空調(diào)柔性墊板自動(dòng)裝配技術(shù)研究與應(yīng)用

蘇 濱 陳 科

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000）

引言

空調(diào)生產(chǎn)中為防止運(yùn)輸過程冷凝器劃傷、倒片隱患，需要裝配包裝墊板。目前包裝墊板采用人工取裝的方法進(jìn)行裝配，效率低，重復(fù)動(dòng)作多，方法落后，已經(jīng)難于適應(yīng)產(chǎn)線自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。新形勢下，全新空調(diào)產(chǎn)品采用系列化外機(jī)，零件通用性更強(qiáng)，已逐漸成為主流殼體機(jī)型。同時(shí)，在新型空調(diào)基地如“黑燈工廠”的生產(chǎn)模式下，產(chǎn)線自動(dòng)化水平更高，強(qiáng)制要求產(chǎn)線自動(dòng)化覆蓋率要達(dá)到90 %以上，對生產(chǎn)自動(dòng)化、精益化提出了更高要求。為滿足后續(xù)空調(diào)基地等自動(dòng)化規(guī)劃要求，需研究實(shí)現(xiàn)包裝墊板全新裝配方式。

1 開發(fā)難點(diǎn)分析

1）柔性材質(zhì)物料易變形，自動(dòng)化拾取及裝配如何實(shí)現(xiàn)裝配，且保證裝配可靠？

如圖1，空調(diào)墊板材質(zhì)為PAP 20單瓦楞紙板，尺寸大，長×寬×厚為530 mm×450 mm×2.5 mm，人工裝配時(shí)首先先下部插入底盤部件凹槽內(nèi)，插入到位后，然后將上部墊板微折，讓墊板上端邊緣伸入頂蓋與冷凝器中間空隙中，人工操作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，自動(dòng)化裝配需要模擬出人工裝配的動(dòng)作并裝配到位。要求裝配居中，墊板無明顯折彎、劃破痕跡。

圖1 墊板人工裝配示意圖

2）墊板裝配時(shí)貼合面為空調(diào)的冷凝器，機(jī)械手拾取裝配時(shí)如何杜絕不碰傷冷凝器翅片，外觀要求是倒片長度不超過5 mm，寬度不超過3 mm，并能保證能裝配到位，需要采用緩沖減振方法保證操作可靠性，如圖2所示。

圖2 冷凝器外觀圖

3）實(shí)現(xiàn)包裝墊板自動(dòng)化，墊板來料放置需要評估放置位置和如何減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度是關(guān)鍵，如果采用人工堆碼放料，按生產(chǎn)節(jié)拍每小時(shí)260臺，每一摞包裝墊板50個(gè)計(jì)算，每小時(shí)人工需要準(zhǔn)備6摞墊板，員工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，如更改為自動(dòng)化裝配，相較于人工存在無法對來料墊板做到來料一對一全檢，局部出現(xiàn)孔洞、破損設(shè)備無法識別，項(xiàng)目需要增加相關(guān)檢測功能，避免不合格物料裝配到整機(jī)上，如圖3所示。

圖3 包裝墊板孔洞缺陷

2 技術(shù)開發(fā)

2.1 形變裝配機(jī)構(gòu)開發(fā)

如圖4所示,項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計(jì)形變機(jī)構(gòu)，包括機(jī)架、平移機(jī)構(gòu)和拾取機(jī)構(gòu)。其中機(jī)架包括包括安裝板和安裝座，安裝板相對的兩側(cè)分別設(shè)有阻擋件，阻擋件包括連接桿和擋桿阻擋件，連接桿設(shè)置在安裝板側(cè)邊并由側(cè)邊向遠(yuǎn)離安裝板方向延伸，擋桿設(shè)置在連接桿的延伸末端且與側(cè)邊平行。

圖4 機(jī)架、平移機(jī)構(gòu)及拾取機(jī)構(gòu)聯(lián)接圖

平移機(jī)構(gòu)，與上述安裝板相連接，可伸縮的氣缸設(shè)置于固定桿之間。拾取機(jī)構(gòu)包括吸盤，與平移機(jī)構(gòu)安裝板相連，導(dǎo)氣管，連通所述吸盤。當(dāng)拾取機(jī)構(gòu)拾取包裝墊板時(shí)，所述吸盤面與柔性裝配件接觸，此時(shí)導(dǎo)氣管對吸盤面與柔性裝配件之間的氣體抽氣，致使吸盤面和柔性裝配件的表面緊密貼合；當(dāng)拾取機(jī)構(gòu)裝配柔性裝配件時(shí)，導(dǎo)氣管停止抽氣，吸盤面與柔性裝配件表面之間無負(fù)壓作用力，致使吸盤面與柔性裝配件表面分離，使得變形的柔性裝配性回彈貼到冷凝器上，如圖5所示。

圖5 形變裝配機(jī)構(gòu)

1）平移機(jī)構(gòu)通過彈簧與拾取機(jī)構(gòu)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)減震阻尼，防止機(jī)子在流水線定位偏差狀態(tài)下，平移機(jī)構(gòu)伸長，與之聯(lián)接的拾取裝置吸住包裝墊板裝配時(shí)，易引起冷凝器倒片、劃傷的問題，導(dǎo)致外觀檢驗(yàn)不合格。同時(shí)吸盤上使用具有緩沖效果的減振海綿作為接觸媒介，如圖6所示。

圖6 吸盤緩沖結(jié)構(gòu)

2）增加吸取檢測功能，墊板來料破損異常，或吸盤故障時(shí)，吸盤空料作業(yè)則會造成漏裝。在吸盤附近增加光電開關(guān)，識別吸盤上是否吸取到墊板，程序增加空吸判斷，光電未感應(yīng)到墊板則判斷為吸取墊板失敗，程序繼續(xù)吸取下一工位墊板，直至光電識別到墊板吸取成功后，再進(jìn)行裝配，如圖7所示。

圖7 局部結(jié)構(gòu)圖

3）增加裝配到位檢測功能，墊板裝配到機(jī)身上，是否存在漏裝，是否裝配位置合適，項(xiàng)目通過在線體上安裝色標(biāo)傳感器，并與流水線實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，對每一臺經(jīng)過的機(jī)子通過對比冷凝器和包裝墊板的色差進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不合格的異常情況進(jìn)行聲光報(bào)警。同時(shí)增加鏡子工裝，方便套包裝膠袋崗位員工對墊板裝配情況進(jìn)行檢查，保證每臺墊板裝配到位，如圖8所示。

圖8 線體流水線安裝傳感器

4）開發(fā)設(shè)計(jì)AGV自動(dòng)送料、自動(dòng)碼料裝置及儲存料倉，由AGV周轉(zhuǎn)車帶動(dòng)已堆碼的包裝墊板的料倉一11和料倉二7從倉庫周轉(zhuǎn)至包裝墊板裝配崗位指定位置停下，當(dāng)傳感器三12識別儲料箱一的包裝墊板2已經(jīng)用完，處于空料的狀態(tài)，氣缸推板一3將料倉一11內(nèi)的包裝墊板2移進(jìn)儲料箱一1，當(dāng)傳感器四13識別儲料箱二4的包裝墊板2已經(jīng)用完，處于空料的狀態(tài)，氣缸推板二6將料倉二7內(nèi)的包裝墊板2移進(jìn)儲料箱二4，當(dāng)傳感器一10識別到料倉一11已經(jīng)處于空料狀態(tài)和傳感器二8識別到料倉二7都處于空料狀態(tài)的時(shí)候，AGV周轉(zhuǎn)車9帶動(dòng)料倉一11和料倉二7返回倉庫進(jìn)行取料，繼續(xù)配送包裝墊板2，進(jìn)入下一循環(huán)，如圖9所示。

圖9 空調(diào)外機(jī)包裝墊板自動(dòng)供料裝置結(jié)構(gòu)圖

5）自動(dòng)化生產(chǎn)裝配流程：空調(diào)外機(jī)整體采用底托上線，通過生產(chǎn)流水線導(dǎo)向定位桿將整機(jī)引導(dǎo)至阻擋器預(yù)定的位置，正面采用氣缸伸出將機(jī)子推向定位桿，實(shí)現(xiàn)整機(jī)定位。其中定位桿是用于對空調(diào)外機(jī)的左右方向定位，可以理解的是，生產(chǎn)流水線的傳送帶的寬度比空調(diào)外機(jī)的尺寸要大，因此在裝配包裝墊板時(shí)，要對空調(diào)外機(jī)在流水線上左右方向的位置進(jìn)行固定，從而更好的便于安裝包裝墊板，阻擋器用于阻擋空調(diào)外機(jī)的前后位置，避免空調(diào)外機(jī)隨著流水線導(dǎo)向下道工序，通過流水線上的氣缸將空調(diào)外機(jī)推向定位桿，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)外機(jī)的位置的精準(zhǔn)固定，便于后續(xù)對包裝墊板的裝配。此時(shí)通過移動(dòng)機(jī)器人帶動(dòng)如前所述機(jī)架移動(dòng)，吸盤和氣缸從機(jī)架中伸出，從包裝墊板碼垛儲料槽中取出包裝墊板，再通過縮回氣缸，使包裝墊板上下兩端分別接觸在如前所述檔桿，令包裝墊板產(chǎn)生彎曲形狀，以便滿足卡裝至空調(diào)外機(jī)的配合度姿態(tài)，然后將包裝墊板安裝在生產(chǎn)流水線上已經(jīng)定位的空調(diào)外機(jī)背面冷凝器側(cè)的指定位置，再將吸盤氣缸伸出，使包裝墊板恢復(fù)平直狀態(tài)，最終卡裝在空調(diào)外機(jī)上，從而完成了包裝墊板整個(gè)的拾取與安裝的過程，如圖10所示。

圖10 柔性墊板裝配關(guān)系圖

3 應(yīng)用成果

項(xiàng)目采用自動(dòng)裝配包裝墊板，打包段線體節(jié)拍11.5 s，采用機(jī)器人自動(dòng)裝配包裝墊板，可以使原貼銘牌崗位節(jié)約工時(shí)5.78 s實(shí)現(xiàn)單工序效率提升50.3 %，單班實(shí)現(xiàn)減員0.5人，提高工序操作效率，同時(shí)降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提升生產(chǎn)線自動(dòng)化水平。

4 結(jié)語

項(xiàng)目首創(chuàng)包裝墊板自動(dòng)裝配設(shè)備及感應(yīng)儲料、送料裝置，經(jīng)過驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)分體外機(jī)包裝墊板的自動(dòng)化供料，拾取及裝配，提高生產(chǎn)操作效率，減少生產(chǎn)線作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升家用生產(chǎn)流水線的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，為紙板類柔性物料自動(dòng)化裝配模式奠定基礎(chǔ)，提供了技術(shù)參考和經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目推廣后可給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。