高速滾床輸送系統(tǒng)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(tǒng)是現(xiàn)代汽車制造企業(yè)自動化焊裝生產(chǎn)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(zhì)量有著直接的影響。文章介紹了高速滾床輸送系統(tǒng)的主要組成部分，分析了影響高速滾床輸送系統(tǒng)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?qū)崟r在線檢測高速滾床輸送系統(tǒng)的重復定位精度，為高速滾床輸送設備的長期穩(wěn)定運行和高精度、高質(zhì)量的生產(chǎn)，提供了可靠保障，同時提高了生產(chǎn)效率。

【關鍵詞】高速滾床；自動化焊裝生產(chǎn)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(xiàn)代汽車制造企業(yè)中，高速滾床輸送系統(tǒng)被廣泛應用于自動化汽車焊裝生產(chǎn)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(chǎn)線建成投產(chǎn)前期，高速滾床輸送系統(tǒng)的重復定位精度處于較為理想的狀態(tài)。但隨著生產(chǎn)線的持續(xù)運行，機械設備不可避免地發(fā)生磨損、老化，進而造成高速滾床輸送系統(tǒng)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(xiàn)定位偏差或定位失敗，進而導致車身尺寸出現(xiàn)嚴重偏差，甚至造成生產(chǎn)線停運，嚴重影響正常生產(chǎn)節(jié)拍，降低生產(chǎn)效率。目前，為了保障高速滾床輸送系統(tǒng)的重復定位精度，汽車制造企業(yè)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(chǎn)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(tǒng)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(wěn)定運行和高精度、高質(zhì)量的生產(chǎn)，提供可靠保障，同時提高生產(chǎn)效率。

2 高速滾床輸送系統(tǒng)簡介

2.1 高速滾床輸送系統(tǒng)組成

高速滾床主要由開關式傳感器、鎖止器、導向系統(tǒng)、輸送輥輪、驅(qū)動系統(tǒng)、框架系統(tǒng)、讀寫器、PLC控制系統(tǒng)、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(tǒng)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(qū)動系統(tǒng)為水平和豎直方向的運動提供驅(qū)動；框架系統(tǒng)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(tǒng)；PLC控制系統(tǒng)用于收集系統(tǒng)信息并發(fā)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(tǒng)功能

高速滾床輸送系統(tǒng)在自動化焊裝生產(chǎn)線上主要有2個功能。一是完成白車身各級總成沿生產(chǎn)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(cè)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(zhuǎn)動為滑撬提供摩擦力作為驅(qū)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(zhuǎn)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(cè)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(tǒng)重復定位精度影響因素分析

3.1 高速滾床輸送系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)兩側(cè)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(tǒng)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(cè)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?qū)л唽к壍闹本€度、垂直度處在理想狀態(tài)；？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(tǒng)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(cè)定位孔實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)

4.1 在線檢測系統(tǒng)總體方案設計

高速滾床重復定位精度在線檢測系統(tǒng)（如圖5所示）由非接觸式位移傳感器、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集卡用來收集、轉(zhuǎn)換并上傳傳感器的信號，計算機分析、處理相應數(shù)據(jù)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(jù)測量值情況，執(zhí)行繼續(xù)“生產(chǎn)”“暫?！被颉皥缶辈僮?，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(fā)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(zhì)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(cè)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(fā)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(cè)，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(cè)，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(tǒng)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(shù)據(jù)的節(jié)拍由生產(chǎn)節(jié)拍確定，通過PLC控制系統(tǒng)控制，傳感器每完成一次數(shù)據(jù)采集，該數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機的分析和處理將以圖形和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)都經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡連接，上傳至計算機進行相應處理。

4.2 數(shù)據(jù)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(tǒng)為重復定位精度允許值為0.5 mm；1～8號測點部分測量數(shù)據(jù)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(tǒng)X向重復定位精度為0.19 mm，高速滾床輸送系統(tǒng)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(jié)論

本文首先對高速滾床輸送系統(tǒng)主要組成部分進行了介紹，其次對影響高速滾床輸送系統(tǒng)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(tǒng)重復定位精度在線檢測方法。該方法能夠?qū)Ω咚贊L床輸送系統(tǒng)的重復定位精度進行實時在線檢測，有利于提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]