基于EtherCAT总线的全自动托盘生产设备研究与实现

发布时间：2020-06-04 12:08

【摘要】：托盘作为现代物流系统中的重要作业单元,为产品货物的装卸、运输及仓储提供了极大便利,有效地促进了物流行业的发展。纸托盘具有质量轻,可回收,环保无污染等特点,在生活家居,贵重易碎等物品运输中广泛应用。但是由于产品货物形状各异,市场中流通使用的纸托盘规格各异。当前托盘生产方式多为手工或半自动化辅助组装加工,安装尺寸不统一,精度难以保证,生产效率低,快速完成各种类型托盘生产的柔性自动化生产设备需求与日俱增。近年来,随着智能制造技术的发展,EtherCAT总线技术以其拓扑灵活、成本低、实时性好、同步性高等特点广泛应用于各种自动化设备中,大大简化了设备控制系统开发流程。因此,本课题结合企业实际生产需求,研制基于EtherCAT总线的全自动托盘生产设备。本文研究与工作内容如下:(1)全自动托盘生产设备机械结构设计。分析了瓦楞纸托盘生产工艺,在此基础上,设计了全自动托盘生产设备机械结构方案,建立了设备机械结构三维模型,对机械结构设计中的关键零部件进行选型,并对设备的关键部件门形支架结构进行了有限元静力学分析,验证设计方案的可靠性。(2)基于EtherCAT总线的控制系统方案设计。根据设备的控制功能需求,设计了设备强电系统及气动控制回路,搭建了基于EtherCAT总线集成视觉检测功能的测控系统,设计并制作了用于EtherCAT测控板的电压、电荷放大电路板及EtherCAT I/O电路板。(3)设备控制系统软件设计与开发。在控制系统硬件基础上设计开发了基于Windows+KRTS的EtherCAT主站以及全自动托盘生产设备控制系统软件主程序,设计开发了设备控制系统人机界面,并开发了视觉检测功能控制软件。(4)设备整体实现及性能测试。完成了基于EtherCAT总线的全自动托盘生产设备整机安装、调试、运行,该设备达到了全自动柔性生产的要求。测量了设备控制系统实时性及EtherCAT I/O电路板实时性,验证了EtherCAT测控电路板A/D采集性能及电压、电荷放大电路板功能,并完成了视觉伺服控制系统测试。
【图文】：

手工生产,方式,底脚,托盘

青岛德音包装有限公司实际生产中主要采用图1.1 所示人工组装生产及图 1.2 所示半自动化组装生产两种方式。图 1.1 手工生产方式图 1.2 半自动化生产方式Fig 1.1 Manual mode of production Fig 1.2 Semi-automatic production mode手工生产方式中，托盘底脚的涂胶搬运、托盘纸板及底脚的转移定位都需手工完成，托盘底脚分布定位使用类型标尺作为辅助工具，根据所要加工托盘种类的不同每次选用不同长度种类的类型标尺，利用类型标尺的长度组合测量出每个托盘底脚实际位置并放置托盘底脚，该种生产方式每一个托盘底脚的定位都需要使用一次或多次类型标尺，生产完成后需要手工转移托盘成品，且需要两人同时合作完成，加工流程复杂，耗时费力。安装完成后托盘底脚容易发生角度及位置偏转，造成产品质量问题。半自动化生产方式中托盘底脚的涂胶工作由手动改进为机器涂胶，托盘底脚的定位使用类型模板，有效地解决了托盘底脚角度旋转及所有底脚的整体定位问题，但是底脚及纸板转移动作、底脚分布过程依旧需要两人同时搬运，更换加工类型后必须调整或更换类型模板，类型模板的重新定位易造成底脚尺寸偏移，因此，虽然半自动化生产相较于手工生产方式解放了部分劳动程序，但并未能显著提高托盘加工效率、降低人工成本，托盘产品质量依旧难以保证。随着劳动力成本增加及产品质量、数量需求，托盘生产设备的自动化、柔性化成为必然发展趋势。其中，控制系统作为自动化设备的“神经中枢”，，对自动化设备的正常运行有着至关重要的作用。由控制系统总体架构观点分析，控制系统总体可分为集中式控制系统和分布式控制系统两类[9,10]：（1）集中式控制系统结构形式如图 1.3 所示，由一台主控制器来协调各轴的运动，并完成运动位置等

生产方式,托盘,底脚,手工生产

图 1.1 手工生产方式图 1.2 半自动化生产方式Fig 1.1 Manual mode of production Fig 1.2 Semi-automatic production mode手工生产方式中，托盘底脚的涂胶搬运、托盘纸板及底脚的转移定位都需手完成，托盘底脚分布定位使用类型标尺作为辅助工具，根据所要加工托盘种类不同每次选用不同长度种类的类型标尺，利用类型标尺的长度组合测量出每个
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TH122

【参考文献】