高速视觉引导机器人

多个视觉传感器和一个高速机器人为包装系统带来了强大且易于配置的零部件处理性能。

强大且易于维护的自动化解决方案是位于伊利诺斯州圣查尔斯的Global Controls公司的关注重点。“正因为如此,我们在设计和实施阶段花费了大量精力,”Global Controls公司总经理Marshall Miles说。“制造环境中的专业技术非常有限,我们简化并提升了全天候制造环境的整体可用性。”

Global Controls公司的重点是应用工厂自动化的尖端技术来提高效率和可靠性。“无论产品是高价值或高容量的,只要人员成为了生产的限制因素,它就是我们努力解决的目标,”Miles指出。

Global Controls公司不仅设计与集成各种视觉检测系统,还是一家ABB集成商,具有丰富的编程机器人经验,包括视觉引导的机器人和机器人引导的视觉应用。

Global Controls公司的高速视觉引导机器人完美体现了公司的技术关注点,该机器人被用于随机拾取与定向、高精度放置等应用(如图1所示)。它是一个高速拾取与放置设备,能够找到、拾取、定向包装中的零部件并放置在各种包装设备上。它还包括零部件追踪功能。

 “这台机器易于配置,能将任何可循环的分散物件放入包装袋或盒子里,无论它是定向的、运动的或是静止的,”Miles说。“放置速度取决于零部件的种类,最快可以达到每分钟100次。塑料、优惠券、样品、说明书、插页等可以被迅速而准确地放入散装包装内。

高附加值的应用

包装生产线采用了配备这种自动化技术的可重配置应用,生产线上的产品很昂贵,并且它可以根据SKU使用特定的量杯来确定准确剂量。

Global Controls公司的自动化设备安装在一个填充包装生产线上,混合一批粉末之后,将其装入一个密封塑料袋中。在塑料袋被密封之前量杯被放置在粉末上方,随后被送往码垛生产线。

“客户希望每包产品都精确的包含一个量杯的容量,”Miles说。“更为复杂的是需要根据产品和包装对多种类型的量杯进行查错。此外,如果量杯没有放置在袋顶,包装袋可能无法密封或者量杯会掉落到产品中。该生产线的处理速度是每分钟45包,因此很难在所需精度下手动完成这项任务。如果没有我们的自动化技术,精度和生产都会受到影响。”

产品和进料

由于涉及多种量杯以及数百种SKU,以前单独使用的自动送料系统无法有效处理各种产品,Miles指出。“量杯的尺寸各不相同,而形状和颜色也增加了难度,”他解释说。“大多数自动送料系统依靠重心来对零部件定向。该方法需要多个送料系统,每个系统针对特定形状的量杯进行调整和设置。”

我们的自动化机器是独一无二的,因为我们的视觉引导拾取技术适用于呈多种随机方向的零部件,而末端执行器的几何形状可以非常快速地为Delta机器人提供定向位置,Miles接着说。“采用远高于需求的速度通过散装料斗和循环输送系统进行预先进料,这样我们能保证生产进度,从来没有出现零部件短缺,”他说(如图2所示)。“与依赖各种碗、导轨、滑道和装置不同,我们的设计简洁而优雅,生产不同产品时无需机械转换。”

随机位置的零部件再循环

通过控制料斗升降机、供应与返回输送机的速率来获得理想的分离和流速,Miles说。“这些设定都事先校准过,会根据SKU进行自动调用,”他解释说。”机器直接从生产管理系统获取批处理信息,操作员只需将正确的量杯倒入料斗中。HMI上显示的正确量杯图形会引导操作员进行选择。如果装载了错误的量杯,视觉系统会立刻检测到不匹配,关闭机器,然后向操作员报警。批处理结束时,操作员在清理模式下运行系统,然后漏斗预给料机会很快将产品卸载到包装袋或盒子中。

零部件处理设备

Global Controls公司会为客户做工程研究以确定可行性,这也为项目的工程设计做好了前期准备,”Miles解释道。“循环时间和零部件处理是关键因素,而模拟和硬件原型等初步测试都表明该机器可以正常运行,”他说。“客户同意之后我们就进入设计阶段。”

Global Controls公司的机器与云/罗伯茨填充密封机连接,将量杯放入包装袋,然后密封。云/罗伯茨填充密封机将粉末填充入包装袋,然后在自动化放杯设备前为包装袋索引。

杯斗式送料机将量杯送往一系列输送机,然后在机器人拾取区域不断回收量杯,并由一个高分辨率的区域扫描相机进行监控。输送机不断回收那些方向不正确的量杯。

高速视觉引导的机器人应用包括三个相机。一个相机是高分辨率的巴斯勒区域扫描相机,配备了康耐视VisionPro,可以引导ABB的Delta机器人从进料输送机上随机拾取粉末勺,然后以每分钟45个零部件的速度将其放入包装袋中。

“我们还让艾伦-布拉德利的可编程控制器与云/罗伯茨的设备以及客户的过程控制系统进行通讯,”Miles指出。“机器人与相机通过以太网/IP协议连接,由罗克韦尔自动化的ControlLogix控制器控制。”该自动化设备还与下游的装袋设备联网,从而实现其控制功能。

视觉引导和检查

一台高清巴斯勒GigE区域扫描相机与一台安装了康耐视VisionPro视觉软件的工业PC连接,用于检查量杯并引导机器人进行拾取。该相机的拍摄速率是可以调节的,获取的图像由检查算法进行分析。

“视觉系统识别量杯的侧面,这样便于进行拾取和检查,”Global Controls公司的控制工程师Steve Essex解释道。“视觉系统使用图案匹配和测量工具来检查选定的量杯以确定其是不是正确的零部件。随后高速视觉系统将检查合格的量杯的x,y和θ坐标发送到ABB机器人用于拾取。

一台ABB FlexPicker delta机器人或并联机器人可以追踪输送机上的合格零部件并在移动中拾取它们,Essex补充说。“一台配备了真空杯的自定义旋转式末端执行器用于拾取量杯,”他说。“随后机器人调整勺子的方向,使其手柄朝下,放入包装袋。设计速度高于45 ppm的设备以35 ppm的速度填充最小的包装袋并对其索引,填充速度取决于移动距离和零部件类型。”

FlexPicker机器人移动非常迅速,能以10米/秒的速度在x-y-z轴上协调运动,Essex说。“GigE相机和安装在工业PC上的康耐视VisionPro软件执行检查的速度比配备摄像成像仪与处理器的独立智能视觉传感器快得多,”他解释道。“PC还可以运行ABB的PickMaster软件,这大大简化了为机器人编程的工作量,同时把所有部件无缝连接起来。”

用于产品验证的视觉技术

另一项视觉检测采用康耐视5605 In-Sight相机对打印批号和日期代码执行光学字符验证(OCV)。它在为包装袋索引时会触发伟迪捷打印机,然后打印这些代码。当输送机停止各项索引时,位于打印机下游的康耐视In-Sight相机由控制器触发。相机读取并验证批号和日期代码,然后将结果发送到ControlLogix控制器。

第三个相机是康耐视的DataMan条码读取器,能读取包装袋的二维码。该二维码通过以太网/IP协议发送至控制器,然后对其进行检查以确保包装袋拥有正确的批号和杯型。这套整体自动化设备集高速、高精度、高度防错、高可追溯性于一身。

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