浅谈工业机器人在注塑取件自动化中的应用

韩立勇 葛冠超 王峰

宁波海天智联科技有限公司

摘要：工业机器人是广泛应用于工业领域的多关节机械手，是一个多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的控制能力实现各种工业加工制造的功能。工业机器人被广泛的应用于各个行业中。在现在的工业4.0、智能制造时代 ，工业机器人已经出现在注塑周边自动化领域 ，并和注塑机集成在一起形成一整套智能制造解决方案，注塑取件自动化作为其中的一个重要细分行业，我们执行了很多相关的项目，在此作一个初步的探索，总结相关的经验，探讨一些存在的问题。

关键词：工业机器人；注塑自动化；行业应用分析

0. 引言

这几年，全球工业机器人行业保持快速发展，据数据，全球工业机器人年销量由 2001 年的 7.8 万台增长至 2016 年的 29.4 万台，增幅 277%，近 6 年来（2010-2016），复合年均增长率达 16%，行业呈现出加速发展的趋势。预计 2020 年全球功能工业机器人销售量将接近 50.9 万台，2013 年以来年平均增速 16.8%。其中，我国是增长最快也是需求最大的市场。预计到2020年中国在全球的市场份额将进一步扩大，届时将有21万台工业机器人在中国销售，占比全球市场份额的40%。据统计2017年-2020年间，中国工业机器人销量年均复合增长率为27.54%，超过全球14.62%的年均复合增长率。

我国塑料机械不断发展，市场规模逐年扩大。在经历了2012年市场低点之后，随着下游塑料制品需求量的增加，我国塑料机械市场规模逐年扩大，稳定增长。2016年，我国塑料机械市场规模达到了637.47亿元，同比增长9.60%，我国已经是世界塑料机械生产大国、消费大国和出口大国。我国塑机行业十三五规划要求行业保持年均10%增速，按照该增长速度测算，我国塑机市场规模有望在2021年超过1000亿元，按照注塑机在我国塑料机械产值中占比40%-50%估算，注塑机市场规模约500亿元。与此同时，工业机器人在注塑配套自动化中的运用越来越广，通过工业机器人和注塑机的深度结合，可以高效完成注塑产品的取件、去除水口、火焰修边、激光打标、自动称重、合格不合格品分类放置等一系列注塑生产及其相关的机边自动化工序，极大的减少了注塑周边的人员需求，提高了注塑周边的自动化水平，为注塑企业创造良好的效益，减轻了注塑从业人员的劳动强度。

0. 工业机器人在注塑取件自动化中的发展

   1. 工业机器人在注塑取件自动化中的发展

最早注塑专用的横走式机械手起步于1967年，因为注塑行业客户的强烈需求，横走式机械手开始普及。现在横走式机械手是现在注塑工厂最常用的标准机械手样式，主要用于注塑的标准取件。进入21世纪以来，随着注塑零件的要求的越来越高，机边自动化的要求也相应的提升，原有横走式机械手无法满足高要求的注塑机边自动化应用。随之工业机器人逐渐进入注塑机边自动化，满足日益复杂的机边自动化，完成除产品取出外的机边水口剪切、火焰修边、嵌件的埋入、激光打标读码、称重、合格不合格区分等一系列机边动作，实现高效的注塑机边自动化。海迈克自动化侧重于注塑周边自动化应用多年，对注塑周边自动化有着独到的理解和探索，是注塑周边自动化的领航者。

0. 工业机器人和注塑机集成的常见应用

   1. 工业机器人在注塑自动化中的水口剪切应用

工业机器人在注塑取件自动化中的水口剪切应用，利用工业机器人的高精度、高柔性，机器人六轴法兰处的治具将产品从塑机内取出，在3D空间动作，进行水口的剪切和切割。剪切装置主要包含两种：炮筒剪和专用割刀两种样式。炮筒剪是专用的水口剪切装置，包含安装支架和各种形式的剪刀体和刀头样式，能满足大部分的浇口剪切，一般能达到±0.3mm以上的剪切精度。专用割刀包含割刀安装支架、割刀夹持装置的部分构成，整体设备用化学锚栓固定于地面，整体强度较好，能够比较好的完成侧面浇口、扇形浇口、碟形浇口、环形浇口、针点浇口等样式的剪切，一般能达到±0.1mm的剪切精度

实际产品注塑在早期设计的时候就应该将浇口的样式提前考虑，满足模流的情况下，浇口尽量减少，壁厚小于1mm，壁厚均匀，不能再弯曲较大的面上，避免搭接浇口、潜伏式浇口、牛角浇口等样式的浇口。工业机器人的运用可以解放繁琐重复的水口剪切工作，又能保证产品的稳定性和一致性。

0. 2. 工业机器人在注塑自动化的火焰修边应用

工业机器人在注塑自动化火焰修边中的应用，火焰修边是一种利用天然气或液化点火燃烧，机器人抓取工件，让火焰均匀稳定的扫过注塑件的分型面，去除注塑成型过程的毛边、飞絮的工序。产品注塑过程中，因为模具或者合模力等原因，产品分型面容易出现细小毛刺、飞絮等。产品后续往往有喷漆工序，产品喷漆后表面残留飞絮、毛边等会更加的明显，影响产品的美观，导致产品不合格。原来是通过人工手术刀修分型面，此工艺的运用极大的减轻人员的工作强度，提高了效率。

0. 3. 工业机器人在注塑自动化的激光打标读码应用

随着越来越多注塑产品追溯要求的出现，很多产品注塑出来后随即在机边进行激光打标，记录下产品的生产日期、注塑机工艺参数等一系列数据。避免了传统贴纸容易掉落、标签容易替换等问题，而且没有耗材，性价比较高。

但是激光打标在部分特定的材料，或者白色、透明料的产品打标效果较差，在实际应用过程中需要提前对材料进行充分的测试，确保效果良好。

0. 4. 工业机器人在注塑自动化的称重应用

注塑产品的重量是很重要的一个参数，机边的称重形式主要有工业用电子秤、传感器加仿型工装、皮带秤等几种样式。机器人将产品放置到称重台上，称重台称重稳定后反馈重量给控制系统，系统进行判断是否OK，并将数据存储于机边服务器。机器人再将产品抓取到下道工序，完成称重工序。此工序能确保注塑产品的质量稳定性。

3 工业机器人和注塑机集成的信号安全交互

目前国内用得比较多的公认标准是欧标12和欧标67。该接口是一种标准的握手协议，协调了注塑机与机械手的顺序动作、信号互锁。接口定义了机械安装方式以及电气协议，国内有许多注塑机制造商，与机器人接口的电气协议也是各种各样，接口是注塑机与机械手沟通的语言，注塑机厂商、机械手厂商、用户若都能使用这种标准语言，那么会给行业带来极大的便捷，提升整体效率和工业机器人集成的安全性。

4 工业机器人和注塑机集成存在的一些问题

现在工业机器人和注塑机的集成应用日益增多，整个行业的标准化做的还不够多，很多集成方案还只是停留在几个简单的功能，或者仅做一些简单功能的组合应用。各自控制，互相交互，没有形成一个整体，没有充分发挥各自的优势。

对各个注塑机型号和对应的工业机器人做一个系列的规划，不同的臂展和负载的机器人型号对应不同规格型号的注塑机。并对注塑机和机器人的连接形式做一个系列化、标准化的设计，使得结构上合理，充分利用机器人的臂展和负载，实现更多的机边自动化工序。

制定机器人和注塑机集成的理论基础和行业技术标准，在某些特定细分行业先实现标准化、系列化。如保险杠自动化、安全气囊自动化、物流托盘自动化等等，在行业发展的技术上，充分利用自己的行业优势，完善基础的理论和行业技术标准。这样才能更好推动行业的发展，更快的培养注塑自动化领域的专业人才。能更好的为客户提供优秀的注塑领域的集成方案，创造价值，服务社会和行业。

致谢

文中的相关应用为自动化技术科同仁在行业内共同探索研究的成果，在此表示谢意。

[参考文献]

[1] 王田苗，陶永 我国工业机器人技术现状与产业化发展战略. 机械工程学报，2014（9）：1-13

[2] 中国注塑机发展现状和趋势分析

[3] EUROMAP 12/EUROMAP 67 Electrical Interfacebetween Injection Moulding Machineand Handling Device / Robot

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