一种涂胶自动翻转机 【技术领域】
本发明涉及变速箱涂胶技术，特别是涉及一种能够通过自动翻转实现变速箱双面涂胶的涂胶自动翻转机。
背景技术
目前涂胶机普遍采用的控制方法是：采用平面直角机器人实现变速箱大结合面的自动涂胶。由于汽车变速箱有一个大结合面和两个小结合面，其中两个小结合面分别位于变速箱的左右两个侧面，无法采用平面直角机器人进行自动涂胶，只能采用人工手动涂胶，而且在涂胶过程中需要手动翻转变速箱2次，不仅操作人员的劳动强度大，而且效率低，涂胶质量也难以保证。研制一种能够通过翻转实现变速箱小涂胶面自动涂胶的控制方法及专用装置，是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能够通过翻转定位实现变速箱自动双面涂胶的涂胶自动翻转机。
本发明的技术方案是这样实现的：
翻转机构，包括编码器、伺服电机、减速机、转轴、转轴伸缩气缸、轴承座，所述伺服电机，其尾部安装有编码器，编码器通过电缆与伺服驱动器相连；所述伺服电机输出轴安装有减速机，并通过电缆与伺服驱动器相连；所述减速机通过滑轨安装在涂胶框架上，减速机的输出轴与转轴相连；所述转轴与机械手机构框架固连，轴承座通过滑轨安装在涂胶框架上，并与机械手机构框架相连接；
所述机械手机构，包括夹具压板、夹具底座、夹紧气缸，其中：所述夹具压板和夹具底座分别与夹紧气缸的活塞和缸体连接，并分别通过连接板、经与滑台滑动连接的滑块与机械手机构框架安装在一起；所述夹具底座上装有定位销；
举升机构，位于机械手机构前方，包括举升气缸、电动气阀、托板、停止器，所述举升气缸的缸体固定于涂胶框架上，举升气缸的活塞与托板相连；所述停止器带有气缸，安装在生产线线体上，托板上设有托盘定位销；
测距机构，位于机械手机构下方，包括测距伸缩气缸、导轨基座、导轨、测距固定架、位移传感器，所述测距固定架安装于涂胶框架上；所述导轨基座下端及测距伸缩气缸的缸体安装在测距固定架上；测距伸缩气缸的活塞与导轨下端连接；所述位移传感器通过传感器固定板固定在导轨的上端，导轨位于导轨基座上并能够沿着导轨基座上下滑动；
控制装置，包括：
工控机，通过USB总线与触摸屏相连；
运动控制卡，为PCI总线结构，存有控制程序，与工控机通讯；
接口扩展卡，通过电缆与运动控制卡相连；
数字量输入模块，通过CAN总线与接口扩展卡相连，并与装有按钮及开关的操作面板和接近开关及工件检测开关通讯；
数字量输出模块，通过CAN总线与接口扩展卡相连，与电动气阀相连；
模拟量输入模块，通过CAN总线与接口扩展卡相连，与位移传感器相连；
伺服驱动器，脉冲输入端与接口扩展卡相连，输出端分别与伺服电机和所配置的编码器相连。
所述控制程序流程为：参数初始化后，判断托盘到达涂胶工位否，若托盘未到达涂胶工位，则跳转到判断涂胶结束否步骤；若托盘到达涂胶工位，控制停止器将托盘阻挡在涂胶工位；然后检测托盘上是否有工件，若有工件，则控制举升机构升起托盘，若无工件，则控制停止器将托盘放行；托盘上升到位后，发出旋转指令到伺服驱动器，将转轴连同机械手机构旋转到初始位置；然后控制转轴伸缩气缸带动机械手机构伸出，伸出到位后，控制夹紧气缸缩回，将工件夹住，控制托盘下降，检测到托盘下降信号后，发出转轴旋转指令，将工件旋转到A涂胶面位置，测距伸缩气缸伸出，将位移传感器的测量值与预先设定好的参数值进行比较，判断检测合格否，若不合格，不能进行涂胶，并发出报警信号，然后将测距的结果保存到变量中，跳转到转轴转到初始位置步骤；若合格，则可以进行A面涂胶，经判断A面涂胶完毕后，发出转轴旋转指令，使转轴旋转到B涂胶面位置，停止后启动涂胶机进行B面涂胶；经判断B面涂胶完成后，转轴旋转到初始位置后，托盘上升；托盘上升到位后，控制夹具压板和夹具底座松开，机械手机构缩回，托盘下降，停止器下降，将托盘放行到下一工位。
举升机构还包括托盘上升到位接近开关和托盘下降到位接近开关，分别安装在举升机构的举升气缸上、下端，与数字量输入模块相连；
工件检测开关，发射端安装在线体内侧，接收端安装在线体外侧，与数字量输入模块相连；
托盘到达工位接近开关，安装在线体上，与数字量输入模块相连；
托盘上升电动气阀和托盘下降电动气阀，安装在涂胶框架上，通过气管与举升气缸的气路相通，并与数字量输出模块相连；
停止器下降电动气阀，安装在涂胶框架上，通过气管与停止器气缸的气路相连，并与数字量输出模块相连。
机械手机构还包括夹具松开到位接近开关和具夹紧到位接近开关，分别安装在机械手机构的夹紧气缸前、后端，与数字量输入模块相连；
夹具夹紧电动气阀和夹具松开电动气阀，分别安装在涂胶框架上，通过气管与夹紧气缸的气路相连，并与数字量输出模块相连。
翻转机构还包括：机械手伸出到位接近开关和机械手缩回到位接近开关，分别安装在翻转机构的转轴伸缩气缸的前、后端，与数字量输入模块相连；
转轴正限位接近开关和转轴负限位接近开关，分别安装在翻转机构涂胶框架上，与数字量输入模块相连；
转轴原点接近开关，安装在轴承座顶部，靠近机械手机构一端，与数字量输入模块相连；
机械手伸出电动气阀和机械手缩回电动气阀，分别安装在涂胶框架上，通过气管与转轴伸缩气缸的气路相通，并与数字量输出模块相连。
测距机构还包括：测距上升到位接近开关和测距下降到位接近开关，分别安装在测距伸缩气缸的上、下端，与数字量输入模块相连；
测距上升电动气阀和测距下降电动气阀，分别安装在涂胶框架上，通过气管与测距伸缩气缸的气路相连，并与数字量输出模块相连；
位移传感器，所述位移传感器通过传感器固定板固定在导轨的上端；传感器固定板与测距伸缩气缸的活塞连接，所述位移传感器信号输出端与模拟量输入模块相连接。
所述接近开关为非接触式的磁性开关；所述工件检测开关为对射式红外开关；所述夹具压板内侧装有胶皮垫。
本发明具有如下优点：
1.本发明结构简单，本发明翻转机构，旋转定位快速、准确。(定位误差dr＜±0.05mm)。
2.本发明能在触摸屏上实时显示翻转机构的位置，配合平面直角机器人涂胶系统完成工件双面涂胶作业。
3、本发明具有配方编辑功能，可实现多种变速箱体翻转涂胶作业。
4、本发明具有状态显示及报警功能，能够实时显示设备运行的状态及自动报警。
【附图说明】
图1为本发明装置机械侧面图。
图2为本发明装置测距机构机械图。
图3为本发明装置机械正面图。
图4为本发明控制装置原理框图。
图5为本发明控制程序流程图。
【具体实施方式】
下面结合以下实施例及附图详细说明本发明。
如图1所示，本发明涂胶自动翻转机，包括翻转机构、机械手机构、举升机构、测距机构、控制装置。
所述控制装置由工控机、运动控制卡、接口扩展卡、数字量输入模块D/I、数字量输出模块D/O、模拟量输入模块A/I、电动气阀、接近开关、位移传感器、伺服驱动器、伺服电机、编码器构成。其中所述运动控制卡为PCI总线结构，插在工控机内；配有触摸屏，通过USB总线与工控机相连，其作用为显示各种参数及设备状态、故障报警、配方下载、接受操作命令等；所述接口扩展卡通过电缆与运动控制卡相连；所述数字量输入模块D/I、数字量输出模块D/O、模拟量输入模块A/I通过CAN总线与接口扩展卡相连；装有按钮及开关的操作面板和接近开关与数字量输入模块D/I相连，用于手动方式操作及手动/自动切换、点动以及检测气缸的到位信号、翻转机构的限位及零点开关等；所述数字量输出模块D/O与电动气阀相连，用于控制气缸的伸缩；所述模拟量输入模块A/I与位移传感器相连，用于检测翻转机构的位置；所述伺服驱动器输入端与接口扩展卡相连，伺服驱动器输出端与伺服电机相连；所述伺服驱动器通过电缆与编码器相连，用于检测翻转机构的翻转角度；
工控机、运动控制卡(存有控制程序)、接口扩展卡、数字量输入模块D/I、数字量输出模块D/O、模拟量输入模块A/I均为市购产品。
所述翻转机构，由编码器1、伺服电机2、减速机3、转轴4、转轴伸缩气缸5、轴承座6、转轴原点接近开关7、转轴正限位接近开关17、转轴负限位接近开关18组成。
所述编码器1安装于伺服电机2的尾部，并通过6芯屏蔽电缆与伺服驱动器相连；所述伺服电机2输出轴安装有减速机3；所述减速机3通过滑轨安装在涂胶框架31上，其减速机3的输出轴与转轴4相连；所述转轴4通过轴承安装于轴承座6内；所述轴承座6通过滑轨安装在涂胶框架31上，并与机械手机构框架8相连接；所述伺服电机2通过4芯屏蔽电缆与安装于控制柜中的伺服驱动器相连；转轴正限位接近开关17、转轴负限位接近开关18、转轴原点接近开关7为非接触式磁性开关，通过电缆与控制装置的数字量输入模块D/I相连；转轴正限位接近开关17、转轴负限位接近开关18安装在涂胶框架31上，位于机械手机构框架8的一侧，转轴原点接近开关7设于轴承座6顶部，靠近机械手机构一端。转轴伸缩气缸5的缸体安装在涂胶框架31上，其活塞与机械手机构框架8固连；
所述机械手机构由滑块9、连接板10、滑台32、夹具压板11、夹具底座12、定位销13、夹紧气缸19组成。
所述夹具底座12上装有定位销13，定位销13可实现工件(本实施例采用变速箱)与夹具底座12的相对位置保持不变；所述夹具压板11和夹具底座12分别与夹紧气缸19的活塞和缸体连接，并随着夹紧气缸19的伸出夹具压板11与夹具底座12配合松开工件，随着夹紧气缸19的缩回夹具压板11与夹具底座12配合将工件夹紧；所述夹具压板11内侧装有胶皮垫，增加夹具压板11与工件之间的摩擦力，防止工件滑落；所述夹具压板11与夹具底座12分别通过连接板10、经与滑台32滑动连接的滑块9安装在机械手机构框架8上。
所述机械手机构的工作过程是：当需要夹紧工件时，由运动控制卡驱动夹具压板11、夹具底座12夹紧，此时，夹紧气缸19缩回，在夹紧气缸19带动下夹具压板11沿着竖向设置的滑台32向下运动，夹具底座12沿着竖向设置地滑台32向上运动，夹具压板11压住工件的上盖，夹具底座12托起工件的下端面，从而将工件牢牢夹住。
所述举升机构，由举升气缸18、电动气阀、托板17、托盘到达工位接近开关24、停止器21、托盘定位销20、工件检测开关15组成。所述举升气缸18的缸体固定在涂胶框架31上，举升气缸18的运动由电动气阀控制(位于举升气缸18气路中，与数字量输出模块D/O相连)；所述托板17与举升气缸18的活塞相连接，并随着举升气缸18活塞的伸出而上升，随着举升气缸18活塞的缩回而下降；所述托盘到达工位接近开关24为非接触式的磁性开关，用于检测托盘是否到达涂胶工位，安装在生产线线体上；所述停止器21带有气缸，安装在生产线线体上并采用电动气阀(位于气缸气路中，与数字量输出模块D/O相连)控制上升/下降，当放置有工件的托盘到达涂胶工位时，停止器21的气缸上升，停止器21将托盘阻挡在涂胶工位，涂胶作业完毕后，停止器21的气缸下降，托盘离开涂胶工位；托盘定位销20固定在托板17上；所述工件检测开关15为对射式红外开关，其发射端安装在生产线线体的内侧，其接收端安装在生产线线体的外侧，用于检测到达涂胶工位的托盘上是否有工件；
所述测距机构，由测距伸缩气缸30、位移传感器25、传感器固定板26、导轨基座28、导轨27、测距固定架29组成，所述测距固定架29安装于涂胶框架31上；所述导轨基座28下端及测距伸缩气缸30的缸体安装在测距固定架29上；测距伸缩气缸30的活塞与导轨27下端连接；所述位移传感器25通过传感器固定板26固定在导轨27的上端，导轨27位于导轨基座28上并能够沿着导轨基座28上下滑动；所述测距伸缩气缸30活塞的伸缩由电动气阀控制(位于气路中，与数字量输出模块D/O相连)；所述位移传感器25连同导轨27一起随着测距伸缩气缸30活塞的伸出而上升，随着测距伸缩气缸30活塞的缩回而下降。
所述测距机构的工作过程如下：当工控机通过数字量输出通道D/O发出测距命令时，测距伸缩气缸30伸出，带动导轨27上升，当导轨27上升到位时，位移传感器25与被测涂胶平面接触，位移传感器25的探头有一定的回缩量，其回缩量的大小与工件的位置有关，当机械手机构夹紧工件时，若夹具底座12上的定位销13没有进入工件的定位孔中，则工件与夹具压板11和夹具底座12之间的相对位置就会发生变化，由于每次夹具压板11和夹具底座12都旋转到固定的位置，因此通过检测位移传感器25回缩量的大小就可以判断机械手机构是否已经夹紧工件，从而起到保护胶嘴的作用，同时也起到保证涂胶曲线的质量的作用。
本发明工作过程通过存储在运动控制卡中的控制程序控制，具体如下：
当托盘载着工件到达涂胶工位后，由托盘到达工位接近开关24检测到信号后，将信号通过数字量输入模块D/I传送到工控机内的运动控制卡，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制停止器21的电动气阀关闭，由电动气阀控制停止器21的气缸伸出，将托盘阻挡在涂胶工位，然后由工件检测开关15检测托盘上是否有工件，若有工件，则控制举升机构升起托盘，若无工件，则通过数字量输出模块D/O控制停止器21的电动气阀打开，由电动气阀控制停止器21的气缸下降，将托盘放行。经托盘上升到位接近开关检测举升到位后，由运动控制卡发出转轴4旋转指令到伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机2，将转轴4连同机械手机构旋转到初始位置，然后运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制转轴伸缩气缸5伸出，转轴伸缩气缸5带动机械手机构伸出，经机械手伸出到位接近开关检测到机械手机构伸出到位后，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制夹紧气缸19缩回，夹紧气缸19带动夹具压板11和夹具底座12，将工件夹住，运动控制卡通过夹具夹紧到位接近开关检测到信号后，通过数字量输出模块D/O控制托盘下降，运动控制卡通过托盘下降到位接近开关检测到信号后，发出转轴4旋转指令，将工件旋转到A涂胶面位置(A涂胶面朝上，B涂胶面朝下)，转轴4旋转到A涂胶面位置后，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制测距伸缩气缸30伸出，由气缸带动位移传感器25向工件的B涂胶面移动，当测距上升到位接近开关检测到测距伸缩气缸30伸出到位后，位移传感器25与B涂胶面接触，位移传感器25的检测头被压缩一定距离，压缩量的大小与位移传感器25到B涂胶面的距离成正比，将位移传感器25输出端电压信号通过模拟量输入模块A/I送至运动控制卡，与预先设定好的参数值进行比较，判断检测合格否，若二者之间的差值大于设定的误差范围，则说明夹具与工件之间的相对位置不合适，不能进行涂胶，并发出报警信号，然后将测距的结果保存到变量中，跳转到转轴转到初始位置步骤；若二者之间的差小于设定的误差范围，则可以进行A面涂胶(测距结束后，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制测距伸缩气缸30缩回，经测距下降到位接近开关检测到测距伸缩气缸30缩回到位信号后，即可启动涂胶机进行A面涂胶)，经判断A面涂胶完毕后，运动控制卡发出转轴4旋转指令，通过伺服驱动器驱动伺服电机2，使转轴4旋转到B涂胶面位置(B涂胶面朝上，A涂胶面朝下)后停止，然后启动涂胶机进行B面涂胶，经判断B面涂胶完成后，运动控制卡发出转轴4旋转指令，使转轴4旋转到初始位置后，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制托盘上升，经托盘上升到位接近开关检测到托盘上升到位后，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制夹具压板11和夹具底座12松开，经夹具松开到位接近开关检测到夹具松开到位后，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制机械手机构缩回，经机械手缩回到位接近开关检测到机械手机构缩回到位后，运动控制卡通过数字量输出模块D/O控制托盘下降。经托盘下降到位接近开关检测到托盘下降到位信号后，通过数字量输出模块D/O控制停止器21下降，将托盘放行到下一工位。
在本实施例中：
托盘上升到位接近开关安装在举升机构的举升气缸18上端，与数字量输入模块D/I的通道1相连。
托盘下降到位接近开关安装在举升机构的举升气缸18下端，与数字量输入模块D/I的通道2相连。
夹具夹紧到位接近开关安装在机械手机构的夹紧气缸19后端，与数字量输入模块D/I的通道3相连。
夹具松开到位接近开关安装在机械手机构的夹紧气缸19前端，与数字量输入模块D/I的通道4相连。
机械手伸出到位接近开关安装在翻转机构的转轴伸缩气缸5的前端，与数字量输入模块D/I的通道5相连。
机械手缩回到位接近开关安装在翻转机构的转轴伸缩气缸5的后端，与数字量输入模块D/I的通道6相连。
测距上升到位接近开关安装在测距机构的测距伸缩气缸30的上端，与数字量输入模块D/I的通道7相连。
测距下降到位接近开关安装在测距机构的测距伸缩气缸30的下端，与数字量输入模块D/I的通道8相连。
工件检测接近开关的发射端安装在线体内侧，接收端安装在线体外侧，与数字量输入模块D/I的通道9相连。
托盘到达工位接近开关安装在线体上，与数字量输入模块D/I的通道10相连。
转轴正限位接近开关安装在翻转机构涂胶框架31上，与数字量输入模块D/I的通道11相连。
转轴负限位接近开关安装在翻转机构涂胶框架31上，与数字量输入模块D/I的通道12相连。
转轴原点接近开关安装在翻转机构的轴承座6顶部，靠近机械手机构一端，与数字量输入模块D/I的通道13相连。
托盘上升电动气阀为举升机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与举升气缸18的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道1相连。
托盘下降电动气阀为举升机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与举升气缸18的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道2相连。
夹具夹紧电动气阀为机械手机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与夹紧气缸19的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道3相连。
夹具松开电动气阀为机械手机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与夹紧气缸19的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道4相连。
机械手伸出电动气阀为翻转机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与转轴伸缩气缸5的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道5相连。
机械手缩回电动气阀为翻转机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与转轴伸缩气缸5的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道6相连。
测距上升电动气阀为测距机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与测距伸缩气缸30的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道7相连。
测距下降电动气阀为测距机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与测距伸缩气缸30的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道8相连。
停止器21升降电动气阀为举升机构部件，安装在涂胶框架31上，通过气管与停止器21气缸的气路相连，与数字量输出模块D/O的通道9相连。
位移传感器25的信号输出端与模拟量输入模块A/I的通道1相连。
伺服驱动器的脉冲输入端与接口扩展卡的伺服驱动端口1相连。
本实施例中所述运动控制卡采用英国TRIO公司生产的PCI-208卡，具有独立的CPU及可擦写存贮器，可运行由用户编写的基于Trio Basic的控制程序，插在工控机的PCI总线上，通过PCI总线与工控机进行双向数据通信，它最多可以驱动8个轴，并带有20路数字量输入通道及10路数字量输出通道；所述数字量输入模块D/I和数字量输出模块D/O采用英国TRIO公司生产的P315，它具有16路的数字量输入/输出通道；所述模拟量输入模块A/I采用英国TRIO公司生产的P325，它具有8路12位的模拟量输入通道；所述接口扩展卡采用北京阿沃德公司生产的ETCM-1000，它带有2个CAN总线接口、8个伺服接口以及数字量输入/输出端子，并能通过电缆与运动控制卡进行数据交换；所述接近开关采用德国施耐德公司生产的磁性非接触开关；所述电动气阀采用德国施耐德公司生产的直流24V电动气阀；所述位移传感器采用英国ANILAM公司生产的电感式传感器，其输出信号为0～5V电压信号；所述伺服驱动器、伺服电机、编码器均选用日本安川公司生产的，编码器通过6芯屏蔽电缆与伺服驱动器相连，伺服电机通过四芯屏蔽电缆与伺服驱动器相连。