測(cè)試臺(tái)自動(dòng)化上下料的研究及應(yīng)用

張敏濤

（航空工業(yè)慶安集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710077）

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

磨合運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)品上下接口的轉(zhuǎn)接夾具，來(lái)模擬產(chǎn)品實(shí)際安裝狀態(tài)，運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。磨合試驗(yàn)開始前，需要預(yù)裝隨行夾具、搬運(yùn)產(chǎn)品夾具、調(diào)整安裝姿態(tài)、對(duì)正下接口位置、調(diào)整上接口位置、對(duì)接花鍵套，以及擰緊螺栓等7個(gè)步驟，步驟繁瑣，需要2~3人配合，耗時(shí)耗力。產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)流程如圖2所示。

圖1 運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)流程圖

當(dāng)前的產(chǎn)品測(cè)試流程效率低，一方面，主要受制于產(chǎn)品的預(yù)裝和拆分自動(dòng)化程度低，以人工操作為主；另一方面，關(guān)鍵裝夾環(huán)節(jié)（比如接口對(duì)正、花鍵連接等）過(guò)度依靠人工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)人員技能的熟練程度要求較高。

2 總體方案設(shè)計(jì)

磨合試驗(yàn)臺(tái)單機(jī)自動(dòng)化改造的設(shè)計(jì)思路主要分為五個(gè)方面：①建立工裝預(yù)調(diào)站輔助人員安裝，提高隨行夾具安裝效率；②通過(guò)增加機(jī)器人，減少人工搬運(yùn)；③通過(guò)增加零點(diǎn)定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工裝安裝定位自動(dòng)化；④通過(guò)液壓升降裝置，兼容不同系列產(chǎn)品的快速定位；⑤對(duì)花鍵連接方式進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品接口的快速裝夾。

2.1 整體布局

某系列產(chǎn)品主要磨合試驗(yàn)臺(tái)為3個(gè)，通過(guò)重新布局，新增機(jī)器人和多工位預(yù)裝臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)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(yù)裝工作站、機(jī)器人及夾爪[1]、試驗(yàn)臺(tái)改造（工裝改造、升降裝置、線路改造）。

圖3 磨合試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造布局示意圖

2.2 測(cè)試流程

在預(yù)裝工位，機(jī)器人視覺識(shí)別掃描產(chǎn)品訂單碼［2］，機(jī)器人從托盤庫(kù)自動(dòng)抓取轉(zhuǎn)接工裝，并運(yùn)送至預(yù)裝工位；將產(chǎn)品與轉(zhuǎn)接工裝進(jìn)行連接，并安裝在零點(diǎn)定位系統(tǒng)的子盤上［3］，由機(jī)器人自動(dòng)上料，與試驗(yàn)臺(tái)母盤進(jìn)行對(duì)接；零點(diǎn)系統(tǒng)下方的氣動(dòng)頂升裝置［4］，根據(jù)不同的產(chǎn)品中心高，調(diào)整零點(diǎn)定位系統(tǒng)的高度，產(chǎn)品花鍵自動(dòng)進(jìn)行連接，啟動(dòng)測(cè)試程序；產(chǎn)品測(cè)試完成后，機(jī)器人將帶有零點(diǎn)定位子盤的轉(zhuǎn)接工裝及產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)至檢測(cè)工位進(jìn)行檢測(cè)，完成后拆分下線。磨合試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造布局示意圖如圖4所示，磨合運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造三維圖如圖5所示。

圖4 磨合試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造布局示意圖

圖5 磨合運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造三維圖

2.3 詳細(xì)設(shè)備方案

（1）多功能預(yù)裝站

多功能預(yù)裝站是通過(guò)機(jī)器人配合，完成產(chǎn)品自動(dòng)上線前的預(yù)裝緩存及產(chǎn)品自動(dòng)測(cè)試下線后的臨時(shí)周轉(zhuǎn)，并通過(guò)設(shè)置多工位轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品的快速上料與下料，匹配產(chǎn)品的測(cè)試節(jié)拍。

1）技術(shù)參數(shù)。工位數(shù)為5，重復(fù)定位精度為±0.1mm，旋轉(zhuǎn)角度為360°，負(fù)載為300kg；配置自動(dòng)擰緊搶、人機(jī)界面HMI，實(shí)現(xiàn)與管控系統(tǒng)相連。

2）工作流程。人工在預(yù)裝工位掃描產(chǎn)品標(biāo)牌，機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別吊運(yùn)產(chǎn)品的預(yù)裝工裝和夾具；人工在預(yù)裝臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品上線前的預(yù)先裝夾，重點(diǎn)是產(chǎn)品上下隨行工裝的裝配夾緊；人工將隨行工裝與零點(diǎn)定位系統(tǒng)的子盤進(jìn)行連接，便于機(jī)器人自動(dòng)化上料前的裝夾。

（2）六軸機(jī)器人

六軸機(jī)器人主要進(jìn)行工裝夾具的調(diào)取及產(chǎn)品的自動(dòng)化上下料。

1）技術(shù)參數(shù)。型號(hào)為KR 120 R2700-2，自由度為6；最大回轉(zhuǎn)半徑為2 700mm，最大拾取重量為120kg，位置重復(fù)精度為±0.05mm，機(jī)器人自重為1 069kg。

2）工作流程。①機(jī)器人自動(dòng)抓取產(chǎn)品放置物料接駁臺(tái)；②人工將產(chǎn)品從物料接駁臺(tái)移至預(yù)裝工位；③掃碼識(shí)別產(chǎn)品類型，機(jī)械人自動(dòng)獲取信息從貨架抓取相應(yīng)的隨行工裝；④利用零點(diǎn)定位系統(tǒng)和啟動(dòng)頂升裝置，將產(chǎn)品及隨行工裝自動(dòng)裝夾至試驗(yàn)臺(tái)上；⑤測(cè)試完成后，機(jī)器人自動(dòng)將產(chǎn)品及隨行工裝移至預(yù)裝轉(zhuǎn)臺(tái)，人工進(jìn)行拆分。

（3）隨行夾具

隨行夾具主要模擬產(chǎn)品的實(shí)際使用狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的安裝和定位。

1）技術(shù)參數(shù)?？傊亓?40kg；工件 15kg；固定端夾具 15kg；活動(dòng)端夾具 8kg；機(jī)器人夾持端 2kg。

2）工作流程。利用電動(dòng)擰緊扳手連接固定端夾具與固定端殼體；利用電動(dòng)擰緊扳手連接活動(dòng)端夾具與輸出端殼體；將固定端殼體的夾具與零點(diǎn)定位系統(tǒng)的子盤進(jìn)行連接；等待機(jī)器人自動(dòng)抓取。

（4）試驗(yàn)臺(tái)改造

對(duì)現(xiàn)有人工裝夾方式進(jìn)行適應(yīng)性改造，滿足零點(diǎn)定位系統(tǒng)和機(jī)器人上下料的需求。試驗(yàn)臺(tái)改造示意圖如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)臺(tái)改造示意圖

1）技術(shù)參數(shù)。零點(diǎn)定位系統(tǒng)母座3個(gè)，下拉力3t，抗扭8 000N·m ，頂升范圍30mm，氣缸型號(hào)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(dòng)放置于試驗(yàn)臺(tái)工裝底板及零點(diǎn)定位系統(tǒng)上，隨行夾具拉釘與零點(diǎn)定位系統(tǒng)母座緊密拉緊，重復(fù)定位精度0.005mm，下拉力3t，最大抗扭8 000N·m。②采用氣動(dòng)頂升的方式，將工裝夾具豎直向上推起，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)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(dòng)連接裝置帶動(dòng)輸入軸向左運(yùn)動(dòng)，輸入端電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)花鍵自動(dòng)連接裝置卡齒與花鍵隨性工裝的自動(dòng)連接。

3 預(yù)期目標(biāo)及效果

改進(jìn)前：原有3臺(tái)測(cè)試設(shè)備至少需要6人，單套產(chǎn)品測(cè)試時(shí)間100 min。

改進(jìn)后：利用機(jī)器人自動(dòng)上下料，測(cè)試人員需求2人，總時(shí)間38 min，人員減少4人（2倍），整體裝夾測(cè)試效率提升1.6倍，具體內(nèi)容詳見下表。

表 試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化改造前后對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)自動(dòng)上下料減少試驗(yàn)前的準(zhǔn)備時(shí)間，可大幅提高產(chǎn)品測(cè)試效率，減少因生產(chǎn)任務(wù)沖突帶來(lái)的試驗(yàn)臺(tái)瓶頸問(wèn)題；通過(guò)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造，與生產(chǎn)線管控系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與上傳，并自動(dòng)生成電子履歷；對(duì)試驗(yàn)臺(tái)放置相對(duì)集中的廠房，具備機(jī)器人代替人工上下料的環(huán)境基礎(chǔ)，可以進(jìn)行大批量改造，大幅降低產(chǎn)品試驗(yàn)的拆卸時(shí)間。