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機器人與視覺系統(tǒng)方案再天地蓋紙盒生產(chǎn)中的應用

天地蓋是非常常見的一種紙制品包裝盒，由于其開合方便，能夠滿足消費者的對于產(chǎn)品的認知和期望，同時方便在表面進行圖案和文字印刷和裝飾，有利于商品的宣傳和推銷、提高產(chǎn)品的附加值，所以常常被作為高檔禮盒使用，廣泛應用于各類精裝禮品包裝盒、鞋盒、內(nèi)衣盒、襯衫盒、手機盒等各類包裝盒。

天地蓋紙盒也具有結(jié)構簡單、模式化的特點，很容易形成標準化，能夠使用半自動、全自動設備來取代人工，達到提高生產(chǎn)效率和降低人力成本雙重的目的。針對天地盒機械化、自動化生產(chǎn)需求，臺達提供了以SCARA機器人加視覺系統(tǒng)DMV，同時配置有多種控制系統(tǒng)的機器人天地蓋工作站解決方案，顯著提升了天地蓋自動化生產(chǎn)的效果。

圖：機器視覺系統(tǒng)DMV2000系列

主要問題

傳統(tǒng)天地蓋紙盒在完成印刷及切角后，尚需依賴人工或者半人工輔助設備，進行一道釘機打釘?shù)臋C械加工工序，即通過釘機打釘依次完成單角的貼合(四個角共需貼合四次)，或者進行一道膠水粘貼工序。這種做法需使用大量人工，且生產(chǎn)效率較低，并增加了原料與生產(chǎn)成本。

采取紙盒成型機則能夠解決現(xiàn)有技術中生產(chǎn)效率低、成本高和產(chǎn)線占空間等問題。紙盒成型機采用可編程序控制器（PLC）、光電跟蹤系統(tǒng)、液壓氣動系統(tǒng)、人機界面等，一機實現(xiàn)自動送面紙、面紙上膠、紙板自動輸送、紙板成型貼四角、定位貼合、紙盒成型等作業(yè)，生產(chǎn)效率顯著提高。

但天地蓋紙盒的定位貼合裝置是通過光電定位的方式，這種方式結(jié)構簡單，調(diào)節(jié)方便，但是卻有極大的缺陷：速度和精度不可兼得。當生產(chǎn)速度提高，這種定位方式的精度則不能保證，尤其是當生產(chǎn)的產(chǎn)品是手機盒等對精度要求較高的3C產(chǎn)品包裝盒時，速度不快的問題就顯現(xiàn)出來。

生產(chǎn)工藝

天地蓋紙盒的主要原材料是面紙和灰紙，成型工藝就是通過機器，將面紙和灰盒進行高精度貼合，并做折疊成型的一個過程。其中，面紙紙張通過模切、覆膜等步驟，制成大小、形狀一致的半成品；灰紙亦通過模切、開槽、貼角等步驟，剪裁成大小形狀一致，和面紙進行貼合。

具體工藝中，飛達送紙由變頻器或伺服驅(qū)動器控制；面紙過膠需要穩(wěn)定的溫控器；皮帶送紙需要皮帶以定長輸送，將面紙送至相機下方；視覺定即觸發(fā)相機拍照確定面紙的位置信息并傳遞給機器人；手臂貼合是由機器人完成紙盒和面紙的貼合工作；抓手抓盒是經(jīng)過壓盒動作后，成型機的抓手伺服把紙盒從皮帶上抓至成型機上；之后成型下壓軸會下壓，完成紙盒成型動作。

從工藝中可以看出，前期的飛達送紙、過膠，后期的抓盒、成型等步驟均是已經(jīng)成熟的部分，但是關鍵點在于：如何做到組裝部分的高速高精。

應用方案

臺達提供的全自動天地蓋紙盒成型機解決方案，首先在盒紙貼合部分使用了SCARA工業(yè)機器人+視覺系統(tǒng)，以替代傳統(tǒng)的3光電機械定位法，達到高速高精度的貼合效果；客制化的操作軟體，保證更換產(chǎn)品時的操作人性化和高時效性。同時方案也使用了多軸運動控制器DVP50MC系列、伺服驅(qū)動器ASDA-A2-E系列等，同時采取EtherCAT總線型的配置，保證了整機的高速高效。

其中，SCARA工業(yè)機器人DRS40L系列作為執(zhí)行機構，主要負責從固定位置抓取紙盒，然后根據(jù)面紙來料的不同，將紙盒放到面紙上；機器視覺系統(tǒng)DMV用于信息采集，負責對盒紙進行拍照和圖像處理，得到面紙當前的位置坐標和角度信息。

為了保證整機的高效，方案的主控制器采用臺達最新推出的EtherCAT總線運動控制器DVP50MC11T；在驅(qū)控部分采用臺達伺服驅(qū)動器ASD-A2-E系列（亦支援EtherCAT總線控制），負責皮帶送料、抓手抓盒、成型下壓等動作；臺達VFD-EL系列變頻器則用于實現(xiàn)膠輥過膠、飛達送紙等動作；采用人機界面（HMI）DOP-100系列用于完成人機交互，同時作為上位機，通過RS485給溫控器下溫度命令及開關命令；采用臺達溫控器DTE系列測試膠水的溫度，保證產(chǎn)品成型質(zhì)量；臺達工業(yè)圖控系統(tǒng)SCADA軟件可對整個產(chǎn)線進行監(jiān)控，并將生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳MES系統(tǒng)。

臺達解決方案中還包括一套為天地蓋工作站的操作軟件，內(nèi)含“一鍵標定”“視覺操作”“快速換線”“實時糾偏”等功能，方便客戶在于操作方面需付出的時間成本和學習維護成本。

臺達提供的全自動天地蓋紙盒成型機解決方案，關鍵產(chǎn)品、監(jiān)控軟件全部采用臺達工業(yè)自動化產(chǎn)品，整合維護更加方便、容易。方案中用機器視覺+SCARA工業(yè)機器人的方案替代原來的光電機械定位法，從根本上提高了成型機的精度和產(chǎn)能。

該方案的優(yōu)點還包括：多機一屏，定制操作軟件提供高效操作平臺；SCARA工業(yè)機器人重復定位精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；臺達視覺系統(tǒng)，功能強大，速度快，精度高；“一鍵標定”、“一鍵換線”、“自動計算取料點”、“一鍵生成樣本”等特色功能極大的減少人工操作；豐富接口，后續(xù)可升級接入制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）系統(tǒng)，建構理想中智能制造解決方案。

SCARA機器人與機器視覺系統(tǒng)打造完美螺絲分揀包裝解決方案

近年來消費者的消費習慣改變，對個人化家具的需求也逐漸提升。許多家具制造商開始經(jīng)營定制家具的生產(chǎn)與服務，并通過家具系統(tǒng)模塊化的方式，提供消費者多樣化、客制化的需求。通過模塊化，制造商將家居產(chǎn)品拆分為單一零件，消費者或是設計師僅需依照圖紙說明即可組裝完畢。其中在組裝的過程中，家具商品需配套消費者正確且足夠的螺絲組，才能完成有效的安裝。通過機臺自動化，臺達提供模塊家具制造商螺絲分揀及包裝的整合解決方案，不只可省下大量時間與人力，螺絲包裝的程序也能更為精致，幫助企業(yè)實現(xiàn)技術升級等效益。

項目方案

螺絲包裝的工藝流程大致可分為：熱壓包裝移入、放料以及封裝三個程序。早期傳統(tǒng)人力螺絲放料及包裝費工費時，且容易產(chǎn)生零件放錯位置、或是單一料盒內(nèi)料數(shù)不足的情況。這些情況容易導致不良品產(chǎn)出，造成客戶購買后無法成功組裝，降低日后購買組裝家具產(chǎn)品的意愿。

針對客戶螺絲檢測與包裝的需求，臺達采用4臺SCARA工業(yè)機器人DRS60L系列及控制系統(tǒng)，搭配4組機器視覺系統(tǒng)DMV2000系列與新一代專用鏡頭，建構“自動化取放料站”進行螺絲入料與包裝制程，實現(xiàn)快速換料與擴充物料種類，滿足產(chǎn)線自動分揀包裝的靈活性與多樣性。

實際作業(yè)流程上，輸送帶將空置的盛料盒輸送至各個機器人工作站，由各站的機器視覺DMV2000系列先進行“視覺辨識”，處理拍攝下的工料畫面，檢測信號通過RS-232通訊協(xié)議傳輸至機器人控制驅(qū)動一體機ASDA-MS系列中，再由SCARA工業(yè)機器人從取料區(qū)夾取對應的螺絲料件，放入盛料盒中完成分揀動作。配料完成后，盛料盒將送至熱壓包裝機進行封裝，完成螺絲檢測包裝程序。

同時，在整體產(chǎn)線的編程控制上，臺達采用高功能標準型控制器DVP-EH3系列作為主控制器，為產(chǎn)線的入料、輸送帶運行與收料作業(yè)進行編程控制。上位主機通過工業(yè)高速以太網(wǎng)通訊，可與產(chǎn)在線的DVP-EH3系列及各個機器人工作站的控制驅(qū)動一體機ASDA-MS系列進行實時數(shù)據(jù)傳輸。用戶可依照需求，利用上位主機調(diào)整編程指令，實時修改產(chǎn)在線各運動軸與SCARA工業(yè)機器人的動作，達到高速且靈活的控制效能。

項目總結(jié)

在實際配套使用后，臺達螺絲分揀包裝解決方案能夠有效為客戶帶來以下效益：

．實現(xiàn)“分揀-包裝”自動產(chǎn)線整合：通過SCARA工業(yè)機器人與機器視覺系統(tǒng)整合使用，該解決方案可在僅需要一條產(chǎn)線的情況下，即可同時進行多款螺絲工件的分揀與包裝制程，可節(jié)省大量廠房空間，同時提升產(chǎn)能。

．高兼容性通訊，協(xié)助固有機組升級：在產(chǎn)線各運動軸上，高功能標準型控制器DVP-EH3系列采用脈波定位控制，與客戶固有設備的通訊一致，不需更換機臺即可與控制組件相互交換數(shù)據(jù)，執(zhí)行控制指令，達到機組輕松升級的目的。

．取代傳統(tǒng)人力，降低不良率與成本：SCARA工業(yè)機器人和機器視覺系統(tǒng)取代人力進行放料與料件檢測，提高螺絲包良率與整體產(chǎn)能，節(jié)省人力與降低售后服務成本。