機(jī)入口輸送整理后的空桶。

工作原理

視覺識別

經(jīng)過空桶輸送帶整理為只有一層平鋪的沒有上下重疊的空桶進(jìn)入視覺識別區(qū)后，視覺識別器按固定頻率對伺服輸送帶上的空桶進(jìn)行拍照識別，視覺控制器通過對桶面標(biāo)簽的某些特征區(qū)域作為識別對象，識別出該桶的位置、方向和正反面信息（位置X，位置Y，角度，正面or反面），并將這些位置信息發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)。

機(jī)器人理桶主機(jī)

機(jī)器人理桶主機(jī)由并聯(lián)機(jī)器人、空桶輸送帶以及成品輸送帶組成，其中空桶輸送帶、成品輸送帶均由伺服電機(jī)驅(qū)動，成品輸送帶有2條，分布于空桶輸送帶兩側(cè)，一條用于放置正面朝上的空桶，另一條用于放置反面朝上的空桶，2條成品輸送帶上整理好的空桶經(jīng)過合流后再輸送至灌裝機(jī)。

在機(jī)器人控制程序內(nèi)將空桶輸送帶劃分出一個抓取區(qū)，經(jīng)過視覺識別區(qū)的空桶進(jìn)入到抓取區(qū)后，機(jī)器人即根據(jù)視覺識別器發(fā)送過來的位置信息開始對空桶進(jìn)行抓取、垂直提升、位置調(diào)整，然后利用輸送帶追蹤算法將空桶按設(shè)定位置和方向放置于成品輸送帶上空閑的工位，從而完成整個理桶過程。對于那些已經(jīng)越過抓取區(qū)而還沒有被機(jī)器人抓取的桶，就認(rèn)為是沒有被識別出來的或者是機(jī)器人漏抓的空桶，從而進(jìn)入到回收機(jī)構(gòu)。

反混桶識別

反混桶識別由于是近距離對桶面標(biāo)簽進(jìn)行拍照識別，所以選用的視覺識別器的像素不用很高，一般大于或等于30萬即可。反混桶識別裝置是通過光電檢測開關(guān)檢測是否有桶經(jīng)過，有桶經(jīng)過檢測開關(guān)時會立即觸發(fā)視覺識別器對桶面標(biāo)簽進(jìn)行拍照識別。通過選擇桶面標(biāo)簽上一個或多個特征標(biāo)識作為識別對象，如潤滑油4L桶桶面標(biāo)簽上的“5W-30”、“API SM”等字樣，對這些字樣做“與”、“或”或其他關(guān)系的運(yùn)算，通過運(yùn)算結(jié)果判斷桶面標(biāo)簽是否正確，不正確則認(rèn)為桶的方向放反了或混進(jìn)了其他品種的桶，通過剔除裝置進(jìn)行剔除，避免進(jìn)入灌裝系統(tǒng)。

關(guān)鍵部件及整機(jī)性能參數(shù)

視覺識別器、并聯(lián)機(jī)器人的主要參數(shù)分別見表1、表2，整機(jī)性能參數(shù)見表3。

經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益

經(jīng)濟(jì)效益

通過采用工業(yè)視覺和并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行4 L桶的自動上桶，上桶工序的操作人員的數(shù)量可以由2個降低為1個，如果按每天2班制計算，上桶工位可以減少2個操作工，并節(jié)省15萬元/a的用工費用。對于一些低速的灌裝線，通過優(yōu)化設(shè)備布局，將自動上桶機(jī)的料斗通過面對面的方式布置，1個操作人員可以同時負(fù)責(zé)2條灌裝線的上桶，也能進(jìn)一步減少用工數(shù)量和用工費用，為企業(yè)降本增效提供有效的途徑。

表1 視覺識別器主要參數(shù)

表2 并聯(lián)機(jī)器人主要參數(shù)

技術(shù)效益

產(chǎn)品切換快

采用工業(yè)視覺和并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的上桶機(jī)，正常的停開機(jī)只需要通過停開機(jī)按鈕即可完成操作，而在需要進(jìn)行不同規(guī)格產(chǎn)品切換時，由于事先都已經(jīng)將所有產(chǎn)品的參數(shù)添加到控制程序里，實際操作時僅需要在觸摸屏上選擇調(diào)用相應(yīng)的參數(shù)即可，無需人工對機(jī)械部件進(jìn)行任何調(diào)整，操作簡易，切換快速方便，柔性化程度高。

防錯能力強(qiáng)

采用工業(yè)視覺和并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的上桶機(jī)采用的是視覺識別器對4 L桶正反面標(biāo)簽的特定區(qū)域進(jìn)行位置、方向和正反面的識別，如果桶身貼了2張標(biāo)簽或標(biāo)簽出現(xiàn)破損時，這類桶就會被識別為異常桶而從異常道排出，不會進(jìn)入灌裝系統(tǒng)。而且在自動上桶機(jī)后段的成品輸送帶還有反混桶視覺識別裝置對桶面標(biāo)簽的特定內(nèi)容作進(jìn)一步的識別，如果出現(xiàn)反桶、混桶也會被剔除，進(jìn)一步提高設(shè)備的防錯能力，保證產(chǎn)品的包裝質(zhì)量。

結(jié)束語

采用工業(yè)視覺和并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行4 L桶的自動上桶，能有效提高上桶工序的自動化程度，降低用工數(shù)量，減少用工費用；提高上桶工序的柔性化程度，實現(xiàn)不同規(guī)格產(chǎn)品或同一規(guī)格產(chǎn)品不同品種間的快速切換；提高設(shè)備的防錯能力，保證產(chǎn)品的包裝質(zhì)量。通過優(yōu)化上料斗布局、優(yōu)化4 L桶供給形式或采用料斗缺料預(yù)警等方式，還可以進(jìn)一步提高上桶工序的自動化程度，降低勞動力成本，具有很好的應(yīng)用前景。