黃 海，王 磊，李志強(qiáng)，雷秀清，石海波

(廣州德恒汽車裝備科技有限公司，廣東 廣州 510800)

0 引言

隨著汽車生產(chǎn)方式由傳統(tǒng)的少車型大批量生產(chǎn)變?yōu)槎嘬囆托∨可a(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)也必須由原來的單一、固定式的生產(chǎn)系統(tǒng)升級為適合生產(chǎn)多車型的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，從而有效地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本。柔性定位是一種應(yīng)用在自動化生產(chǎn)線中的柔性制造技術(shù)，主要突出產(chǎn)品柔性和運(yùn)行柔性，可應(yīng)用于白車身焊接的底板生產(chǎn)線和白車身合裝線的工件定位，可與標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人配合使用，實(shí)現(xiàn)多車型柔性化生產(chǎn)，在不同車型之間簡便、快速、精確地切換與定位，使生產(chǎn)作業(yè)節(jié)拍和生產(chǎn)效率都得到大幅度提高[1-3]。

白車身柔性焊裝生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)是對不同車型進(jìn)行定位和夾緊，傳統(tǒng)的定位方式為固定式，通過固定在底板上的定位機(jī)構(gòu)來定位車身定位孔，但該機(jī)構(gòu)定位孔位置大小固定，只能適用于同一定位孔尺寸的單一車型平臺，下一車型變化需要遷就定位孔位置和尺寸大小，不利于車型多樣化[4-5]。目前較多的定位方式為可切換柔性定位方式，采用多軸伺服柔性定位單元對車身及其零部件進(jìn)行柔性定位，該方式定位車型平臺種類多，理論上在行程范圍內(nèi)可以定位任意尺寸車型，但多軸伺服柔性定位單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制困難，造價(jià)較高，維修保養(yǎng)難度大，且車身定位孔直徑大小不能改變，不能對應(yīng)不同孔徑多車型車身生產(chǎn)[6]。為此，本文設(shè)計(jì)了一種風(fēng)車柔性定位裝置，能適應(yīng)車身定位孔直徑大小改變，能對應(yīng)不同孔徑多車型車身生產(chǎn)。

1 風(fēng)車柔性定位裝置方案設(shè)計(jì)

1.1 總體方案

柔性定位技術(shù)是指可以根據(jù)不同車型數(shù)據(jù)自動切換從而對車身工件進(jìn)行定位夾緊，實(shí)現(xiàn)多車型共線生產(chǎn)[7-8]。風(fēng)車柔性定位裝置包括檢修插銷、轉(zhuǎn)位感應(yīng)器、超程感應(yīng)器、在席感應(yīng)器、定位組件、風(fēng)車機(jī)構(gòu)等，如圖1所示。檢修插銷用于風(fēng)車柔性定位裝置故障時(shí)的安全阻擋，當(dāng)裝置正常運(yùn)行時(shí)，檢修插銷置于插銷支架上；當(dāng)裝置出現(xiàn)故障需停機(jī)檢修時(shí)，檢修插銷放入插銷導(dǎo)向座內(nèi)，用于固定風(fēng)車機(jī)構(gòu)，防止裝置檢修時(shí)風(fēng)車機(jī)構(gòu)帶動定位組件轉(zhuǎn)動而造成安全事故，故障排除完畢，檢修插銷從插銷導(dǎo)向座取出，并置于插銷支架上。在席感應(yīng)器用于判別檢修插銷是否已從插銷導(dǎo)向座取出，以確認(rèn)裝置是否恢復(fù)正常。轉(zhuǎn)位感應(yīng)器置于轉(zhuǎn)位感應(yīng)支架上，用于風(fēng)車機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角控制。超程感應(yīng)器采用雙感應(yīng)模式，對應(yīng)風(fēng)車機(jī)構(gòu)兩個(gè)不同旋轉(zhuǎn)方向，用于風(fēng)車機(jī)構(gòu)行程的安全保護(hù)。

1-底座；2-機(jī)架；3-檢修插銷；4-插銷支架；5-轉(zhuǎn)位感應(yīng)器；6-轉(zhuǎn)位感應(yīng)支架；7-超程感應(yīng)器；8-插銷導(dǎo)向座；9-在席感應(yīng)器;10-定位組件;11-風(fēng)車機(jī)構(gòu)

不同車型定位組件隨風(fēng)車機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)位感應(yīng)器采集信號向控制單元傳遞，對車型定位組件切換和轉(zhuǎn)盤停止精確控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線自動化作業(yè)。風(fēng)車機(jī)構(gòu)采用伺服驅(qū)動和電磁制動，與轉(zhuǎn)位感應(yīng)器相配合，控制準(zhǔn)確平穩(wěn)。定位組件裝于風(fēng)車機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤以90°分度，可同時(shí)布置4個(gè)定位組件，形成汽車生產(chǎn)的4個(gè)平臺，各平臺的車型定位孔大小與位置尺寸均可不同，根據(jù)不同車型定位需求，風(fēng)車柔性定位裝置自動切換定位組件，以適應(yīng)汽車4平臺多車型共線生產(chǎn)。

風(fēng)車柔性定位機(jī)構(gòu)解決了白車身焊裝生產(chǎn)線新增車型時(shí)由于車身定位孔徑的大小和位置不一致所引起的無法共線生產(chǎn)難題，解決了不同汽車生產(chǎn)平臺無法共線生產(chǎn)的難題，降低了新車型新平臺開發(fā)成本。

1.2 感應(yīng)識別

風(fēng)車柔性定位裝置設(shè)置多重感應(yīng)識別，如圖2所示。感應(yīng)識別主要包括用于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角控制的4套轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W1～W4、用于安全保護(hù)控制的超程感應(yīng)器和在席感應(yīng)器、用于工件定位鎖緊的含感應(yīng)檢測的4套定位組件P1～P4。

1-轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W1；2-轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W2；3-轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W3；4-轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W4；5-超程感應(yīng)器；6-在席感應(yīng)器；7-定位組件P1；8-定位組件P2；9-定位組件P3; 10-定位組件P4

風(fēng)車轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)角度由轉(zhuǎn)位感應(yīng)器控制，轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W1～W4分別感應(yīng)轉(zhuǎn)盤的4個(gè)角度(即4個(gè)汽車制造平臺)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤置于正確角度位置時(shí)，即定位裝置處于正確的汽車制造平臺時(shí)，定位裝置可對同平臺工件進(jìn)行定位與夾緊。轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W1～W4并排豎向布置在轉(zhuǎn)位感應(yīng)支架外側(cè)，風(fēng)車轉(zhuǎn)盤在面向轉(zhuǎn)位感應(yīng)器的平面上設(shè)置4個(gè)對應(yīng)的感應(yīng)圓柱，感應(yīng)圓柱分別對應(yīng)4個(gè)不同定位平臺的定位組件P1～P4，平臺切換時(shí)，通過轉(zhuǎn)位感應(yīng)器W1～W4感應(yīng)轉(zhuǎn)盤上的感應(yīng)圓柱來確定定位裝置所處平臺，由相應(yīng)的定位組件P1～P4自帶的感應(yīng)檢測工件的定位狀態(tài)。定位組件的氣電管線經(jīng)轉(zhuǎn)盤中心孔穿過，氣電管線隨轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)而扭轉(zhuǎn)，為防止氣電管線扭轉(zhuǎn)損壞，轉(zhuǎn)盤正反方向旋轉(zhuǎn)的角度由超行程感應(yīng)器控制在設(shè)定角度范圍內(nèi)，當(dāng)定位裝置調(diào)試或工作運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角超出設(shè)定值，超行程感應(yīng)器將協(xié)同PLC和風(fēng)車機(jī)構(gòu)控制轉(zhuǎn)盤停轉(zhuǎn)，電控系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警。檢修插銷將轉(zhuǎn)盤固定連接在機(jī)架導(dǎo)向座上，防止檢修設(shè)備時(shí)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動造成安全事故，故障排除后，轉(zhuǎn)盤固定連接需解除，在席感應(yīng)器檢測檢修插銷是否拔出，若轉(zhuǎn)盤與機(jī)架導(dǎo)向座固定連接未解除，則定位裝置無法啟動運(yùn)行，防止未拔出檢修插銷開機(jī)導(dǎo)致設(shè)備損壞。

1.3 平臺切換

風(fēng)車柔性定位裝置共設(shè)4個(gè)位姿，每個(gè)位姿對應(yīng)一個(gè)制造平臺，對應(yīng)定位尺寸一致的不同車型生產(chǎn)。平臺可進(jìn)行轉(zhuǎn)盤的順時(shí)針“-”旋轉(zhuǎn)或逆時(shí)針“+”旋轉(zhuǎn)切換，切換角度按90°分度設(shè)置，轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)90°可切換一個(gè)相鄰平臺，相鄰平臺切換時(shí)間為2 s，平臺切換最長路徑轉(zhuǎn)盤需旋轉(zhuǎn)270°，平臺最長切換時(shí)間為相鄰平臺切換時(shí)間的3倍，切換時(shí)間短，滿足高節(jié)拍焊裝線生產(chǎn)需求。4個(gè)平臺切換的角度變換如表1所示。

表1 4個(gè)平臺切換的角度變換

風(fēng)車柔性定位裝置的位姿由定位組件的朝向決定，如圖3所示。定位組件P1～P4正朝向上的位姿分別對應(yīng)汽車制造4個(gè)平臺1～4，結(jié)合表1，各平臺切換角度變換(以平臺1與平臺4相互切換為例)如下：初始平臺1切換至終平臺4時(shí)，平臺間相對的變換角度為+270°，轉(zhuǎn)盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)270°完成平臺1至平臺4的切換；初始平臺4切換至終平臺1時(shí)，平臺間相對的變換角度為-270°，轉(zhuǎn)盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)270°完成平臺4至平臺1的切換。

圖3 定位裝置位姿示意圖

2 關(guān)鍵裝置設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)車機(jī)構(gòu)

風(fēng)車機(jī)構(gòu)是柔性定位裝置的關(guān)鍵部件，其包括伺服電機(jī)、行星減速機(jī)、轉(zhuǎn)角減速機(jī)、轉(zhuǎn)盤、定位孔系、插銷孔、超程感應(yīng)塊、轉(zhuǎn)位感應(yīng)凸柱等，如圖4所示。轉(zhuǎn)盤裝于轉(zhuǎn)角減速機(jī)輸出法蘭上，跟隨減速機(jī)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置90°均勻間隔布置的4組定位孔系，分別用于安裝不同平臺的定位組件，定位組件在定位孔系的安裝位置可調(diào)，可適應(yīng)更大差異平臺定位組件的安裝需求。轉(zhuǎn)盤上均勻分布4個(gè)插銷孔，與4組定位孔系對應(yīng)。

1-伺服電機(jī)；2-行星減速機(jī)；3-轉(zhuǎn)角減速機(jī)；4-轉(zhuǎn)盤；5-超程感應(yīng)塊；6-定位孔系；7-插銷孔；8-轉(zhuǎn)位感應(yīng)凸柱

風(fēng)車機(jī)構(gòu)動力由伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)角減速機(jī)和行星減速機(jī)提供，伺服電機(jī)用于轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的精確角度與方向控制。采用轉(zhuǎn)角減速機(jī)和行星減速機(jī)的二級減速配置既能提供大驅(qū)動力矩，又能減小風(fēng)車柔性定位裝置結(jié)構(gòu)尺寸，便于多臺定位裝置的并排安裝，擴(kuò)大定位裝置的適應(yīng)范圍。靠近減速機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)盤上設(shè)置4個(gè)轉(zhuǎn)位感應(yīng)凸柱和1個(gè)超程感應(yīng)塊，轉(zhuǎn)位感應(yīng)凸柱是轉(zhuǎn)盤切換的平臺到位檢測捕獲目標(biāo)，用于平臺切換的到位停止；超程感應(yīng)塊是定位裝置非正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)盤超程限制的檢測捕獲目標(biāo)，用于定位裝置故障時(shí)的停機(jī)。

2.2 定位組件

風(fēng)車柔性定位裝置最多可安裝4組定位組件，定位組件的3種典型結(jié)構(gòu)如圖5所示。定位組件1和3常用于工件副銷孔的定位及工件在席檢測，定位組2常用于工件主銷孔定位與夾緊。定位組件1包括定位銷、定位感應(yīng)器、角座、安裝板等，定位組件2包括鉤銷缸和安裝座，定位組件3包括調(diào)整座和副定位銷。安裝面板在轉(zhuǎn)盤孔系的安裝位置可根據(jù)不同車型的生產(chǎn)需求進(jìn)行X向和Z向調(diào)整，以調(diào)整定位組件1定位銷X向和Z向位置尺寸。角座用于進(jìn)一步微調(diào)定位銷的X、Y、Z向位置尺寸；安裝座和調(diào)整座在轉(zhuǎn)盤孔系的安裝位置X向和Z向可調(diào)整，以調(diào)整定位組件2鉤銷缸或定位組件3副定位銷X向和Z向位置尺寸；鉤銷缸或副定位銷三維方向尺寸的微調(diào)可通過安裝座或調(diào)整座內(nèi)部調(diào)整。定位銷組件的銷尺寸大小與位置可任意設(shè)定與調(diào)整，通過定位銷組件的切換，風(fēng)車柔性定位裝置可對各車型定位孔尺寸與位置各異的車身及其零部件定位，實(shí)現(xiàn)汽車多平臺共線生產(chǎn)。

101-定位銷；102-支架；103-定位感應(yīng)器；104-感應(yīng)器支架；105-角座；106-安裝板；201-鉤銷缸；202-安裝座；301-調(diào)整座；302-副定位銷

3 產(chǎn)品應(yīng)用

風(fēng)車柔性定位裝置通過工藝組合可適用于多車型制造柔性定位，實(shí)現(xiàn)多車型共線生產(chǎn)。如圖6和圖7所示，2風(fēng)車柔性定位裝置組合成雙風(fēng)車聯(lián)動定位，再與三軸定位單元組建后地板4平臺柔性定位系統(tǒng)，風(fēng)車柔性定位裝置負(fù)責(zé)后地板副銷孔定位，通過切換定位裝置制造平臺，實(shí)現(xiàn)后地板分拼4車型后地板混流共線焊裝生產(chǎn)。

圖6 2風(fēng)車組合 圖7 后地板分拼線柔性定位

通過多臺風(fēng)車柔性定位裝置組建的柔性定位系統(tǒng)可用于汽車車身主線和地板補(bǔ)焊線的定位，如圖8所示。由8臺定位裝置組建的地板補(bǔ)焊線定位系統(tǒng)，其定位裝置固定安裝在臺車上，由定位裝置定位夾緊的地板隨臺車在滾床上同步移動。通過定位裝置平臺切換，實(shí)現(xiàn)地板主拼線4平臺多車型汽車地板的混流共線焊裝生產(chǎn)。

圖8 地板主拼線柔性定位

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種風(fēng)車柔性定位裝置，該裝置設(shè)備成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，解決了白車身焊裝生產(chǎn)線新增車型時(shí)由于車身定位孔徑大小和位置不一致所引起的無法共線生產(chǎn)和不同汽車生產(chǎn)平臺無法共線生產(chǎn)的難題，降低了新車型新平臺的開發(fā)成本，可為汽車多車型柔性定位的多元化解決方案提供借鑒。