黃凌森，段海峰，江麗珍

（廣州城市理工學(xué)院工程訓(xùn)練中心，廣東 廣州 510800）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對電子產(chǎn)品的需求不斷加大，隨之而來的是電子產(chǎn)品上的鏡片需求也不斷加大。同時,因?yàn)檫^度使用電子產(chǎn)品，導(dǎo)致越來越多人出現(xiàn)近視等情況，這也大大增加了鏡片的需求。鏡片生產(chǎn)效率提高和成本降低迫在眉睫。鏡片生產(chǎn)過程中一個重要的環(huán)節(jié)是將做好的鏡片從模具中取出來，這個過程基本上都是靠人手一個個去脫模，需要耗費(fèi)大量的人力和時間。這樣的生產(chǎn)過程不僅生產(chǎn)效率低，同時也容易對鏡片造成損壞。本文設(shè)計(jì)一個鏡片剝離設(shè)備控制系統(tǒng)，通過對鏡片和鏡片模具進(jìn)行預(yù)壓、剝離等方法，將鏡片從模具中分離出來，以鏡片脫模的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)過程中的人工成本。

1 系統(tǒng)的工作原理及主要部件

鏡片剝離設(shè)備控制系統(tǒng)采用三菱FX3UPLC作為控制核心，配置三菱G1000觸摸屏用于操作設(shè)備，顯示設(shè)備的使用情況及預(yù)報設(shè)備故障。系統(tǒng)采用PLC作為控制器,能夠比較穩(wěn)定的控制系統(tǒng)完成預(yù)壓、脫模、模具下料、及將鏡片送到下一工位等工作。在鏡片脫模的過程中PLC可以實(shí)時的接收反饋信號，并做出相應(yīng)的動作。

系統(tǒng)的主要模塊如圖1所示，預(yù)壓模塊主要由預(yù)壓氣缸，定位氣缸，模擬量控制閥等組成。定位氣缸用于固定鏡片的位置，保證下壓氣缸能壓倒模具的中間位置及防止下壓的過程中鏡片跑偏等作用。

圖1 系統(tǒng)主要模塊布局

脫模模塊主要由定位氣缸、夾爪氣缸、主升降氣缸、夾爪升降氣缸和伺服電機(jī)等組成。通過各個部件動作的配合將鏡片從模具中脫離出來，將鏡片放在傳送帶上，并將模具運(yùn)送到下料桶里進(jìn)行回收。

推料模塊由兩個推料氣缸組成，負(fù)責(zé)將脫模后的鏡片推到下一個傳送帶，對鏡片進(jìn)行檢測。

2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的動作流程如圖2所示，系統(tǒng)的工作方式分為手動模式和自動模式兩種。自動模式用于設(shè)備的自動運(yùn)行，鏡片由放上傳送帶、預(yù)壓、脫模、推到下一個工位為一個周期。手動模式主要用于實(shí)現(xiàn)兩個功能：一是，用于系統(tǒng)自動運(yùn)行前的參數(shù)設(shè)定的驗(yàn)證，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供優(yōu)化后的參數(shù)；二是，當(dāng)系統(tǒng)自動運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時，用于系統(tǒng)的調(diào)試以及故障的排除[1]。

圖2 系統(tǒng)動作流程

系統(tǒng)自動模式下的主要工作流程為：

（1）運(yùn)送：手動將出爐的鏡片擺放到傳送帶的對應(yīng)工位上，然后通過步進(jìn)電機(jī)以及傳送帶將鏡片運(yùn)送到對應(yīng)的模塊下進(jìn)行工作。運(yùn)送的過程中通過對射紅外感應(yīng)器對傳送帶的工位進(jìn)行計(jì)數(shù)以及定位。

（2）預(yù)壓：鏡片被傳送帶運(yùn)送到預(yù)壓模塊后，定位氣缸推出將鏡片夾緊在預(yù)壓氣缸的正下方，保證預(yù)壓氣缸能夠壓到鏡片的中心。定位氣缸夾緊后預(yù)壓氣缸往下壓，將鏡片從模具的中間位置下壓到模具的最底端，保證脫模模塊能夠順利將鏡片與模具分離。

（3）脫模：鏡片預(yù)壓完后通過傳送帶運(yùn)送到脫模模塊下，定位氣缸推出將鏡片夾緊在工位的中間位置，主升降氣缸往下推出，將夾爪氣缸模塊下降到位，然后夾爪推出氣缸將夾爪推出到位，隨之夾爪模塊的彈性裝置將鏡片由下往上頂在工位上，隨后啟動夾爪氣缸將鏡片模具夾緊，模具夾緊后主升降氣缸和夾爪推出氣缸同時往回收，將鏡片和模具分離。最后通過伺服電機(jī)將脫模模塊移動到模具回收位置的正上方，松開夾爪將鏡片模具放入回收桶中。

（4）推料：鏡片和模具分離后由傳送帶運(yùn)送到推料模塊前，推料氣缸推出，將鏡片推到下一傳送帶，運(yùn)送到下一工位進(jìn)行檢測。

系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，如脫模步驟完成后，模具檢測裝置仍檢測到模具時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，然后需將未剝離的鏡片取出，才可以重新運(yùn)行系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)電器控制設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)的基本組成

根據(jù)鏡片剝離設(shè)備的生產(chǎn)需要，3個工作工位需要同步動作，因此需要的輸入輸出點(diǎn)比較多，系統(tǒng)PLC選用80點(diǎn)的三菱PLC，PLC擁有40個輸入點(diǎn)和40個輸出點(diǎn)，觸摸屏選用三菱GS2107[2]。如圖3所示，預(yù)壓模塊的氣缸需要通過比例閥來控制下壓壓力的大小，因此選用三菱的FX3U-4DA的模擬量模塊進(jìn)行控制。伺服驅(qū)動器選用安川Σ-7S系列，伺服電機(jī)根據(jù)移動平臺的負(fù)載進(jìn)行選擇[3]。步進(jìn)控制器選用雷賽86系列，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)傳送帶的負(fù)載進(jìn)行選擇。

圖3 控制原理

3.2 控制系統(tǒng)搭建

觸摸屏與PLC的通訊采用RS232的通訊方式進(jìn)行通訊。步進(jìn)驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器分別接入到Y(jié)0、Y1輸出口，由PLC自帶的定位功能對伺服電機(jī)的動作進(jìn)行控制[4]。

觸摸屏安裝在控制面板上，控制面板上同時安裝有電源開關(guān)、緊急停止、自動運(yùn)行、全原位置、運(yùn)行準(zhǔn)備、手動/自動切換、原點(diǎn)復(fù)位、循環(huán)停止、異常解除等，如圖4所示。

圖4 控制面板按鈕分布

在運(yùn)行的過程中由于傳送帶較長距離控制面板較遠(yuǎn)，因此在傳送帶的前端添加一個操作盒，操作盒由緊急停止、循環(huán)啟動、循環(huán)停止、異常解除等組成，操作盒如圖5所示。

圖5 物理樣機(jī)示意圖

圖5 操作盒

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，可以通過操作盒上的循環(huán)停止按鈕將設(shè)備停下來，避免設(shè)備在沒有工件的情況下空運(yùn)行，當(dāng)工件擺放到對應(yīng)的工位后可通過循環(huán)啟動按鈕讓系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。

4 PLC程序設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)PLC的I/O口分配

PLC與其他的電器部件的連接都是通過I/O口來實(shí)現(xiàn)，I/O口配置的是否合理直接影響著系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及外部接線的數(shù)量，I/O配置合理不僅能減少接線的數(shù)量同時還能降低程序編寫的難度[5]。本系統(tǒng)的I/O分配表如表1所示。

表1 樣機(jī)試驗(yàn)性能結(jié)果

表1 系統(tǒng)的I/O分配

4.2 系統(tǒng)手動功能

鏡片剝離設(shè)備的主要控制對象是移動平臺的伺服電機(jī)、傳送帶的步進(jìn)電機(jī)以及6組氣缸。系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性要求較高，因此需要對系統(tǒng)的各個對象的手動功能進(jìn)行嚴(yán)格的限制，避免系統(tǒng)在手動運(yùn)行的過程中出現(xiàn)意外。將系統(tǒng)切換到手動模式后，能夠通過觸摸屏單獨(dú)的控制系統(tǒng)每一個模塊的動作。

手動功能有工件運(yùn)送傳送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)、鏡片剝離前的預(yù)壓、物料的夾緊定位、移動平臺的控制、抓手氣缸的控制、主升降氣缸的控制、推料氣缸的控制等。手動動作是在手動的模式下對系統(tǒng)的各個模塊進(jìn)行控制，手動模式與自動模式必須要進(jìn)行自鎖，在自動模式下不能進(jìn)行手動動作，在手動模式下自動不能啟動[6]。伺服手動控制程序如圖6所示。

圖6 伺服手動程序

4.3 系統(tǒng)緊急停止功能

緊急停止功能用于設(shè)備出現(xiàn)問題或者人工操作的情況下對設(shè)備進(jìn)行緊急停止運(yùn)行的一個功能，可最大程度的保護(hù)操作者和設(shè)備的安全。緊急停止分為兩種：一種是設(shè)備本身出現(xiàn)故障而進(jìn)行的緊急停止，一種是人工按下急停按鈕、打開安全門而觸發(fā)的緊急停止。設(shè)備出現(xiàn)故障而進(jìn)行的緊急停止包括伺服電機(jī)的故障、步進(jìn)電機(jī)的過載、傳感器的故障等。無論是在手動模式下的手動動作還是在自動模式下運(yùn)行出現(xiàn)的故障，在下一次的啟動前都必須先把故障清除才能再一次的啟動設(shè)備。

4.4 系統(tǒng)報警功能

系統(tǒng)的報警分為伺服故障的報警、步進(jìn)故障的報警、氣缸動作超時的報警。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)報警時，設(shè)備會立馬停止運(yùn)行，蜂鳴器響，三色燈變紅燈。

5 結(jié)語

鏡片剝離設(shè)備是以三菱FX3UPLC和三菱觸摸屏為控制核心的自動化生產(chǎn)設(shè)備，該設(shè)備可用于剝離多種規(guī)格的鏡片。設(shè)備的各個模塊設(shè)計(jì)合理，自動化程度較高，經(jīng)過企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)備的各項(xiàng)功能都比較穩(wěn)定。鏡片剝離設(shè)備很好地解決了以往人手剝離鏡片的操作，有效地降低了企業(yè)在勞動力方面的投入，同時還能提高生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。