盧曉冬　唐倩　冉啟洪　湯艷剛

【摘 要】高速滾床輸送系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車制造企業(yè)自動(dòng)化焊裝生產(chǎn)線的重要組成部分，其重復(fù)定位精度對(duì)白車身各級(jí)總成焊裝效率和焊裝質(zhì)量有著直接的影響。文章介紹了高速滾床輸送系統(tǒng)的主要組成部分，分析了影響高速滾床輸送系統(tǒng)重復(fù)定位精度的因素，闡述了一種高速滾床重復(fù)定位精度在線檢測(cè)方案，該方案能夠?qū)崟r(shí)在線檢測(cè)高速滾床輸送系統(tǒng)的重復(fù)定位精度，為高速滾床輸送設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和高精度、高質(zhì)量的生產(chǎn)，提供了可靠保障，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】高速滾床；自動(dòng)化焊裝生產(chǎn)線；重復(fù)定位精度；在線檢測(cè)

【中圖分類號(hào)】TP242 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）04-0083-04

1 背景

在現(xiàn)代汽車制造企業(yè)中，高速滾床輸送系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化汽車焊裝生產(chǎn)線上，完成白車身各級(jí)總成在焊裝過(guò)程中的輸送和定位工作。在汽車焊裝生產(chǎn)線建成投產(chǎn)前期，高速滾床輸送系統(tǒng)的重復(fù)定位精度處于較為理想的狀態(tài)。但隨著生產(chǎn)線的持續(xù)運(yùn)行，機(jī)械設(shè)備不可避免地發(fā)生磨損、老化，進(jìn)而造成高速滾床輸送系統(tǒng)重復(fù)定位精度的下降。一旦重復(fù)定位精度降低，將導(dǎo)致白車身出現(xiàn)定位偏差或定位失敗，進(jìn)而導(dǎo)致車身尺寸出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，甚至造成生產(chǎn)線停運(yùn)，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)效率。目前，為了保障高速滾床輸送系統(tǒng)的重復(fù)定位精度，汽車制造企業(yè)一般采用人工定期檢修和間斷性檢測(cè)維護(hù)的方法。但這種方法需要生產(chǎn)線停線、人工檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且無(wú)法在第一時(shí)間獲知當(dāng)前高速滾床輸送系統(tǒng)重復(fù)定位精度信息。

針對(duì)這一問(wèn)題，本文詳細(xì)分析了高速滾床輸送設(shè)備重復(fù)定位精度的影響因素，提出了一種高速滾床輸送設(shè)備重復(fù)定位精度在線檢測(cè)方案，為高速滾床輸送設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和高精度、高質(zhì)量的生產(chǎn)，提供可靠保障，同時(shí)提高生產(chǎn)效率。

2 高速滾床輸送系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 高速滾床輸送系統(tǒng)組成

高速滾床主要由開(kāi)關(guān)式傳感器、鎖止器、導(dǎo)向系統(tǒng)、輸送輥輪、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、框架系統(tǒng)、讀寫(xiě)器、PLC控制系統(tǒng)、滑撬9個(gè)部分組成（如圖1所示）。

開(kāi)關(guān)式傳感器用于減速、停止、占位控制；鎖止器用于滑撬到位后保證滑撬長(zhǎng)度方向的位置；導(dǎo)向系統(tǒng)用于滑撬水平輸送和豎直升降時(shí)的導(dǎo)向；輸送輥輪為滑撬在滾床本體上的水平運(yùn)動(dòng)提供摩擦力；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為水平和豎直方向的運(yùn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)；框架系統(tǒng)為其他所有組成部分提供支撐；讀寫(xiě)器用于讀取車身信息并反饋給控制系統(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)用于收集系統(tǒng)信息并發(fā)出動(dòng)作指令；滑撬用于放置白車身各級(jí)總成。

2.2 高速滾床輸送系統(tǒng)功能

高速滾床輸送系統(tǒng)在自動(dòng)化焊裝生產(chǎn)線上主要有2個(gè)功能。一是完成白車身各級(jí)總成沿生產(chǎn)線傳輸方向在不同工位間的水平輸送；二是完成白車身在相應(yīng)工位的準(zhǔn)確定位，為夾具的夾緊及機(jī)器人的加工奠定基礎(chǔ)。在輸送過(guò)程中，白車身各級(jí)總成放置于滑撬上，滑撬放置于滾床本體上，滾床本體固定于車間地板，工位兩側(cè)的定位銷和定位塊也固定于車間地板。整個(gè)動(dòng)作過(guò)程如下：？譹？訛輥輪轉(zhuǎn)動(dòng)為滑撬提供摩擦力作為驅(qū)動(dòng)，使之在滾床本體上水平行進(jìn)至下一工位；？譺？訛滑撬到達(dá)滾床本體相應(yīng)位置后，輥輪停轉(zhuǎn)為滑撬提供制動(dòng)力使之停止運(yùn)動(dòng)，鎖止器彈出并保證滑撬在滾床本體上的相對(duì)位置；？譻？訛滾床本體豎直下降，帶動(dòng)滑撬及滑撬上的白車身各級(jí)總成豎直下降至相應(yīng)位置；？譼？訛白車身各級(jí)總成在豎直下降過(guò)程中與滑撬分離，落入工位兩側(cè)的定位銷和定位塊，完成定位；？譽(yù)？訛機(jī)器人完成本工位所有工序后，滑撬隨滾床本體豎直上升，與白車身各級(jí)總成再次接觸并恢復(fù)至相應(yīng)的高度后停止（如圖2所示）。

3 高速滾床輸送系統(tǒng)重復(fù)定位精度影響因素分析

3.1 高速滾床輸送系統(tǒng)坐標(biāo)系建立

為便于重復(fù)定位精度在線檢測(cè)方案的實(shí)施，建立高速滾床輸送系統(tǒng)坐標(biāo)系（如圖3所示）如下：坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于高速滾床輸送系統(tǒng)兩側(cè)地板后端的一組基準(zhǔn)定位塊連線的中點(diǎn)處，X軸為前后（F/A）方向，其正方向與白車身流水線行進(jìn)方向相同，Z軸為高低（H/L）方向，其正方向豎直向上，Y軸為橫向（L/R）方向，其正方向按照右手系原則，由已知的X、Z軸方向唯一確定。

3.2 重復(fù)定位精度影響因素分析

在研究高速滾床輸送系統(tǒng)重復(fù)定位精度的時(shí)候，不妨做出以下假設(shè)：？譹？訛假設(shè)固定于車間地面的工位兩側(cè)的定位銷和定位塊處在理論位置；？譺？訛假設(shè)固定于車間地面的豎直方向?qū)л唽?dǎo)軌的直線度、垂直度處在理想狀態(tài)；？譻？訛假設(shè)白車身各級(jí)總成的定位孔處在理論位置。由于高速滾床輸送系統(tǒng)Z方向的重復(fù)定位精度（即能否精確停在Z軸方向上某一高度）對(duì)白車身各級(jí)總成能否準(zhǔn)確定位影響不大，只需保證白車身各級(jí)總成能夠豎直落入工位兩側(cè)定位孔實(shí)現(xiàn)車身和滑撬分離/接觸即可，因此只需重點(diǎn)研究高速滾床輸送系統(tǒng)在X和Y方向的重復(fù)定位精度即可。在整個(gè)過(guò)程中，影響高速滾床輸送系統(tǒng)在X和Y方向重復(fù)定位精度的主要因素如圖4所示。

4 高速滾床重復(fù)定位精度在線檢測(cè)系統(tǒng)

4.1 在線檢測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

高速滾床重復(fù)定位精度在線檢測(cè)系統(tǒng)（如圖5所示）由非接觸式位移傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)及支撐機(jī)構(gòu)等其他輔助部件組成。非接觸式位移傳感器用于測(cè)量被測(cè)點(diǎn)到傳感器的距離，數(shù)據(jù)采集卡用來(lái)收集、轉(zhuǎn)換并上傳傳感器的信號(hào)，計(jì)算機(jī)分析、處理相應(yīng)數(shù)據(jù)后，得到高速滾床的重復(fù)定位精度，并將測(cè)量值與理論閥值比較，根據(jù)測(cè)量值情況，執(zhí)行繼續(xù)“生產(chǎn)”“暫?！被颉皥?bào)警”操作，供技術(shù)人員參考。

4.1.1 測(cè)點(diǎn)位置選擇

選擇測(cè)點(diǎn)位置時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下原則：？譹？訛測(cè)點(diǎn)處應(yīng)有足夠的安裝空間，用于安裝傳感器測(cè)量頭；？譺？訛應(yīng)當(dāng)考慮滑撬在X向的水平運(yùn)動(dòng)以及滾床本體在Y向垂直升降，保證測(cè)頭不與上述運(yùn)動(dòng)發(fā)生干涉；？譻？訛所選測(cè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)具有代表性及可靠性，能夠準(zhǔn)確地反映高速滾床精度情況；？譼？訛為了保證測(cè)量質(zhì)量，應(yīng)在相應(yīng)測(cè)點(diǎn)位置加裝基準(zhǔn)塊，用于傳感器測(cè)頭的感應(yīng)、測(cè)量。

基于以上原則，選取4組8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，其分布示意圖如圖6所示。

如圖6所示，對(duì)于滾床本體而言，滾床本體X方向的偏差測(cè)量由測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)3完成，滾床本體Y方向的偏差測(cè)量由測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)4完成，共2組4個(gè)測(cè)點(diǎn)，2組測(cè)點(diǎn)分別位于滾床本體沿流水線方向的左前和右后的對(duì)角位置。對(duì)于滑撬而言，滑撬X方向的偏差測(cè)量由測(cè)點(diǎn)5、測(cè)點(diǎn)7完成，因滑撬在X方向有水平運(yùn)動(dòng)，故傳感器側(cè)頭不能位于滑撬任何部分的正前方，避免滑撬在運(yùn)動(dòng)中與測(cè)頭發(fā)生碰撞。為解決此問(wèn)題，需要在滑撬“T”形定位塊附近加裝一個(gè)傾斜角為θ的金屬塊，測(cè)頭位于金屬塊前方下側(cè)，通過(guò)一次余弦變換，即可得到滑撬X向精度；滑撬Y方向的偏差測(cè)量由測(cè)點(diǎn)6、測(cè)點(diǎn)8完成。

4.1.2 測(cè)量原理

因?yàn)闈L床本體和滑撬各自X向和Y向的偏差，分別由4組測(cè)點(diǎn)來(lái)反映，且每組2個(gè)測(cè)點(diǎn)分別位于前后或左右兩側(cè)，為使每組2個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量值與理論值的偏差值的符號(hào)與滾床本體在X正向、X負(fù)向、Y正向和Y負(fù)向的偏移的統(tǒng)一，所以定義第i號(hào)測(cè)點(diǎn)第j次測(cè)量所得測(cè)量值與理論值的偏差Eij如下：

4.1.3 檢測(cè)過(guò)程

非接觸式位移傳感器采集數(shù)據(jù)的節(jié)拍由生產(chǎn)節(jié)拍確定，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)控制，傳感器每完成一次數(shù)據(jù)采集，該數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的分析和處理將以圖形和數(shù)據(jù)的形式顯示在計(jì)算機(jī)上。檢測(cè)過(guò)程如下：？譹？訛滑撬到達(dá)滾床，開(kāi)關(guān)式傳感器感應(yīng)到后，給出反饋信號(hào)，電機(jī)停止運(yùn)行，滑撬停在相應(yīng)位置，鎖止機(jī)構(gòu)彈出。同時(shí)，開(kāi)始檢測(cè)高速滾床上8個(gè)測(cè)點(diǎn)精度值；？譺？訛滾床本體下降，白車身各級(jí)總成在下降過(guò)程中與滑撬分離，落在定位銷及定位塊上，等待加工；？譻？訛加工過(guò)后，滾床本體上升至理論位置，開(kāi)關(guān)式傳感器給出反饋信號(hào)，鎖死機(jī)構(gòu)退回，滑撬前行至下一工位；？譼？訛每次測(cè)量，傳感器的輸出數(shù)據(jù)都經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡連接，上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)處理。

4.2 數(shù)據(jù)分析方法實(shí)例

各測(cè)點(diǎn)理論值Ti如下：T1=50 mm，T2=50 mm，T3=50 mm，T4=50 mm，T5=100 mm，T6=20 mm，T7=100 mm，T8=20 mm；5、7號(hào)測(cè)點(diǎn)傾斜角θ=45°；高速滾床輸送系統(tǒng)為重復(fù)定位精度允許值為0.5 mm；1～8號(hào)測(cè)點(diǎn)部分測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

通過(guò)計(jì)算可得第i號(hào)測(cè)點(diǎn)第j次測(cè)量所得測(cè)量值與理論值的偏差（見(jiàn)表2）。

通過(guò)計(jì)算可得第j次測(cè)量滾床本體、滑撬和高速滾床偏差值（見(jiàn)表3）。

通過(guò)計(jì)算可得高速滾床輸送系統(tǒng)X向重復(fù)定位精度為0.19 mm，高速滾床輸送系統(tǒng)Y向重復(fù)定位精度為0.22 mm，均小于0.5 mm，高速滾床重復(fù)定位精度滿足需求。

5 結(jié)論

本文首先對(duì)高速滾床輸送系統(tǒng)主要組成部分進(jìn)行了介紹，其次對(duì)影響高速滾床輸送系統(tǒng)重復(fù)定位精度的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，最后闡述了一種高速滾床輸送系統(tǒng)重復(fù)定位精度在線檢測(cè)方法。該方法能夠?qū)Ω咚贊L床輸送系統(tǒng)的重復(fù)定位精度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，有利于提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]