高速滾床輸送系統重復定位精度在線檢測方法研究

盧曉冬　唐倩　冉啟洪　湯艷剛

【摘 要】高速滾床輸送系統是現代汽車制造企業自動化焊裝生產線的重要組成部分，其重復定位精度對白車身各級總成焊裝效率和焊裝質量有著直接的影響。文章介紹了高速滾床輸送系統的主要組成部分，分析了影響高速滾床輸送系統重復定位精度的因素，闡述了一種高速滾床重復定位精度在線檢測方案，該方案能夠實時在線檢測高速滾床輸送系統的重復定位精度，為高速滾床輸送設備的長期穩定運行和高精度、高質量的生產，提供了可靠保障，同時提高了生產效率。

【關鍵詞】高速滾床；自動化焊裝生產線；重復定位精度；在線檢測

【中圖分類號】TP242 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0083-04

1 背景

在現代汽車制造企業中，高速滾床輸送系統被廣泛應用于自動化汽車焊裝生產線上，完成白車身各級總成在焊裝過程中的輸送和定位工作。在汽車焊裝生產線建成投產前期，高速滾床輸送系統的重復定位精度處于較為理想的狀態。但隨著生產線的持續運行，機械設備不可避免地發生磨損、老化，進而造成高速滾床輸送系統重復定位精度的下降。一旦重復定位精度降低，將導致白車身出現定位偏差或定位失敗，進而導致車身尺寸出現嚴重偏差，甚至造成生產線停運，嚴重影響正常生產節拍，降低生產效率。目前，為了保障高速滾床輸送系統的重復定位精度，汽車制造企業一般采用人工定期檢修和間斷性檢測維護的方法。但這種方法需要生產線停線、人工檢測費時費力且無法在第一時間獲知當前高速滾床輸送系統重復定位精度信息。

針對這一問題，本文詳細分析了高速滾床輸送設備重復定位精度的影響因素，提出了一種高速滾床輸送設備重復定位精度在線檢測方案，為高速滾床輸送設備的長期穩定運行和高精度、高質量的生產，提供可靠保障，同時提高生產效率。

2 高速滾床輸送系統簡介

2.1 高速滾床輸送系統組成

高速滾床主要由開關式傳感器、鎖止器、導向系統、輸送輥輪、驅動系統、框架系統、讀寫器、PLC控制系統、滑撬9個部分組成（如圖1所示）。

開關式傳感器用于減速、停止、占位控制；鎖止器用于滑撬到位后保證滑撬長度方向的位置；導向系統用于滑撬水平輸送和豎直升降時的導向；輸送輥輪為滑撬在滾床本體上的水平運動提供摩擦力；驅動系統為水平和豎直方向的運動提供驅動；框架系統為其他所有組成部分提供支撐；讀寫器用于讀取車身信息并反饋給控制系統；PLC控制系統用于收集系統信息并發出動作指令；滑撬用于放置白車身各級總成。

2.2 高速滾床輸送系統功能

高速滾床輸送系統在自動化焊裝生產線上主要有2個功能。一是完成白車身各級總成沿生產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工位的準確定位，為夾具的夾緊及機器人的加工奠定基礎。在輸送過程中，白車身各級總成放置于滑撬上，滑撬放置于滾床本體上，滾床本體固定于車間地板，工位兩側的定位銷和定位塊也固定于車間地板。整個動作過程如下：？譹？訛輥輪轉動為滑撬提供摩擦力作為驅動，使之在滾床本體上水平行進至下一工位；？譺？訛滑撬到達滾床本體相應位置后，輥輪停轉為滑撬提供制動力使之停止運動，鎖止器彈出并保證滑撬在滾床本體上的相對位置；？譻？訛滾床本體豎直下降，帶動滑撬及滑撬上的白車身各級總成豎直下降至相應位置；？譼？訛白車身各級總成在豎直下降過程中與滑撬分離，落入工位兩側的定位銷和定位塊，完成定位；？譽？訛機器人完成本工位所有工序后，滑撬隨滾床本體豎直上升，與白車身各級總成再次接觸并恢復至相應的高度后停止（如圖2所示）。

3 高速滾床輸送系統重復定位精度影響因素分析

3.1 高速滾床輸送系統坐標系建立

為便于重復定位精度在線檢測方案的實施，建立高速滾床輸送系統坐標系（如圖3所示）如下：坐標系的原點位于高速滾床輸送系統兩側地板后端的一組基準定位塊連線的中點處，X軸為前后（F/A）方向，其正方向與白車身流水線行進方向相同，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 重復定位精度影響因素分析

在研究高速滾床輸送系統重復定位精度的時候，不妨做出以下假設：？譹？訛假設固定于車間地面的工位兩側的定位銷和定位塊處在理論位置；？譺？訛假設固定于車間地面的豎直方向導輪導軌的直線度、垂直度處在理想狀態；？譻？訛假設白車身各級總成的定位孔處在理論位置。由于高速滾床輸送系統Z方向的重復定位精度（即能否精確停在Z軸方向上某一高度）對白車身各級總成能否準確定位影響不大，只需保證白車身各級總成能夠豎直落入工位兩側定位孔實現車身和滑撬分離/接觸即可，因此只需重點研究高速滾床輸送系統在X和Y方向的重復定位精度即可。在整個過程中，影響高速滾床輸送系統在X和Y方向重復定位精度的主要因素如圖4所示。

4 高速滾床重復定位精度在線檢測系統

4.1 在線檢測系統總體方案設計

高速滾床重復定位精度在線檢測系統（如圖5所示）由非接觸式位移傳感器、數據采集卡、計算機及支撐機構等其他輔助部件組成。非接觸式位移傳感器用于測量被測點到傳感器的距離，數據采集卡用來收集、轉換并上傳傳感器的信號，計算機分析、處理相應數據后，得到高速滾床的重復定位精度，并將測量值與理論閥值比較，根據測量值情況，執行繼續“生產”“暫停”或“報警”操作，供技術人員參考。

4.1.1 測點位置選擇

選擇測點位置時應當注意以下原則：？譹？訛測點處應有足夠的安裝空間，用于安裝傳感器測量頭；？譺？訛應當考慮滑撬在X向的水平運動以及滾床本體在Y向垂直升降，保證測頭不與上述運動發生干涉；？譻？訛所選測點應當具有代表性及可靠性，能夠準確地反映高速滾床精度情況；？譼？訛為了保證測量質量，應在相應測點位置加裝基準塊，用于傳感器測頭的感應、測量。

基于以上原則，選取4組8個測量點，其分布示意圖如圖6所示。

如圖6所示，對于滾床本體而言，滾床本體X方向的偏差測量由測點1、測點3完成，滾床本體Y方向的偏差測量由測點2、測點4完成，共2組4個測點，2組測點分別位于滾床本體沿流水線方向的左前和右后的對角位置。對于滑撬而言，滑撬X方向的偏差測量由測點5、測點7完成，因滑撬在X方向有水平運動，故傳感器側頭不能位于滑撬任何部分的正前方，避免滑撬在運動中與測頭發生碰撞。為解決此問題，需要在滑撬“T”形定位塊附近加裝一個傾斜角為θ的金屬塊，測頭位于金屬塊前方下側，通過一次余弦變換，即可得到滑撬X向精度；滑撬Y方向的偏差測量由測點6、測點8完成。

4.1.2 測量原理

因為滾床本體和滑撬各自X向和Y向的偏差，分別由4組測點來反映，且每組2個測點分別位于前后或左右兩側，為使每組2個測點的測量值與理論值的偏差值的符號與滾床本體在X正向、X負向、Y正向和Y負向的偏移的統一，所以定義第i號測點第j次測量所得測量值與理論值的偏差Eij如下：

4.1.3 檢測過程

非接觸式位移傳感器采集數據的節拍由生產節拍確定，通過PLC控制系統控制，傳感器每完成一次數據采集，該數據經過計算機的分析和處理將以圖形和數據的形式顯示在計算機上。檢測過程如下：？譹？訛滑撬到達滾床，開關式傳感器感應到后，給出反饋信號，電機停止運行，滑撬停在相應位置，鎖止機構彈出。同時，開始檢測高速滾床上8個測點精度值；？譺？訛滾床本體下降，白車身各級總成在下降過程中與滑撬分離，落在定位銷及定位塊上，等待加工；？譻？訛加工過后，滾床本體上升至理論位置，開關式傳感器給出反饋信號，鎖死機構退回，滑撬前行至下一工位；？譼？訛每次測量，傳感器的輸出數據都經數據采集卡連接，上傳至計算機進行相應處理。

4.2 數據分析方法實例

各測點理論值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號測點傾斜角θ=45°；高速滾床輸送系統為重復定位精度允許值為0.5 mm；1～8號測點部分測量數據見表1。

通過計算可得第i號測點第j次測量所得測量值與理論值的偏差（見表2）。

通過計算可得第j次測量滾床本體、滑撬和高速滾床偏差值（見表3）。

通過計算可得高速滾床輸送系統X向重復定位精度為0.19 mm，高速滾床輸送系統Y向重復定位精度為0.22 mm，均小于0.5 mm，高速滾床重復定位精度滿足需求。

5 結論

本文首先對高速滾床輸送系統主要組成部分進行了介紹，其次對影響高速滾床輸送系統重復定位精度的因素進行了詳細分析，最后闡述了一種高速滾床輸送系統重復定位精度在線檢測方法。該方法能夠對高速滾床輸送系統的重復定位精度進行實時在線檢測，有利于提高生產效率，降低企業成本。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]