книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

и заранее не известно. Использование распознающих систем, снаб­ женных телевизионным зрением либо лазерным глазом, является дорогим для таких производств.

Аналогичная ситуация наблюдается на заводах абразивных изделии, где также приходится иметь дело с деталями простых форм (абразивные круги, пресс-матрицы). Рассмотрим участок контроля пресс-матриц прессового цеха абразивного завода и постараемся выявить основные трудности при автоматизации такого участка. В цехе используются матрицы нескольких типо­ размеров, но одинаковой конфигурации. Пресс-матрица пред­ ставляет собой цилиндрическую плоскую деталь высотой 1,5—2 см, диаметром 20—30 см (в зависимости от типоразмера).

Работа прессового цеха организована так, что на участок контроля поступают сначала матрицы одного типоразмера, затем другого и т. д., т. е. в каждый момент времени на конвейере на­ ходятся матрицы одинаковых размеров. Участок контроля осна­ щен ленточным конвейером, вдоль которого расположены рабо­ чие места контролеров. Так как контрольный участок должен обеспечить проверку 2000 пресс-матриц за смену, то плотность расположения деталей на ленте конвейера достаточно высокая. Детали двигаются сплошным потоком, но не касаются друг друга, т. е. имеются поперечные свободные промежутки между двумя деталями.

Контроль пресс-матриц осуществляется по двум параметрам: отсутствие микро- и макротрещин на рабочей поверхности мат­ рицы и отсутствие просадки вставки относительно корпуса. Кон­ тролеры проводят сортировку матриц, причем пресс-матрицы с дефектами отправляются на реставрацию: с просадкой выше опре­ деленной нормы — в механический цех, с трещинами — на уча­ сток, где производится сглаживание рабочей поверхности на спе­ циальных станках-автоматах. Матрицы без дефектов возвращаются в прессовый цех и используются еще в течение одной смены, а за­ тем снова поступают на участок контроля. Для автоматизации такого участка может быть использован робот, однако, как и в пре­ дыдущем случае, он должен быть адаптивным, так как местополо­ жение матриц на конвейере заранее не известно. В процессе вы­ полнения операций контроля адаптивный робот должен осуще­ ствить следующие действия:

1)определить координаты очередной детали;

2)вывести захват над центром детали и снять ее с конвейера;

3)произвести контроль детали с помощью датчиков, располо­ женных на захвате. Контрольные датчики могут быть по прин­ ципу действия точно такими же, какими в настоящее время поль­ зуются рабочие-контролеры;

4)перенести деталь и положить ее иа соответствующий кон­ вейер для транспортировки в механический либо прессовый цех,

апри наличии в ней микроили макротрещин установить на ста­ нок для сглаживания рабочей поверхности;

5) вернуться в исходное положение.

На ряде производств форма деталей, перемещаемых конвейе­ ром, сложнее, однако в таких случаях обычно плотность распо­ ложения деталей ниже.

На кузнечно-прессовых линиях от одного агрегата к другому по конвейеру перемещаются заготовки сложных, но заранее из­ вестных форм, причем чаще всего неориентированные, так как на конвейер они попадают прямо из кузнечно-прессового агрегата после очередной операции вырубки. Рабочий берет деталь с кон­ вейера, грубо ориентирует ее и укладывает в специальное точно ориентирующее приспособление, после чего включает агрегат. Механическая конструкция робота, заменяющего рабочего на обслуживании таких линий, может быть очень проста, однако робот должен быть снабжен системой для распознавания пара­ метров положения неориентированных деталей.

В качестве примера работы с изделиями сложных заранее неизвестных форм можно рассмотреть участок кожевенного про­ изводства. Окраска кож дорогостоящими красителями на неко­ торых производствах осуществляется на конвейере, причем кожи либо шкуры пушных зверей имеют неправильную, заранее неиз­ вестную форму. Для снятия изделий с конвейера требуется опре­ делить достаточно точно одну координату (продольную) центра масс для переноса изделий без соскальзывания на другую техно­ логическую операцию.

Существует большое число других производств, где без ко­ ренной их перестройки задачи автоматизации не могут быть ре­ шены, если применять роботы с жесткой структурой управления. Для производств с широкой номенклатурой изделий введение различного рода ориентирующих приспособлений представляется чрезвычайно дорогостоящим мероприятием. По-видимому, более эффективным для таких производств является применение адап­ тивных роботов, причем чем выше адаптивные свойства робота, тем меньше требуется затрачивать средств на организацию внеш­ ней среды.

В табл. 22 приведены сводные данные, полученные в резуль­ тате анализа ряда производств, использующих конвейерные линии для транспортировки деталей.

Из таблицы видно, что роботу, обслуживающему поточные линии, придется решать самые разнообразные задачи, связанные с распознаванием образов. Общая блок-схема адаптивного ро­ бота, обслуживающего поточные линии, приведена на рис. 215. В качестве блока управления может быть использована ЦВМ либо специализированное устройство управления (специализирован­ ный вычислитель).

Роботы, обслуживающие конвейерные линии, могут иметь различные кинематические схемы, однако для выполнения боль­ шинства операций достаточно 3 —5 степеней свободы. Удобно использовать роботы с простой кинематической структурой,

4 5 2

робота

линейными степенями свободы и дискретным шаговым управле­ нием. На рис. 215 показаны направления движений захвата ма­ нипулятора, который может перемещаться вдоль лепты конвейера, поперек ленты, брать деталь (для многих операций можно исполь­ зовать магнитный либо воздушный присос), вращать деталь на необходимый угол по и против часовой стрелки.

В дальнейшем все рассуждения будут относиться именно к та­ кому роботу, а при необходимости использовать робот с другой

чением излучаемого и принимаемого световых потоков [20]. При попадании предмета в зону обнаружения часть светового потока от­ ражается и попадает на фотодатчик. Регулировкой интенсивности светового потока и высоты датчиков над лентой конвейера можно добиться различения деталей на ленте практически при любых цве­ товых сочетаниях. Датчики такого типа обладают небольшими га­ баритами и весом (объем 1,5 • 10“6 м3, вес 6 гс) и могут использоваться даже без оптических устройств. Последнее является очень важным, поскольку стоимость устройств ввода изображения оказывается небольшой. Для работы с деталями простых форм адаптивный робот по стоимости оказывается сравнимым с роботом, функциони-

•рующим по жестким программам, однако обладает значительно большей гибкостью и автономностью.

В качестве датчиков ближнего обнаружения могут быть использованы также ультразвуковые датчики, работа которых

454

чнков составляет величину от 0,01 до 0,1 м. Можно применять датчики, реагирующие на перепад температуры, использующие ионизирующие излучения (рентгеновские, у-лучн). В принципе, возможно применение сканирующих локационных, оптических (фотометрических, лазерных) устройств. В последнем случае для увеличения точности определения параметров, характеризую­ щих форму деталей, сканирующие по линии датчики целесооб­ разно устанавливать с небольшой величиной перекрытия.

Рассмотрим варианты реализации простых вычислителей для решения задач укладки деталей в тару, сортировки по параметрам для деталей простых форм, а также определения центра тяжести и окраски с экономным расходованием красителей для деталей сложных форм. Безусловно, задачи, которые будут рассмотрены, далеко не исчерпывают всех возможных производственных ситуа­ ций, однако метод их решения может быть использован для построе­ ния специализированных вычислителей в близких ситуациях.

Синтез специализированных устройств управления может

4)строится граф-схема алгоритма технологической операции;

5)проводится синтез микропрограммного автомата, управ­ ляющего операционной частью;

6)при ■необходимости использовать адаптивный робот для выполнения нескольких различных операций целесообразно объединение операционных частей и микропрограмм, после чего провести синтез общего микропрограммного автомата.

Робот-укладчик деталей в тару. Пусть по конвейеру переме­ щаются детали с круглыми либо ориентированными прямоуголь­ ными проекциями на плоскость ленты. Детали произвольно рас­ положены по ширине ленты, но двигаются с некоторым задан­ ным минимальным интервалом. Размеры деталей (диаметр круга а либо стороны прямоугольника а и Ь) постоянны и заранее известны, скорость движения ленты равна v. Манипулятор должен собирать

детали с ленты конвейера и укладывать их в специальную тару, например прямоугольный ящик, местоположение которого за­ ранее известно. Укладка должна производиться в т рядов по я деталей в каждом ряду с расстоянием между деталями равным I.

Составим последовательность действий манипулятора:

1)до тех пор пока деталь не попадет в область действия фо­ тодатчиков, манипулятор должен находиться в точке с коорди­

натами (дг0, у о); 2) как только любой из датчиков зафиксирует появление де­

тали, манипулятор начинает движение захвата вдоль ленты кон­ вейера со скоростью, равной и/2;

455

3)после выхода детали из зоны действия датчиков, манипу­ лятор начинает перемещать захват вдоль ленты конвейера со ско­ ростью о;

4)сигналы фотодатчиков записываются в регистр сдвига, число разрядов которого равно числу фотодатчиков; после про­ хождения детали под фотодатчиками в регистре образуется

щается вдоль оси Y на величину, равную расстоянию между дат­

чиками, а содержимое регистра сдвигается так, чтобы анализу

время скорость движения захвата уменьшается вдвое. После анализа всех «единиц» движение захвата вдоль оси Y прекра­

щается;

7)перечисленные действия выводят захват точно над центром движущейся детали. В любой момент времени после этих действий может быть подан сигнал взятия детали;

8)после взятия манипулятор перемещает захват в точку с коор­ динатами (.г,., yt), значения которых меняются в зависимости от

числа собранных деталей;

9)манипулятор опускает деталь и переводит захват в началь­

ную точку {х0, у о); 10) если при возвращении захвата в точку (х 0, у 0) в зоне дей­

ствия датчиков находится очередная деталь, манипулятор про­ пускает ее, поскольку параметры положения этой детали не могут быть точно определены.

Операционная часть устройства, как следует из приведенного словесного описания алгоритма операции, может содержать ре­ гистр сдвига, два счетчика, генератор тактовых импульсов и ряд простых логических схем. Для выполнения ряда движений с уве­ личенной скоростью, перенос детали в тару после взятия и воз­ вращение в точку (х0, у о), в операционную часть может быть вклю­

чен второй генератор тактовых^импульсов с меньшей скваж­

гаются на ленте конвейера достаточно плотно, так, что в зоне фо­ тодатчиков может находиться одновременно несколько деталей. В этом случае в устройство управления роботом можно ввести регистр выделения центра — специальное устройство, «выреза­ ющее» из изображения деталей известных размеров области, соот­ ветствующие их геометрическим центрам.

456

/,=4 = 000000010000000,

т. е. в результате обработки кода состояний датчиков получается код, в котором «1» записана в разряде, соответствующем датчику, находящемуся над центром детали.

в схему управления робот сможет собирать с конвейера и уклады­ вать в тару круглые либо ориентированные прямоугольные детали, расположенные на ленте конвейера произвольным образом, с ми­ нимальным промежутком между деталями в один дискрет.

Робот-сортировщик деталей простых форм. При необходимости производить сортировку деталей простых форм (круглые, ориен­ тированные прямоугольные) в соответствии с их размерами в схему устройства управления должны быть введены некоторые изме­ нения.

При поступлении деталей с интервалами в схему вводится счетчик, определяющий величину проекции детали на ось X.

В зависимости от этой величины логическое устройство осуще­ ствляет изменение программы движений после взятия детали манипулятором.

При достаточно плотном расположении деталей (с промежут­ ками не менее чем в один дискрет в любом направлении) система

мая деталь имеет наибольший диаметр, то задача решается просто, так как операция (IX. 19) при d = dt выделяет все центры круг­ лых деталей диаметра d[y при этом изображения от деталей мень­

ших размеров стираются. Задача сортировки круглых либо пря­ моугольных деталей при таком расположении их на конвейере может быть решена с помощью нескольких манипуляторов, уста-

457

новленпых вдоль ленты конвейера. Манипуляторы, расположен­ ные ближе к датчикам, собирают детали наибольших размеров. Если первый манипулятор соберет все детали максимального раз­ мера, то второй манипулятор может собирать детали следующего размера и для него они будут максимальными.

Задача выбора деталей любого заданного диаметра (i =j= s)

решается путем логической обработки и сравнения нескольких последовательных кодов датчиков. Конечно, один манипулятор, выполняющий сортировку деталей в соответствии с размерами, не сумеет справиться с плотным потоком деталей. В этом случае для решения задачи сортировки вдоль конвейера можно уста­ новить несколько манипуляторов с одинаковыми устройствами управления.

Определение центра тяжести движущихся деталей произволь­ ных форм. Часто при работе с деталями сложных форм доста­ точно вычислить координаты движущегося центра тяжести детали по ее плоской проекции на ленту конвейера. В этом случае деталь может быть снята с конвейера и перенесена на другую технологи­ ческую позицию без соскальзывания (в случае мягких изделий) и перекоса. Конечно, задача определения центра тяжести произ­ вольной фигуры может быть решена с помощью ЦВМ, однако в случае движущихся деталей такая задача несложно решается и с помощью специализированного вычислительного устройства.

где S (0) = 0; п — число датчиков, расположенных над конвейе­

ром.

Вычисления по формулам (IX.20, IX.21) несложны и могут быть произведены с помощью специализированных аналоговых либо цифровых устройств.

458

В тех случаях, когда для снятия детали с конвейера доста­ точно определить только одну динамическую координату центра тяжести (обычно Хс), можно вычислять приращения координаты

Окраска деталей сложных форм с экономным расходом краси­ телей. В кожевенном производстве требуется наносить различные составы (в частности, красители) на изделия произвольной, за­ ранее неизвестной формы, перемещаемые конвейерами. Обычно стоимость красителей высока и требуется наносить их равномер­ но точно по площади изделия. В этом случае параллельно линейке датчиков (см. рис. 215) может быть установлена линейка краско­ распылителей, ориентированных соответствующим образом на

будут окрашиваться равномерно по всей площади. Датчики информации могут работать как на отраженном, так и на пря­ мом свете.

Эту же задачу может решать адаптивный робот, в схвате ко­ торого установлен краскораспылитель. При смещении ленты конвейера на один дискрет схват должен проходить всю ширину ленты, включая и выключая краскораспылитель в соответствии с плоским изображением изделия. Задержка изображения в этом случае может быть реализована на регистрах сдвига.

Организация учета изделий произвольной формы, перемещае­ мых ленточными конвейерами. Для эффективного управления про­ изводством необходимо использовать универсальные устройства, способные производить подсчет изделий любой формы при произ­ вольном их расположении на движущейся ленте конвейера. Такие устройства позволяют оперативно оценивать производительность труда на различных участках и своевременно принимать меры для согласования отдельных звеньев производства.

Для того чтобы результаты счета не зависели от ориентации изделия на конвейере, целесообразно использовать такую ха­ рактеристику, как площадь проекции, поскольку именно эта ха­ рактеристика инвариантна к вращению изделия. Площадь детали произвольной формы определялась при нахождении центра тя­ жести детали, поэтому целесообразно на устройство управления адаптивным роботом возложить дополнительно функции учета деталей, прошедших под датчиками (число этих деталей может отличаться от числа деталей, снятых данным роботом с конвейера). В ряде случаев учет деталей может быть организован с помощью отдельного устройства.

Если f (у, t) — код датчиков в момент времени t, то площадь всех деталей, прошедших по конвейеру за время t, определяется

459

в у с л о в н ы х е д и н и ц а х с л е д у ю щ и м о б р а з о м :

Если при этом Sq — площадь одной детали в тех же условных единицах, то число деталей, прошедших по конвейеру за время t,

равно

извольной формы, использующее описанный принцип счета общей площади и нормирования результата по площади одной детали, содержит кроме линейки датчиков, расположенной над лентой конвейера, устройство опроса состояний датчиков (распредели­ тель импульсов), пересчетную схему с коэффициентом пересчета, пропорциональным 5 0, и индикаторный счетчик. Результат счета может соответствовать как числу изделий, так и целым партиям (например, десяткам, сотням и т. д.). Площадь одной детали может вычисляться заранее и вводиться в устройство перед началом работы. Однако в ряде случаев удобно, чтобы устройство вы­ числяло площадь одной детали и изменяло коэффициент пересчета, пересчетной схемы'без участия оператора. Такие счетчики с само­ обучением удобны в тех случаях, когда по одному и тому же кон­ вейеру проходят партии разных изделий.

Схема такого устройства содержит дополнительный двоич­ ный счетчик и схему сравнения [53]. На этапе обучения по кон­ вейеру подается эталонная деталь. Площадь этой детали опреде­ ляется и фиксируется двоичным счетчиком. В рабочем режиме счета площадь всех деталей, прошедших по конвейеру, нормируется по площади эталонной детали. Для увеличения точности при под­ счете изделий, форма и размеры которых задаются с определен­ ными допусками (галопл-Дв обувных цехах, абразивные круги, различные заготовки и т. п.), в устройство вводится корректи­ рующая схема, которая автоматически округляет результат счета при появлении между изделиями поперечных промежутков по всей ширине ленты.

Для подсчета партий различных изделий, перемещаемых по конвейеру, в устройство счета вводится схема разделения на группы по характерным признакам, кроме того, вводится ограни­ чение на взаимное расположение изделий.

460