黃鳳輝，楊 戈，曾 威，章 冰，黃繼輝，盛征陽

（1.湖南同心模具制造有限公司，湖南 長沙 410135；2.湖南同岡科技發(fā)展有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410135）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，汽車工業(yè)制造向著全面柔性自動化方向發(fā)展[1]。汽車生產(chǎn)企業(yè)的單一車型大批量生產(chǎn)方式已不能適應(yīng)市場發(fā)展的需求，因此要求一條線共線生產(chǎn)多種型號品種的車型，不但批量小，而且品種多，這種生產(chǎn)方式越來越受到歡迎。如何實(shí)現(xiàn)汽車生產(chǎn)輸送系統(tǒng)的“柔性化”是汽車柔性制造的關(guān)鍵點(diǎn)。汽車車身柔性自動化焊裝系統(tǒng)主要是運(yùn)用各種先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、柔性自動化夾具等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車身全流程各工序的自動化焊接和拼裝。中低速電動轎車車身自動化生產(chǎn)線工藝目前急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題包括：安全高效無干擾焊接、多車型共享一線生產(chǎn)、高可靠性數(shù)據(jù)交換、低故障和簡單維修、可視化打膠等五大問題。為了解決以上問題，實(shí)現(xiàn)白車身柔性自動化焊裝，本文以中低速電動汽車白車身焊裝線為對象介紹白車身柔性自動化焊裝系統(tǒng)。

1 柔性自動化焊裝系統(tǒng)介紹

柔性自動化焊裝系統(tǒng)由高速滾床系統(tǒng)、車身柔性支撐系統(tǒng)、EMS無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、車身主線柔性切換系統(tǒng)、頂蓋可視化打膠控制系統(tǒng)等五大核心關(guān)鍵系統(tǒng)組成。這五大系統(tǒng)相互配合，共同完成車身的高速傳送，車身下部柔性支撐，無線數(shù)據(jù)信息通信，機(jī)器人柔性抓取側(cè)圍實(shí)現(xiàn)車身主線柔性切換，車身頂蓋的自動化打膠等工序，解決了柔性自動化焊接中出現(xiàn)的行業(yè)難題，實(shí)現(xiàn)白車身的柔性自動化焊裝。

2 自動化高速滾床系統(tǒng)

自動化高速滾床系統(tǒng)如圖1所示，包括支撐架、同步帶、舉升電機(jī)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、蓋板、輥?zhàn)咏M，此系統(tǒng)通過電機(jī)驅(qū)動滾輪來實(shí)現(xiàn)車身的可靠快速傳輸，成本低，結(jié)構(gòu)簡單可靠，能自動導(dǎo)向和防止偏移的發(fā)生。高速滾床的運(yùn)行速度為10～40m/min，速度及節(jié)拍可調(diào)整。高速滾床利用電機(jī)帶動實(shí)現(xiàn)舉升，水平運(yùn)動利用變頻調(diào)速電機(jī)及輥?zhàn)咏M實(shí)現(xiàn)。為了確保往復(fù)輸送線在啟動運(yùn)行時(shí)的安全性，主線氣缸采用磁性氣缸，每個氣缸有2個磁性開關(guān)，為防止誤操作，磁性開關(guān)均具有抗干擾特性，可防止焊槍在工作時(shí)所發(fā)出的強(qiáng)磁場對開關(guān)動作的干擾，解決了車身焊裝節(jié)奏慢、不安全和精度低的問題。

3 車身下部總成柔性支撐系統(tǒng)

目前企業(yè)要求一條線共用生產(chǎn)8種以上車型的車身，由于車身下部總成完全不同，X/Y/Z方向都存在較大差異，為了解決由于差異大無法支撐的問題，研制與開發(fā)了車身下部總成柔性支撐系統(tǒng)。如圖2所示，6個獨(dú)立的柔性定位單元組成了一個工位的柔性支撐系統(tǒng)。柔性定位單元由3條軌道組成，在電機(jī)的驅(qū)動下能夠?qū)崿F(xiàn)在X/Y/Z 3個方向的移動，具備了X/Y/Z 3個方向的柔性定位功能，實(shí)現(xiàn)各種不同尺寸型號規(guī)格的車身下部支撐，其控制邏輯是基于三軸機(jī)器人控制原理。多軸運(yùn)動控制卡是柔性定位單元最關(guān)鍵的電器單元，其是一款性能非常好的數(shù)字運(yùn)動控制器，這個核心控制器能夠輕松實(shí)現(xiàn)直線、圓弧、螺旋線運(yùn)動控制[2]。柔性定位單元可以直接看成是一個直角坐標(biāo)系機(jī)器人，在運(yùn)動耦合控制下可以實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)動。6個柔性定位單元組成一個車身下部支撐系統(tǒng)布置在白車身生產(chǎn)線的1個工位，其通過PLC、人機(jī)交互界面和總線傳輸對6臺伺服電機(jī)進(jìn)行控制，驅(qū)動柔性支撐系統(tǒng)調(diào)整各個方向的尺寸距離，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地對不同型號的車身進(jìn)行支撐和定位，其完全實(shí)現(xiàn)了自動化和智能化，工裝減少，成本降低，生產(chǎn)效率得到極大提高，同時(shí)占用的空間很小，實(shí)現(xiàn)了多車共線生產(chǎn)的柔性支撐。

4 EMS無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

目前行業(yè)內(nèi)焊裝線上自行小車主要采用的是滑觸式控制方式，其主要通過電刷與滑觸線接觸實(shí)現(xiàn)信號的傳輸，通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于是純物理接觸式的數(shù)據(jù)傳輸模式，因此受到空間場地和硬件設(shè)施的限制，數(shù)據(jù)交換范圍小，而且在長期滑動接觸下容易發(fā)生故障，可靠性低，很容易存在機(jī)械故障，電氣系統(tǒng)安裝非常復(fù)雜，成本高。目前行業(yè)要求在新的中低速白車身焊裝線上控制的程控小車多達(dá)20臺，傳統(tǒng)的觸線控制方式已無法保證焊裝線上自行小車與主控系統(tǒng)進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)通信。為解決客戶汽車生產(chǎn)過程中遇到的問題，研究開發(fā)出了基于EMS無線網(wǎng)絡(luò)的控制方案，將無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)應(yīng)用到自行小車的控制與信號傳輸中，可以完美避免滑觸線接觸式信號傳輸?shù)娜毕?。圖3為EMS無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)物圖。因?yàn)樾枰谳^大距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸，采用WAN技術(shù)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)通信，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個接入點(diǎn)，支持漫游，因此只需要分布式接入多個無線接入點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)全場地、多區(qū)域、長距離的小車行駛控制信號傳輸[3]。在控制器方面中控室采用的是ILC 370控制器，在小車上采用了ILC 171控制器，同時(shí)在小車上采用了FL WLAN EC客戶端或FL BLUETOOTH EC客戶端，上面采用的控制器直接安裝有以太網(wǎng)口，因此在控制器上可以直接安裝無線以太網(wǎng)設(shè)備，其他協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備就可以取消，這樣成本降低，節(jié)約資源。電控箱內(nèi)集成了無線以太網(wǎng)設(shè)備與控制器，在出廠的時(shí)候就完成安裝、接線和功能定義等任務(wù)，客戶可以單獨(dú)以電控箱的形式采購，極大地幫助客戶節(jié)省時(shí)間，并簡化了安裝和維護(hù)成本，提高了生產(chǎn)效率。

圖3 EMS無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實(shí)物圖

5 車身主線柔性切換系統(tǒng)

多車型共線生產(chǎn)，面臨著中長短車型、高矮車型、加寬與非加寬等車型車身下部總成與側(cè)圍總成不一樣，差異比較大，側(cè)圍總成需要柔性上件的問題。研究開發(fā)的機(jī)器人柔性抓取側(cè)圍系統(tǒng)，在主拼工位兩側(cè)設(shè)計(jì)4個旋轉(zhuǎn)裝置，每個裝置上放置3種側(cè)圍定位裝置，通過機(jī)器人抓取側(cè)圍定位裝置來對已經(jīng)預(yù)裝好的側(cè)圍進(jìn)行精準(zhǔn)定位，再由分布在兩側(cè)的機(jī)器人進(jìn)行焊接，實(shí)現(xiàn)了車身主線柔性切換。圖4為機(jī)器人柔性抓取空中移栽機(jī)，通過空中移栽機(jī)抓取側(cè)圍送達(dá)到機(jī)器人抓取位置，解決了傳輸帶輸送以及EMS占有空間大、投資高的缺點(diǎn)，并且避免了與夾具的干涉，抓取部件容易，空中輸送為直線往復(fù)輸送，占有空間小，解決了人工輸送的運(yùn)輸定位精度問題。

圖4 機(jī)器人柔性抓取空中移栽機(jī)圖

6 頂蓋可視打膠控制系統(tǒng)

中低速電動汽車的頂蓋打膠一般為人工打膠，打膠期間如果打膠機(jī)有故障，沒有涂膠均勻或者不出膠，機(jī)器人無法識別，會導(dǎo)致品質(zhì)事故。為了解決自動化打膠問題，實(shí)現(xiàn)全自動化焊裝，開發(fā)了融入視覺系統(tǒng)的自動化打膠系統(tǒng)，由ABB機(jī)器人、CCD攝像頭、機(jī)器人控制柜、控制計(jì)算機(jī)、圖像采集卡等組成。整個系統(tǒng)由初始化模塊、視覺信息處理模塊和機(jī)器人視覺定位模塊組成。初始化模塊的主要功能是完成采集卡的初始化，同時(shí)還要完成主機(jī)與機(jī)器人控制器之間的通信傳輸。圖像的采集、保存、實(shí)時(shí)顯示、圖像的預(yù)處理、目標(biāo)圖像的識別等功能主要由視覺信息處理模塊來完成。機(jī)器人視覺定位主要功能是完成機(jī)器人開環(huán)和閉環(huán)視覺定位。通過三大模塊的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自動打膠品質(zhì)問題的自動識別，解決了機(jī)器人自動化頂蓋打膠存在的各種品質(zhì)問題，實(shí)現(xiàn)了高效、高品質(zhì)頂蓋自動打膠。

7 結(jié)語

目前國外企業(yè)智能制造技術(shù)的運(yùn)用及對先進(jìn)技術(shù)的掌控，使得國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，且不利于我國工業(yè)水平的提升。本文以中低速電動汽車白車身焊裝線為對象設(shè)計(jì)和開發(fā)了高速滾床系統(tǒng)、車身柔性支撐系統(tǒng)、EMS無線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、車身主線柔性切換系統(tǒng)、頂蓋可視打膠控制系統(tǒng)等五大核心關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全高效無干擾高精度焊接、多車型共享一線生產(chǎn)、數(shù)據(jù)交換高可靠性、低故障和維修簡單、可視化打膠等五大功能，使得國內(nèi)汽車車身制造核心技術(shù)不斷取得新的突破，帶動汽車車身制造實(shí)現(xiàn)了柔性自動化焊裝，對我國實(shí)現(xiàn)汽車車身的柔性“智造”意義重大。