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文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1003-0492（2023）05-078-04中圖分類號：TD948.9

★張升健，苑西成，朱孔翔（濟(jì)南希潤自動化科技有限公司，山東濟(jì)南250000）

關(guān)鍵詞：堵件；安裝系統(tǒng)；設(shè)計；應(yīng)用

車身的密封性能涉及車身防腐，是整車質(zhì)量的重要評價指標(biāo)之一，良好的車身密封性不僅需要合理的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計，還需要生產(chǎn)線上良好的工藝保障能力。整車制造工藝一般分為沖壓、焊裝、涂裝和總裝四個步驟，封堵件安排在涂裝和總裝車間之間。在整車涂裝車間，需要對車身上的孔位進(jìn)行封堵（安裝堵件），在總裝車間，還需要對安裝完畢的堵件進(jìn)行人工查漏，避免漏裝與安裝不到位。

1　現(xiàn)狀及存在問題

目前的隨車堵件都是人工進(jìn)行安裝，工作強(qiáng)度大，人工成本高，而且在人員靠近過程中存在一定的危險性，堵件安裝完畢后還需要進(jìn)行人工查漏，導(dǎo)致整個工作效率降低。

為解決以上問題，亟需研究一種整車隨車堵件安裝系統(tǒng)，以實現(xiàn)隨車堵件的吸取、安裝、檢測。本文提出的系統(tǒng)可以大大提高安裝速度、節(jié)省安裝時間、解放勞動力、降低工成本；同時，該安裝系統(tǒng)實現(xiàn)了安裝過程的自動安裝與檢測、安裝質(zhì)量與精度在線檢測，并且檢測過程不需要人員干涉，避免了人員靠近整車的危險性，不僅可以增加整車生產(chǎn)制造的智能化與自動化，而且通過自動安裝與檢測，能夠有效降低漏裝與安裝不到位的幾率，提高了工作效率和安裝準(zhǔn)確性。

2　技術(shù)方案及功能設(shè)計

2.1　系統(tǒng)組成

該安裝系統(tǒng)由機(jī)器人第七軌、工業(yè)機(jī)器人、3D相機(jī)、RGV小車、環(huán)形軌道、安裝工裝、PLC控制系統(tǒng)、工控機(jī)A和工控機(jī)B等組成。該系統(tǒng)的總體布置如圖1所示。

1-機(jī)器人第七軌、2-工業(yè)機(jī)器人、3-3D相機(jī)、4-RGV小車、5-環(huán)形軌道、6-安裝工裝、7-PLC控制系統(tǒng)、8-工控機(jī)A、9-工控機(jī)B

圖1 整車堵件安裝系統(tǒng)總體布置圖

工作原理：首先將車型信息輸入到PLC控制系統(tǒng)中，通過PLC控制系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人的信息進(jìn)行交互，設(shè)定工業(yè)機(jī)器人的動作安裝步驟，并將車型信息傳到工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中。利用車間吊具將整車輸送至兩側(cè)工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)范圍后，通過3D相機(jī)進(jìn)行拍照定位整車位置信息并上傳至工控機(jī)A中，與預(yù)先設(shè)定好的整車安裝位置進(jìn)行對比，得到整車實際位置與預(yù)先設(shè)定好的整車安裝位置的車輛空間偏移值，并將信息發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)，并調(diào)節(jié)工業(yè)機(jī)器人與RGV小車之間的空間位置偏移，以滿足堵件的安裝需求。調(diào)節(jié)完畢后，工業(yè)機(jī)器人開始通過工業(yè)機(jī)器人末端的安裝工裝抓取RGV小車托盤中的特定堵件，并利用傳感器檢測與車門之間的距離，依次對整車所有位置的堵件進(jìn)行安裝。所有堵件安裝完畢后，工業(yè)機(jī)器人帶動置于工業(yè)機(jī)器人末端的安裝工裝上的2D相機(jī)對每個整車孔位進(jìn)行拍照，拍照后的照片上傳至工控機(jī)B，與工控機(jī)B內(nèi)預(yù)選存放有整車安裝堵件后的照片進(jìn)行對比，從而判斷堵件是否全部安裝完畢。如果沒有，則工控機(jī)B發(fā)出錯誤提醒，并對漏裝的位置進(jìn)行標(biāo)識，工作人員根據(jù)提醒進(jìn)行二次補(bǔ)救安裝，并再次對整車孔位進(jìn)行拍照，并與工控機(jī)B內(nèi)預(yù)選存放有整車安裝堵件后的照片進(jìn)行對比判斷，如對比數(shù)據(jù)完全符合，控制程序提示全部安裝完畢，則吊具將整車運(yùn)走。RGV小車將空托盤運(yùn)行至人工擺盤位置，進(jìn)行人工擺盤。與此同時，下一輛整車再次利用吊具輸送至兩側(cè)工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)范圍后，進(jìn)行堵件安裝，依次往復(fù)循環(huán)作業(yè)。

2.2　功能設(shè)計

2.2.1　節(jié)拍及空間布局

基于整車的作業(yè)節(jié)拍要求，對整個安裝系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量及安裝形式進(jìn)行布置，選擇雙側(cè)機(jī)器人布局，整車安裝堵件位置居中布置，考慮工業(yè)機(jī)器人作業(yè)范圍限制，利用機(jī)器人第七軌進(jìn)行作業(yè)范圍的擴(kuò)展。工業(yè)機(jī)器人選擇ABB機(jī)器人，公司的型號為IRB2600-20/1.65六軸機(jī)器人，可為堵件的安裝提供更高的可靠性。

2.2.2　車聲定位系統(tǒng)

由于吊具輸送誤差的原因，車體不可能每次都能停止于完全一樣的空間位置上。為了準(zhǔn)確地將堵件安裝在車身指定位置，安裝前需要對整車的空間位置進(jìn)行精準(zhǔn)測量。

該安裝系統(tǒng)采用德國VMT視覺檢測定位系統(tǒng)來實現(xiàn)對車身自動無接觸的三維方位的精確定位，通過計算確定其當(dāng)前方位偏差，即6個自由度的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（X、Y、Z、RX、RY、RZ），并將該方位矯正矢量傳送給工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)，以確保工業(yè)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確去安裝堵件。

視覺系統(tǒng)配置示意圖如圖2所示，此過程中視覺系統(tǒng)需要解決的任務(wù)如下：

（1）整車停止位置的三維方位確定，用于車身定位識別；

（2）通過識別車體上的一些固有的特征標(biāo)記來確定其當(dāng)前方位偏差，并將該方位矯正矢量上傳，用于機(jī)器人進(jìn)行精確位置偏移。

圖2 整車堵件安裝系統(tǒng)3D視覺系統(tǒng)配置示意圖

2.2.3　通訊方式的確認(rèn)

Framegrabbe：該系統(tǒng)項目采用的是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，此處為標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)通訊；

Ethernet：測距儀和工控機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接；

Profinet：機(jī)器人主站，視覺系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)從站。

2.2.4　安裝工裝研究

安裝工裝的形式和功能決定了堵件安裝的速度和可靠性，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。設(shè)計一種滿足功能的安裝工裝極其重要，既要具備旋轉(zhuǎn)功能和吸附功能，還要實現(xiàn)對堵件安裝位置進(jìn)行檢查的功能。

基于以上的功能要求，該安裝工裝設(shè)計了2D相機(jī)、光源、測距傳感器、吸盤、活動氣座、轉(zhuǎn)軸、固定桿等部件，按功能分為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、吸附機(jī)構(gòu)和2D相機(jī)裝置。其中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)板（共用）、軸座、轉(zhuǎn)軸、軸座、隔套、連通塊、電磁閥、機(jī)器人連接法蘭、固定桿、保護(hù)罩、轉(zhuǎn)接法蘭等組成，通過機(jī)器人連接法蘭與工業(yè)機(jī)器人末端連接；吸附機(jī)構(gòu)由吸盤、抽氣嘴、活動氣座、測距傳感器、連接件、旋轉(zhuǎn)板（共用）等組成，通過調(diào)整活動氣座的個數(shù)，增加吸盤和測距傳感器的數(shù)量，達(dá)到一次吸附多個堵件的功能；2D視覺裝置采用康耐視公司的型號為IS8200M-636的視覺2D相機(jī)（或者相同功能的其它2D相機(jī)），由托板、相機(jī)護(hù)罩、環(huán)形光源、托塊、滑槽、支撐板、連接板組成，通過托板與旋轉(zhuǎn)板連接，通過2D視覺裝置實現(xiàn)對堵件安裝位置的檢查。該安裝工裝的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1-2D相機(jī)、2-光源、3-測距傳感器、4-吸盤、5-活動氣座、6-轉(zhuǎn)軸、7-固定桿

圖3 整車堵件安裝系統(tǒng)的安裝工裝結(jié)構(gòu)圖

2.3　關(guān)鍵零部件設(shè)計

2.3.1　轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)板

為了保證結(jié)構(gòu)上的緊湊性和實用性，在旋轉(zhuǎn)板上設(shè)有與吸盤連通的第一進(jìn)氣通道，同時在轉(zhuǎn)軸內(nèi)設(shè)有與第一進(jìn)氣通道連通的過氣孔；為了保證結(jié)構(gòu)的密封性，在轉(zhuǎn)軸的外部套有隔套，隔套的兩側(cè)設(shè)有格萊圈，隔套的材質(zhì)為乙縮醛共聚物；為了確保氣體連通，在隔套的內(nèi)壁與外壁上均設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)有與過氣孔連通的輸氣孔，輸氣地均勻設(shè)置多個，軸套的內(nèi)壁上設(shè)有與輸氣孔連通的進(jìn)氣孔，軸套的外側(cè)壁上設(shè)有與進(jìn)氣孔連通的出氣孔，出氣孔與抽氣嘴連通，孔與孔的連接處通過密封圈來提高氣密性。通過上述結(jié)構(gòu)，省去了外部氣管，在工裝內(nèi)鉆孔形成氣體通道，一方面，讓工裝整體結(jié)構(gòu)更加簡潔，便于使用與檢修；另一方面，使用更加可靠，解決了氣管老化、易漏氣的問題，提高了使用壽命。轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

1-過氣孔、2-本體

圖4 轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2　軸座與連通塊

為了提高整車堵件安裝工裝使用的便利性，如圖5所示，在軸座的側(cè)壁上增設(shè)了連通塊和電磁閥，連通塊內(nèi)設(shè)導(dǎo)氣孔，導(dǎo)氣孔與出氣孔連通，電磁閥分別與導(dǎo)氣孔、抽氣嘴連通。將電磁閥集成在工裝上，能夠增加檢修時的便利性，節(jié)省作業(yè)時間。同時，為了提高線路的條理性，在軸座的側(cè)壁上設(shè)計走線槽，電磁閥的線路布設(shè)在走線槽內(nèi)，并設(shè)計了固定線路的束線孔，有效解決了線路纏繞的困擾。

1-本體、2-出氣孔、3-走線槽

圖5 軸座結(jié)構(gòu)示意圖

3　整車堵件安裝系統(tǒng)控制邏輯設(shè)計

整車堵件安裝系統(tǒng)的控制流程圖如圖6所示。

圖6 整車堵件安裝系統(tǒng)的控制流程圖

4　整車堵件安裝系統(tǒng)在企業(yè)中的應(yīng)用效果

該安裝系統(tǒng)已經(jīng)在某汽車生產(chǎn)企業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行，并通過了現(xiàn)場生產(chǎn)驗證，充分證明了該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)隨車堵件的吸取、安裝、檢測，大大提高了安裝速度，減少了人員投入，節(jié)省了時間和勞動力，減少了能源的浪費(fèi)，提升了生產(chǎn)效率及自動化率，滿足了現(xiàn)在企業(yè)對于節(jié)能減排的需求。由于安裝過程實現(xiàn)了自動化安裝與檢測，大大提高了安裝質(zhì)量與精度，檢測過程不需要人員干預(yù)，避免了人員靠近整車的危險性，增加了整車制造生產(chǎn)線的智能化與自動化，具有自動化程度高、重復(fù)精度高、故障率低、工藝穩(wěn)定等優(yōu)點。

5　結(jié)束語

本文介紹了整車堵件安裝系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成和功能設(shè)計過程，并對其中比較關(guān)鍵的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了深入的探討。

該安裝系統(tǒng)涉及現(xiàn)代化裝備制造、機(jī)電一體化、信息技術(shù)、視覺技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等學(xué)科方向，通過該項目的實施，可以提高行業(yè)的裝備水平，有效節(jié)能降噪，可以提高產(chǎn)業(yè)工人的工作舒適度，實現(xiàn)產(chǎn)線安全、高效、自動化生產(chǎn)，可以為產(chǎn)品匹配一條最佳的技術(shù)途徑，對提升行業(yè)的自動化程度有著重要作用，具有非常實用的推廣價值。

作者簡介：

張升?。?981-），男，湖北武漢人，學(xué)士，現(xiàn)就職于濟(jì)南希潤自動化科技有限公司，主要研究方向為機(jī)械電氣一體化和工程管理。

苑西成（1985-），男，山東濟(jì)南人，?？疲F(xiàn)就職于濟(jì)南希潤自動化科技有限公司，主要研究方向為機(jī)械電氣一體化和工程管理。

朱孔翔（1986-），男，山東臨沂人，?？?，現(xiàn)就職于濟(jì)南希潤自動化科技有限公司，主要研究方向為電氣一體化和工程管理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 一種整車隨車堵件安裝系統(tǒng)[P]. 中國專利: CN202010412569. 2020 - 05 - 15.

[2] VMT機(jī)器視覺系統(tǒng)有限責(zé)任公司. 綜合選型樣本[M]. VMT機(jī)器視覺系統(tǒng)有限責(zé)任公司, 2021.

[3] 康耐視公司. 綜合選型樣本[M]. 康耐視公司, 2021.

摘自《自動化博覽》2023年5月刊