全自動(dòng)化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)探索

【摘 要】本文分析針對汽車儀表指針半自動(dòng)壓制中人工參與物料的配送以及指針帽體的人工放置難以保證生產(chǎn)節(jié)拍和帽頭放置的位置差別影響質(zhì)量的不足，提出一種由工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行快速準(zhǔn)確的汽車儀表指針上下料，實(shí)現(xiàn)整個(gè)汽車儀表指針壓制過程的全自動(dòng)化。

【關(guān)鍵詞】全自動(dòng)化 汽車儀表盤指針 工業(yè)機(jī)器人 PLC 上料

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2016）10C-0188-03

汽車儀表是用來顯示汽車的各種性能狀態(tài)，汽車常規(guī)的組合儀表包括里程表、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、蓄電池電量表。傳統(tǒng)的汽車組合儀表主要采用指針式儀表來顯示各種性能狀態(tài)，指針式儀表主要部件是小型步進(jìn)電機(jī)和指針。在生產(chǎn)時(shí)，傳統(tǒng)儀表指針的壓裝方法主要采用特別定制的專用壓裝設(shè)備，通過手動(dòng)控制氣動(dòng)氣缸，驅(qū)動(dòng)多個(gè)壓裝頭一次性壓裝完成。當(dāng)前某款儀表指針壓制系統(tǒng)對儀表指針的壓裝使得壓力更加平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量并縮短了制造周期，可在一定程度上降低制造成本。但上述的壓裝方法存在的缺點(diǎn)是：指針帽頭水平放置由人工操作，極易因?yàn)槊鳖^與電機(jī)軸放置不水平而傾斜，在壓制時(shí)容易壓壞指針帽頭或步進(jìn)電機(jī)軸，直接造成產(chǎn)品的不合格或者報(bào)廢；在儀表盤的上下料的過程中對人工有絕對的依賴，沒有自動(dòng)上下料功能。隨著自動(dòng)化生產(chǎn)的不斷發(fā)展，全自動(dòng)化的裝配過程是企業(yè)未來發(fā)展的需求方向。

一、全自動(dòng)化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)組成

全自動(dòng)化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)采用了合理的流程控制，將在原有的汽車儀表指針壓裝設(shè)備前加裝皮帶輸送帶，用以輸送儀表盤，增加伺服電機(jī)控制的直線導(dǎo)軌滑臺(tái)，滑臺(tái)上安裝6自由度機(jī)器人用以對儀表盤和指針的自動(dòng)上下料，可通過觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)定及存儲(chǔ)、伺服驅(qū)動(dòng)速度調(diào)節(jié)、報(bào)警等功能，提高了產(chǎn)品的制造周期，從而大大降低了制造成本。

汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)由儀表指針帽頭輸送平臺(tái)、儀表指針自動(dòng)壓裝系統(tǒng)、儀表盤輸送平臺(tái)、PLC控制系統(tǒng)及觸摸屏、上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)五大部分組成。

儀表指針帽頭輸送平臺(tái)主要完成指針帽頭的自動(dòng)落料，機(jī)器人抓取帽頭，利用視覺進(jìn)行拍照，實(shí)現(xiàn)X、Y軸伺服定位，機(jī)器人放置帽頭，實(shí)現(xiàn)一系列帽頭放置工作。

儀表指針自動(dòng)壓裝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩套壓裝系統(tǒng)共用一個(gè)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行錯(cuò)時(shí)交替工作，提高工業(yè)機(jī)器人的使用效率。

儀表盤輸送平臺(tái)由傳送帶與分揀機(jī)構(gòu)組成，傳送帶為了實(shí)現(xiàn)精確定位，采用伺服電機(jī)進(jìn)行控制，主要實(shí)現(xiàn)對儀表盤的輸送以及將壓制完成的儀表盤進(jìn)行分揀，實(shí)現(xiàn)對合格及不合格品的自動(dòng)分揀。

上下料機(jī)器人控制系統(tǒng)主要對工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對儀表盤的吸取及上下料，以及對帽頭的吸取及上料工作。

PLC控制系統(tǒng)及觸摸屏實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制，包括對儀表指針的上下料、帽頭的放置、傳送帶的控制、工業(yè)機(jī)器人的控制，以及顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。如圖1所示。

圖1 全自動(dòng)化汽車儀表盤壓制系統(tǒng)框圖

二、全自動(dòng)化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)化汽車儀表盤壓制系統(tǒng)，其特征在于：該方法包括將平臺(tái)、壓裝氣缸復(fù)位到位，檢測平臺(tái)有無儀表盤，如果沒有則控制儀表盤伺服電機(jī)控制皮帶傳送未加工儀表盤到指定位置B，工業(yè)機(jī)器人吸盤夾具旋轉(zhuǎn)至1號(hào)儀表盤吸盤，然后吸取皮帶輸送帶上的未加工儀表盤，吸取儀表盤后將其放置在汽車組合儀表指針自動(dòng)壓裝裝置的工裝位置，檢測到有儀表盤工位有儀表盤放置信號(hào)后，夾具自動(dòng)夾緊。位于壓針壓頭旁的視覺攝像頭拍照儀表盤工位電機(jī)軸，將電機(jī)軸坐標(biāo)發(fā)回PLC，由PLC處理坐標(biāo)信號(hào)后通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人第六軸吸盤夾具旋轉(zhuǎn)至2號(hào)帽體吸盤，吸取A位置的指針帽頭，由工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)完成水平放置在儀表盤需要壓制指針處，并下壓0.5mm，繼續(xù)完成其他點(diǎn)的帽頭放置，然后機(jī)器人回退至D位置完成該工位的自動(dòng)上料。

當(dāng)機(jī)器人回到D位置后，儀表指針壓制系統(tǒng)即可進(jìn)入壓制工位，執(zhí)行壓制過程，當(dāng)所有儀表指針帽體都壓制完成后，攝像頭拍照識(shí)別所有指針位置是否都已經(jīng)壓制，且壓制壓力合格后，發(fā)送信號(hào)至PLC。

當(dāng)汽車儀表指針自動(dòng)壓裝裝置完成壓制過程后，PLC將控制儀表盤推出至工裝伸出狀態(tài)并打開夾具，控制器控制機(jī)器人選擇1號(hào)儀表盤吸盤吸取加工完成的儀表盤成品放置儀表盤成品傳送帶，完成工件的下料過程。

第一個(gè)壓裝工位上料后，機(jī)器人可以移動(dòng)至下一個(gè)壓裝工位的坐標(biāo)；完成下一工位的上料過程，由此循環(huán)工作。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)儀表指針自動(dòng)壓裝裝置完成壓制過程后發(fā)出完成信號(hào)，機(jī)器人根據(jù)節(jié)拍回到該工位完成下料過程。如圖2所示。

圖2 全自動(dòng)化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、汽車儀表盤壓制系統(tǒng)的控制方法

全自動(dòng)化汽車儀表盤指針帽頭壓制方法，將平臺(tái)、壓裝氣缸復(fù)位到位，檢測平臺(tái)有無儀表盤，如果沒有則控制指針帽頭落料1個(gè)，控制儀表盤皮帶輸送儀表盤到指定位置，機(jī)器人沿X軸運(yùn)動(dòng)，人選擇1號(hào)吸盤，然后吸取皮帶輸送帶上的儀表盤，吸取儀表盤后將其放置在汽車組合儀表指針自動(dòng)壓裝裝置的工裝位置，檢測到有儀表盤信號(hào)后，機(jī)器人選擇2號(hào)吸盤，吸取指針帽頭動(dòng)作，水平放置在儀表盤需要壓制指針處，并下壓1mm，繼續(xù)完成其他點(diǎn)的帽頭放置，然后機(jī)器人回退完成該工位的自動(dòng)上料。然后儀表盤工裝平臺(tái)前進(jìn)壓裝工位，判斷是否到位，Z軸氣缸通過X、Y軸伺服機(jī)構(gòu)移動(dòng)至指針壓制位置，氣缸下壓帽體，檢測壓力是否達(dá)到壓制范圍，將是否合格信號(hào)發(fā)至PLC，壓裝氣缸彈起，Z軸氣缸通過X、Y軸伺服機(jī)構(gòu)移動(dòng)至下一個(gè)壓裝點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行壓制；判斷是否還有壓制點(diǎn)，有則繼續(xù)完成所有點(diǎn)壓制；儀表盤退出至平臺(tái)原位；如果都壓制合格發(fā)送合格信號(hào)給PLC；機(jī)器人通過第6軸旋轉(zhuǎn)選擇1號(hào)大吸盤，然后吸取壓制合格的儀表盤水平放至皮帶輸送帶上，由輸送帶送出；如果不合格的產(chǎn)品則機(jī)器人通過第6軸旋轉(zhuǎn)選擇1號(hào)大吸盤，然后吸取壓制不合格的儀表盤，旋轉(zhuǎn)60度后放至皮帶輸送帶上，由輸送帶送出；由分揀系統(tǒng)識(shí)別合格與不合格產(chǎn)品，利用傳感器檢測產(chǎn)品的擺放角度判斷是否為合格品，合格品水平姿勢合格品用1號(hào)氣缸推料放至合格倉儲(chǔ)區(qū)；不合格品60度角姿勢用2號(hào)氣缸推料產(chǎn)品至不合格倉儲(chǔ)區(qū)。以上步驟自動(dòng)循環(huán)，直至停機(jī)結(jié)束。如圖3所示。

圖3 汽車儀表盤壓制系統(tǒng)的控制方法

四、汽車儀表盤壓制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

全自動(dòng)化汽車儀表盤壓制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：

1.全自動(dòng)化儀表指針上下料過程，提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明在整個(gè)壓裝過程中無人值守，全程都由PLC工作站實(shí)時(shí)監(jiān)控壓裝過程，全自動(dòng)化上下料過程。指針帽體由帽體輸送盤和漏斗自動(dòng)補(bǔ)料。

2.可保證帽體放置的水平精確定位。由于本發(fā)明工業(yè)機(jī)器人在壓裝過程中，機(jī)器人是通過示教預(yù)置點(diǎn)運(yùn)動(dòng)去精確尋找壓裝的坐標(biāo)點(diǎn)，因此，本發(fā)明可保證帽體的精確定位，從而可提高指針的放置精度和速度，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的合格率。此外，本發(fā)明還可通過預(yù)先設(shè)定有機(jī)器人定位壓裝的指針放置水平位置，并能自動(dòng)下壓，位置與下壓距離可以通過機(jī)器人示教進(jìn)行靈活修改，適應(yīng)不同儀表盤壓裝位置要求。能實(shí)現(xiàn)一個(gè)儀表多個(gè)指針帽頭的任意連續(xù)放置。

3.可保證帽體與指針放置的精確定位。由于本發(fā)明采用視覺定位方法，通過對儀表盤的拍照進(jìn)行分辨每次儀表盤的細(xì)微誤差，可以及時(shí)校正坐標(biāo)值，使得放置的儀表帽體與電機(jī)軸能精確放置無偏差。

4.對合格與不合格產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)器人差別放置，智能分揀。由于本發(fā)明在儀表壓制完成時(shí)，即馬上判斷儀表指針壓裝是否合格，還通過視覺判斷所有指針上是否都已經(jīng)壓制帽體，如果壓裝合格且無遺漏，則用機(jī)器人取出放置傳送平臺(tái)送出；如果不合格，則發(fā)出警報(bào)，機(jī)器人取走不合格儀表，水平角度以45度放至儀表盤成品輸送帶上，由輸送帶輸出，由分揀系統(tǒng)識(shí)別不合格產(chǎn)品放至不合格倉儲(chǔ)區(qū)。因此，本發(fā)明下料時(shí)可自動(dòng)分揀合格品和廢品，從而提高生產(chǎn)效率。

5.方法簡單，操作便捷，節(jié)省人力。該工位儀表指針壓制系統(tǒng)操作簡單，無人值守，大大節(jié)省了人力成本。如果有多臺(tái)工位同時(shí)使用，一臺(tái)機(jī)器人還可以同時(shí)負(fù)責(zé)兩個(gè)工位的上料下料，協(xié)調(diào)工作，更加有利于節(jié)約人力成本。

6.本發(fā)明可對儀表壓制過程及上下料過程進(jìn)行全程監(jiān)控。

總之，汽車儀表盤壓制系統(tǒng)給企業(yè)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)提供了有力的支持，也在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與原有設(shè)備的改造升級上提供了一個(gè)技術(shù)發(fā)展的方向，能對企業(yè)進(jìn)行類似改造提供一個(gè)新的思路及方向。本系統(tǒng)已申請了實(shí)用新型專利（申請?zhí)朇N201610145762.X）及發(fā)明專利（申請?zhí)朇N201610145774.2）。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鄧其貴，楊連凱，藍(lán)偉銘，等.汽車組合儀表指針自動(dòng)壓裝系統(tǒng)[P].廣西：CN102756356A，2012-10-31

[2]周俊伍.一種基于機(jī)器視覺的機(jī)器人型材搬運(yùn)裝置及其方法[P].廣東：CN104476552A，2015-04-01

[3]王振華，秦磊，禹鑫燚，等.一種工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)[P].江蘇：CN205087427U，2016-03-16

【作者簡介】藍(lán)偉銘（1982— ），男，壯族，廣西忻城人，碩士，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系工程師，研究方向：工業(yè)電氣自動(dòng)化、機(jī)電一體化技術(shù)。

（責(zé)編 黎 原）