傳感器在齒軌自動化淬火工藝中的應用

張勇 孫永鵬 韓文濤 米佩 謝賽賽 王甜甜

摘要：隨著自動化及傳感器技術(shù)飛速發(fā)展，以及市場對產(chǎn)品高質(zhì)量、高效率的迫切需求，各種傳感器、機器人在熱處理感應淬火中的應用越來越多。本文主要介紹了機器人和位移傳感器在齒軌自動化淬火工藝技術(shù)中的應用情況。通過運用機器人和位移傳感器實現(xiàn)了齒軌的自動化感應淬火，在保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的情況下，提高了齒軌的生產(chǎn)效率，減輕了操作者的勞動強度。

Abstract： With the rapid development of automation and sensor technology， and the urgent demand for high quality and high efficiency of products in the market， more and more sensors and robots are used in heat treatment induction quenching. This paper mainly introduces the application of robot and displacement sensor in automatic quenching technology of rack rail. The automatic induction quenching of rack rail is realized by using robot and displacement sensor， under the condition of ensuring the stability of product quality， the production efficiency of rack rail is improved and the labor intensity of operator is reduced.

關(guān)鍵詞：齒軌;自動化;機器人;傳感器;視覺;位移

Key words： rack rail;automation;robot;sensor;vision;displacement

中圖分類號：TP212.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）31-0140-02

0? 引言

刮板輸送機齒軌與采煤機齒輪通過嚙合，帶動采煤機前進。在使用過程中，齒軌齒柱部位容易發(fā)生磨損失效，所以需要對齒柱增加感應淬火處理。生產(chǎn)實際操作過程每件需人工吊裝、人工調(diào)整間隙、人員技能差異容易造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，為實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，本文主要介紹機器人、圖像識別傳感器及位移傳感器技術(shù)在齒軌自動化淬火工藝技術(shù)中的應用情況。

1? 自動化運行方式、過程介紹

1.1 機器人拆垛、位移檢測、圖像識別過程應用

搬運機器人末端安裝特定的握持工裝和位移傳感器，實現(xiàn)工件放置工作臺后自動對特定點偏差進行檢測，將偏差值轉(zhuǎn)換為電信號反饋至PLC，通過編程實現(xiàn)機床加熱感應器從原點位置到工件淬火位置的自動補償，從而實現(xiàn)搬運和感應器與工件間隙調(diào)整的全自動化。

當然，這一過程也帶來了很多新的挑戰(zhàn)：①工件拆垛放置到工裝臺精度要求高。②工件被測點的形狀偏差不能太大（毛坯件）。③機械手旋轉(zhuǎn)合適的角度使位移傳感器的探頭能準確、安全的檢測到被測工件。④選取合適的位移傳感器滿足間隙調(diào)整誤差。⑤投資額度高，回收周期長。為能獲得高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)，以及高精度檢測，需要培養(yǎng)高素質(zhì)的操作人員，同時，制定精準合理的機器人拆垛及位移傳感器檢測工藝尤為重要。

機器人拆垛及位移傳感器檢測工藝流程主要有：拍照home點（每層）獲取→每層首件輪廓識別home點獲取→根據(jù)輪廓長、寬計算抓取中點位置→機械手抓取工件→旋轉(zhuǎn)一定角度放置二次定位臺→再次拍照輪廓范圍計算抓取中點位置→旋轉(zhuǎn)一定角度放置淬火工裝位→氣缸夾緊→執(zhí)行位置檢測→淬火感應器補償偏差→移動感應器至淬火位進行淬火工序。

1.2 機器人拆垛工藝分析

拆垛及上料：每層需要首件拍照、計算、抓取;每層件數(shù)可以根據(jù)實際需求進行程序編輯。例如第一層實際5件，那么可以將第一件設置為0，第二件設置為1……當抓取到4時，首層抓取完畢，程序跳轉(zhuǎn)到第二層首件設置為0……以此類推。二次拍照定位：拆跺完成后將工件放置二次定位臺，采用孔定位、邊緣定位等技術(shù)，精準二次定位抓取工件。

1.3 位移傳感器檢測工藝分析

位移檢測與補償：每件工件放置淬火工作臺時，機械手旋轉(zhuǎn)一定角度開始執(zhí)行位移檢測，設定允許最大偏差范圍，位移檢測傳感器將電信號反饋至PLC程序，詳見圖1、圖2， 并根據(jù)設定條件自動計算感應器應補償?shù)膶嶋H偏差，始終保持感應器與工件間的淬火間隙為工藝設定的最佳位置。

傳感器選型：F系列筆式或回彈式LVDT位移傳感器具有優(yōu)良的性能，實用與位移監(jiān)測、質(zhì)量控制和計量應用中的高精度、高重復性測量，廣泛應用于航空、機械、鐵路等工業(yè)領域。測量頭采用高硬度的耐磨材料氧化硅，測軸移動部分采用精密導軌。傳感器外配變送器，12-24V DC供電，電子電路密封在304不銹鋼金屬管內(nèi)，可以在潮濕和灰塵等惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定工作，輸出0-5V、0-10V、4-20mA模擬量信號或者RS485數(shù)字信號，方便接PLC系統(tǒng)等采集裝置或者數(shù)顯裝置使用。詳見圖3。

1.4 位移傳感器實際使用注意事項

①位移檢測時傳感器探頭應垂直檢測被測工件點，不可以超量程使用。

②使用過程應該避開高溫、高輻射、靜電干擾、高頻干擾及電磁干擾等干擾信號源。

③傳感器屏蔽線接地良好。

④傳感器要安裝在機械手位置時應盡量采用廠家提供的安裝支架，或相關(guān)技術(shù)人員指導下安裝，避免誤操作損壞。

⑤應保證機器人TCP點的準確以及在示教時以合理運動軌跡示教，最好的編程方法是將各個程序段單獨編寫，在整個拆垛、位移檢測、碼垛等工序執(zhí)行時執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令，程序利于維護。

2? 位移傳感器在生產(chǎn)現(xiàn)場使用

依我公司的某型號齒軌自動化（圖4、圖5所示）感應淬火設備為例，介紹位移傳感器在中高頻淬火間隙調(diào)整中的具體應用。

步驟一：機械手將工件如圖4放置工裝臺，氣缸夾緊工件后。

步驟二：手動將感應器調(diào)整到合適淬火間隙并記錄此時感應器位置。

步驟三：重復步驟一、二將要淬火感應器的合適位置記錄完成記錄感應器及位移檢測點位置至程序。

步驟四：位置傳感器檢測（如圖4）齒柱剖面圖弧面最高點并記錄最高點位置至機器人TP程序。

步驟五：當以上步驟完成后機器人將工件位置偏差值傳送至PLC程序，此時感應根據(jù)從原點執(zhí)行位置補償運行至合適淬火間隙記錄點開始加熱，直至整個工件淬火完成。

3? 自動化程序淬火完成后切片輪廓及硬度檢測

淬火完成后對齒柱進行切片腐蝕及硬度檢驗，采用線切割切片、拋光后采用25%硝酸溶液進行腐蝕，再用75%酒精溶液進行清洗、吹干后采用臺式里氏硬度計對淬硬層及深度檢驗，滿足技術(shù)要求。

從腐蝕輪廓清楚的看出均勻性符合預期目的，將合格工藝記錄固化，操作者只需調(diào)用程序即可實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的產(chǎn)品質(zhì)量。

4? 結(jié)束語

隨著自動化的快速發(fā)展，搬運機器人、位移檢測傳感器等軟件的應用，解決了傳統(tǒng)人力繁重的勞動強度，將最佳的工藝參數(shù)固定化，避免了人的因素導致的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象。

①根據(jù)生產(chǎn)需求需要進行相關(guān)智能制造的合理方案設計，用于解決目前熱處理設備的非標現(xiàn)象，實現(xiàn)間隙的均勻性、生產(chǎn)效率的提升、圖像的精準識別。

②工藝參數(shù)固化需要很長的實驗來完善，因此，齒軌仿形感應器的設計需要具備高質(zhì)量，否則智能化的位移檢測將失去一定的意義。

參考文獻：

[1]王會永，刑力，李向南，等.工業(yè)機器人的應用現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].機電技術(shù)，2018（6）.

[2]沈慶通，黃志編著.感應熱處理技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社.

[3]胡光立，謝希文編著.鋼的熱處理（原理和工藝）[M].西北工業(yè)大學出版社，2016.