測試臺自動化上下料的研究及應用

張敏濤

（航空工業慶安集團有限公司，陜西 西安 710077）

1 生產現狀及存在問題

磨合運轉試驗臺通過設計產品上下接口的轉接夾具，來模擬產品實際安裝狀態，運轉試驗臺結構示意圖如圖1所示。磨合試驗開始前，需要預裝隨行夾具、搬運產品夾具、調整安裝姿態、對正下接口位置、調整上接口位置、對接花鍵套，以及擰緊螺栓等7個步驟，步驟繁瑣，需要2~3人配合，耗時耗力。產品運轉試驗流程如圖2所示。

圖1 運轉試驗臺結構示意圖

圖2 產品運轉試驗流程圖

當前的產品測試流程效率低，一方面，主要受制于產品的預裝和拆分自動化程度低，以人工操作為主；另一方面，關鍵裝夾環節（比如接口對正、花鍵連接等）過度依靠人工經驗，對人員技能的熟練程度要求較高。

2 總體方案設計

磨合試驗臺單機自動化改造的設計思路主要分為五個方面：①建立工裝預調站輔助人員安裝，提高隨行夾具安裝效率；②通過增加機器人，減少人工搬運；③通過增加零點定位系統，實現工裝安裝定位自動化；④通過液壓升降裝置，兼容不同系列產品的快速定位；⑤對花鍵連接方式進行改進，實現產品接口的快速裝夾。

2.1 整體布局

某系列產品主要磨合試驗臺為3個，通過重新布局，新增機器人和多工位預裝臺實現產品的自動上下料，改造后布局圖如圖3所示，主要包括隨行夾具（拉釘）、預裝工作站、機器人及夾爪[1]、試驗臺改造（工裝改造、升降裝置、線路改造）。

圖3 磨合試驗臺自動化改造布局示意圖

2.2 測試流程

在預裝工位，機器人視覺識別掃描產品訂單碼［2］，機器人從托盤庫自動抓取轉接工裝，并運送至預裝工位；將產品與轉接工裝進行連接，并安裝在零點定位系統的子盤上［3］，由機器人自動上料，與試驗臺母盤進行對接；零點系統下方的氣動頂升裝置［4］，根據不同的產品中心高，調整零點定位系統的高度，產品花鍵自動進行連接，啟動測試程序；產品測試完成后，機器人將帶有零點定位子盤的轉接工裝及產品運轉至檢測工位進行檢測，完成后拆分下線。磨合試驗臺自動化改造布局示意圖如圖4所示，磨合運轉試驗臺自動化改造三維圖如圖5所示。

圖4 磨合試驗臺自動化改造布局示意圖

圖5 磨合運轉試驗臺自動化改造三維圖

2.3 詳細設備方案

（1）多功能預裝站

多功能預裝站是通過機器人配合，完成產品自動上線前的預裝緩存及產品自動測試下線后的臨時周轉，并通過設置多工位轉臺，實現不同產品的快速上料與下料，匹配產品的測試節拍。

1）技術參數。工位數為5，重復定位精度為±0.1mm，旋轉角度為360°，負載為300kg；配置自動擰緊搶、人機界面HMI，實現與管控系統相連。

2）工作流程。人工在預裝工位掃描產品標牌，機器人自動識別吊運產品的預裝工裝和夾具；人工在預裝臺進行產品上線前的預先裝夾，重點是產品上下隨行工裝的裝配夾緊；人工將隨行工裝與零點定位系統的子盤進行連接，便于機器人自動化上料前的裝夾。

（2）六軸機器人

六軸機器人主要進行工裝夾具的調取及產品的自動化上下料。

1）技術參數。型號為KR 120 R2700-2，自由度為6；最大回轉半徑為2 700mm，最大拾取重量為120kg，位置重復精度為±0.05mm，機器人自重為1 069kg。

2）工作流程。①機器人自動抓取產品放置物料接駁臺；②人工將產品從物料接駁臺移至預裝工位；③掃碼識別產品類型，機械人自動獲取信息從貨架抓取相應的隨行工裝；④利用零點定位系統和啟動頂升裝置，將產品及隨行工裝自動裝夾至試驗臺上；⑤測試完成后，機器人自動將產品及隨行工裝移至預裝轉臺，人工進行拆分。

（3）隨行夾具

隨行夾具主要模擬產品的實際使用狀態，進行相應的安裝和定位。

1）技術參數。總重量 40kg；工件 15kg；固定端夾具 15kg；活動端夾具 8kg；機器人夾持端 2kg。

2）工作流程。利用電動擰緊扳手連接固定端夾具與固定端殼體；利用電動擰緊扳手連接活動端夾具與輸出端殼體；將固定端殼體的夾具與零點定位系統的子盤進行連接；等待機器人自動抓取。

（4）試驗臺改造

對現有人工裝夾方式進行適應性改造，滿足零點定位系統和機器人上下料的需求。試驗臺改造示意圖如圖6所示。

圖6 試驗臺改造示意圖

1）技術參數。零點定位系統母座3個，下拉力3t，抗扭8 000N·m ，頂升范圍30mm，氣缸型號WCE1002-2，氣缸輸出力0.9kN。

2）工作流程。①將帶隨行夾具的工件自動放置于試驗臺工裝底板及零點定位系統上，隨行夾具拉釘與零點定位系統母座緊密拉緊，重復定位精度0.005mm，下拉力3t，最大抗扭8 000N·m。②采用氣動頂升的方式，將工裝夾具豎直向上推起，實現活動上端夾具與搖臂處軸承定位，完成工件軸心定位。③花鍵自動連接裝置帶動輸入軸向左運動，輸入端電機低速旋轉，實現花鍵自動連接裝置卡齒與花鍵隨性工裝的自動連接。

3 預期目標及效果

改進前：原有3臺測試設備至少需要6人，單套產品測試時間100 min。

改進后：利用機器人自動上下料，測試人員需求2人，總時間38 min，人員減少4人（2倍），整體裝夾測試效率提升1.6倍，具體內容詳見下表。

表 試驗臺自動化改造前后對比

4 結束語

通過自動上下料減少試驗前的準備時間，可大幅提高產品測試效率，減少因生產任務沖突帶來的試驗臺瓶頸問題；通過對試驗臺測試系統進行適應性改造，與生產線管控系統進行集成，實現試驗數據的自動采集與上傳，并自動生成電子履歷；對試驗臺放置相對集中的廠房，具備機器人代替人工上下料的環境基礎，可以進行大批量改造，大幅降低產品試驗的拆卸時間。