基于自動(dòng)就位的氣扳機(jī)在線測量設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用

宋香富，江源，孫承秋

(1.福建省明溪縣氣動(dòng)工具產(chǎn)品研究所，福建 三明365200；2.青島前哨風(fēng)動(dòng)工具制造技術(shù)有限公司,山東 青島266045)

1 概述

在汽車制造、家電組裝等行業(yè)，設(shè)備緊固件大部分采用螺紋連接，通常用氣扳機(jī)快速擰緊，而氣扳機(jī)的輸出扭矩值則用擰緊扳手來校準(zhǔn)。對(duì)于重復(fù)性高、生產(chǎn)節(jié)拍快的裝配作業(yè)，需要快速、準(zhǔn)確測量氣扳機(jī)輸出扭矩的大小。汽車制造，家電組裝等裝配現(xiàn)場，班前操作者都需要測量本班次使用的氣扳機(jī)，觀察氣扳機(jī)的扭矩是否符合擰緊的要求,這就要求測量快速、可靠。當(dāng)前氣扳機(jī)扭矩的快速測量一般采用MTT 系列擰緊測試臺(tái)來完成，如圖1所示，該測試臺(tái)由應(yīng)變片式傳感器、扭矩儀表、PLC、上位機(jī)組成，可快速測量并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

MTT系列扭矩測試臺(tái)能快速測量氣扳機(jī)的性能，但因以下因素，測量值大小不一：（1）握氣扳機(jī)開關(guān)力度的大小；（2）氣扳機(jī)與扭矩傳感器接觸角度不一致；(3)供氣氣源的壓力在測試時(shí)波動(dòng),流量不達(dá)標(biāo)。

圖1 氣扳機(jī)測試臺(tái)

2 解決方案

針對(duì)MTT 系列扭矩測試臺(tái)存在的缺點(diǎn)與不足, 我們研制了一款氣扳機(jī)在線測量設(shè)備,很好地解決了這個(gè)問題(見圖2)。氣扳機(jī)在線測量設(shè)備由智能儲(chǔ)氣罐單元、自動(dòng)抓取單元、自動(dòng)就位單元、自動(dòng)測量單元組成。

3 氣扳機(jī)準(zhǔn)確測量的功能實(shí)現(xiàn)

3.1 智能儲(chǔ)氣罐單元設(shè)計(jì)

智能儲(chǔ)氣罐單元由200 L 的儲(chǔ)氣罐、配套的氣路配件、傳感器、PLC、上位機(jī)組成。智能儲(chǔ)氣罐單元一方面保證了氣扳機(jī)測量時(shí)的氣體流量,另一方面為測試氣扳機(jī)提供了準(zhǔn)確的壓力。

3.2 自動(dòng)就位單元設(shè)計(jì)

自動(dòng)就位單元由往復(fù)運(yùn)動(dòng)的傳送帶和定位工裝組成。傳送帶由伺服電機(jī)和鏈板輸送帶組成,伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確定位，見圖3。

3.3 自動(dòng)抓取單元設(shè)計(jì)

圖2 智能儲(chǔ)氣罐及氣扳機(jī)在線測量設(shè)備

圖3 自動(dòng)就位單元

自動(dòng)抓取單元由三軸龍門運(yùn)動(dòng)單元和末端執(zhí)行器組成。三軸龍門運(yùn)動(dòng)單元有XYZ 三伺服軸組成,行程分別為800×1200×1000 mm,定位精度為0.03 mm。末端執(zhí)行器由電磁閥和組合氣缸夾具組成,安裝在Z 軸上,實(shí)現(xiàn)對(duì)氣扳機(jī)的精確抓取,并傳送到傳感器內(nèi)方口中,實(shí)現(xiàn)精確定位,實(shí)現(xiàn)測量的高重復(fù)性,見圖4。

圖4 三軸龍門運(yùn)動(dòng)單元和末端執(zhí)行器

3.4 自動(dòng)控制單元設(shè)計(jì)

自動(dòng)測量單元由扭矩儀表、PLC、A/D、上位機(jī)組成。扭矩儀表與扭矩傳感器相連,顯示扭矩值并輸出相應(yīng)的模擬值給PLC；PLC 一方面采集到扭矩的模擬值后經(jīng)邏輯運(yùn)算，在上位機(jī)顯示扭矩,保存數(shù)據(jù)(見圖5)；另一方面PLC 輸出脈沖控制三軸龍門運(yùn)動(dòng)單元、傳送帶，分別實(shí)現(xiàn)三軸的運(yùn)動(dòng)和傳送帶的準(zhǔn)確控制。

3.5 扭矩校準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)

圖5 自動(dòng)控制單元

扭矩校準(zhǔn)單元由扭矩傳感器、500 mm 杠桿、砝碼組成，見圖6。扭矩傳感器的量程為300 N.m和1000 N.m，垂直分布，校準(zhǔn)時(shí)500 mm 杠桿與扭矩傳感器水平放置，500 mm 杠桿末端掛鉤上吊相應(yīng)的砝碼。

圖6 扭矩校準(zhǔn)單元

4 設(shè)備性能試驗(yàn)

使用氣扳機(jī)B1431 和B1632 進(jìn)行設(shè)備的在線測量，得出設(shè)備的整體測試精度≤5%，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，見表1。

表1 測試精度驗(yàn)證

5 結(jié)論

基于自動(dòng)抓取,自動(dòng)就位,扭矩精確測量,數(shù)據(jù)存儲(chǔ),自動(dòng)控制,扭矩校準(zhǔn)的功能,開發(fā)了一種氣扳機(jī)在線測量設(shè)備。該設(shè)備的重復(fù)性測量試驗(yàn)表明，設(shè)備性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

氣扳機(jī)在線測量設(shè)備在氣扳機(jī)生產(chǎn)廠，汽車制造，家電裝配等領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景。