摘 要：擬开发一款用于液晶面板生产车间的实现产品喷码、校验码、产品按等级分拣的自动化装置。由于自动喷码分拣机的研制属于非标准机械设计，无类似设计和经验可以参考，难免引起一些无法预知的问题，而利用SolidWorks软件构建三维模型，并且完成该装置的虚拟样机设计，可以为后续物理样机的制作提供理论依据和经验参考。
关键词：自动喷码；物料分拣；虚拟样机；SolidWorks
1 引言
随着液晶面板在电视、手机、笔记本电脑、显示器以及手持终端设备等领域的广泛应用，近年来发展迅猛，已受到人们的广泛关注。目前在液晶面板生产过程中，物料分拣工序还是人工操作，因该工序的工作需要大量的人力和时间，从而导致生产周期长、人力和生产成本高等问题。为了进一步提升企业的智能制造水平，本文采用SolidWorks软件设计了一款专门用于液晶面板生产车间的，能够实现液晶面板的自动喷码和分拣的新型装置。
在该装置的研制过程中，利用SolidWorks软件构建零件的三维模型，并组装成虚拟样机，可以清晰地表达零部件的装配关系，给人以直观的认识，为后续物理样机的制作提供理论依据。
2 总体结构设计和工作原理
2.1 总体结构
根据液晶面板的生产工艺要求，经过多次的理论分析、方案论证和实验验证，最终确立自动喷码分拣机的总体设计方案，整体结构如图1所示。
该装置主要由机架、产品传输与分拣系统、托盘循环系统和控制系统等组成。整体结构采用对称式布置，两组托盘的进料口和成品出料口分别布置在两侧，可实现产品按A级和B级出货，避免不同等级的产品混淆，节省空间和制造成本，便于人员操作、维护和维修。
1-机架；2-产品传输与分拣系统；3-托盘循环系统；4-托盘进料口；5-成品出料口；6-不合格品取料口
2.1.1 产品传输与分拣系统
该系统主要由上料机器人、多组高精度工业相机、上料皮带线、来料翻转机构、产品喷码皮带线、读码器、喷码器、下料翻转机构、下料机器人、下料皮带线和不合格品皮带线等组件构成，用于实现产品检测、搬运、物料号码识别、产品正反面切换、喷码、喷码校验、喷码品相检验和按等级分拣等功能，该系统结构如图2所示。
由于产品的生产节拍要求为3.5s，产品的来料始终是反面朝上，但是位置不固定，而且产品外框与托盘型腔外框的间隙仅为±0.3mm，本文设计采用四轴机器人和工业相机搭建一套物料搬运系统，工业相机用于拍摄来料产品的图像，控制系统对图像的位置数据进行分析和处理，转换成为运动控制系统的坐标信息，再将这些坐标信息传输到机器人的控制器中，控制机器人实现产品的自动抓取、搬运和分拣装盘，使该装置具有更高的生产柔性。
1-1#工业相机；2-上料皮带线；3-上料机器人；4-来料翻转机构；5-产品喷码皮带线；6-读码器；7-3#工业相机；8-下料翻转机构；9-下料皮带线；10-不合格品皮带线；11-产品下料位置；12-下料机器人；13-喷码器；14-2#工业相机
2.1.2 托盘循环系统
该系统主要由空托盘进料机构、托盘阻挡机构、空托盘进料皮带线、托盘归正机构、托盘升降机构、单托盘移载机构、单托盘运输皮带线、单托盘归正机构、满托盘退料皮带线和满托盘退料机构等组成，用于实现空托盘上料、升降、单托盘分离、单托盘运输定位、满托盘叠放、满托盘下料的循环周转功能，为下料机器人摆放产品供给空托盘，系统结构如图3所示。
1-空托盘进料机构；2-托盘阻挡机构；3-空托盘进料皮带线；4-托盘归正机构；5-托盘升降机构；6-单托盘移载机构；7-单托盘运输皮带线；8-单托盘归正机构；9-满托盘退料皮带线；10-满托盘退料机构；11-托盘等待装盘位置；12-空托盘等待上料位置；13-满托盘等待下料位置
2.2 工作原理
本文设计的自动喷码分拣机的工作原理为：作业员确定当日生产的产品规格后，在操作界面内录入产品信息，并将整摞的空托盘置于进料口，托盘将自动进入装置内，托盘循环系统将自动完成托盘的整摞运输、定位、提升、分单盘、单盘定位、单盘运输、产品摆盘和满盘码放等工作。
该装置的产品抓取、搬运和分拣的运行模式分为如下两种情况：
第一种情况：来料产品的物料号码朝上，当来料传感器检测到上游设备传输来的产品时，1#工业相机启动拍摄产品的位置，并识别产品的物料号码上传到控制系统，下载条码信息给喷码机，同时由上料机器人抓取产品放在上料翻转机构上，经过翻转、喷码、读码校验、喷码品相校验等工序后，将产品传输至下料机器人下方的产品下料位置。此时，如果产品是反面朝上出货，下料翻转机构启动从下料皮带线上抓取产品，完成翻转动作后，下料机器人从下料翻转机构上抓取产品，然后按A级和B级分别摆放至两侧下料托盘；如果产品是正面朝上出货，下料机器人直接从下料皮带线上抓取产品，按A级和B级分别摆放至两侧下料托盘，最后将满托盘码放完成后出货；不合格品由下料机器人直接抓取到不合格品皮带线上。
第二种情况：来料产品的物料号码朝下，当来料传感器检测到上游设备传输来的产品时， 1#工业相机启动拍摄产品的位置，再由上料机器人抓取产品放在上料翻转机构，完成翻转动作后将产品放在喷码皮带线上，然后2#工业相机启动拍摄并识别产品的物料号码上传到控制系统，下载条码信息给喷码机，产品经过喷码、读码校验、喷码品相校验等工序后，将产品传输至下料机器人下方的产品下料位置。后续下料机器人抓取产品的运行模式与第一种情况相同，此处不再赘述。
2.3 主要技术参数
本文设计的全自动喷码分拣机的主要技术参数见表1。
3 虚拟样机的设计过程
3.1 设计方法
SolidWorks软件的参数化设计是以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者先进行二维草图设计，勾画出零件的特征轮廓，然后输入约束和尺寸数值来完成最终的设计，并能够方便、快捷地创建几乎任何复杂形状的实体模型，可以满足绝大部分的工程设计的需要；SolidWorks有统一的内部数据库，所有数据都相互关联，任何一个功能模块中对零件的修改都会自动反映到其他模块中。