文献标识码：B文章编号：1003-0492（2023）05-078-04中图分类号：TD948.9

★张升健，苑西成，朱孔翔（济南希润自动化科技有限公司，山东济南250000）

关键词：堵件；安装系统；设计；应用

车身的密封性能涉及车身防腐，是整车质量的重要评价指标之一，良好的车身密封性不仅需要合理的车身结构设计，还需要生产线上良好的工艺保障能力。整车制造工艺一般分为冲压、焊装、涂装和总装四个步骤，封堵件安排在涂装和总装车间之间。在整车涂装车间，需要对车身上的孔位进行封堵（安装堵件），在总装车间，还需要对安装完毕的堵件进行人工查漏，避免漏装与安装不到位。

1　现状及存在问题

目前的随车堵件都是人工进行安装，工作强度大，人工成本高，而且在人员靠近过程中存在一定的危险性，堵件安装完毕后还需要进行人工查漏，导致整个工作效率降低。

为解决以上问题，亟需研究一种整车随车堵件安装系统，以实现随车堵件的吸取、安装、检测。本文提出的系统可以大大提高安装速度、节省安装时间、解放劳动力、降低工成本；同时，该安装系统实现了安装过程的自动安装与检测、安装质量与精度在线检测，并且检测过程不需要人员干涉，避免了人员靠近整车的危险性，不仅可以增加整车生产制造的智能化与自动化，而且通过自动安装与检测，能够有效降低漏装与安装不到位的几率，提高了工作效率和安装准确性。

2　技术方案及功能设计

2.1　系统组成

该安装系统由机器人第七轨、工业机器人、3D相机、RGV小车、环形轨道、安装工装、PLC控制系统、工控机A和工控机B等组成。该系统的总体布置如图1所示。

1-机器人第七轨、2-工业机器人、3-3D相机、4-RGV小车、5-环形轨道、6-安装工装、7-PLC控制系统、8-工控机A、9-工控机B

图1 整车堵件安装系统总体布置图

工作原理：首先将车型信息输入到PLC控制系统中，通过PLC控制系统与工业机器人的信息进行交互，设定工业机器人的动作安装步骤，并将车型信息传到工业机器人的控制系统中。利用车间吊具将整车输送至两侧工业机器人的作业范围后，通过3D相机进行拍照定位整车位置信息并上传至工控机A中，与预先设定好的整车安装位置进行对比，得到整车实际位置与预先设定好的整车安装位置的车辆空间偏移值，并将信息发送给机器人控制系统与PLC控制系统，并调节工业机器人与RGV小车之间的空间位置偏移，以满足堵件的安装需求。调节完毕后，工业机器人开始通过工业机器人末端的安装工装抓取RGV小车托盘中的特定堵件，并利用传感器检测与车门之间的距离，依次对整车所有位置的堵件进行安装。所有堵件安装完毕后，工业机器人带动置于工业机器人末端的安装工装上的2D相机对每个整车孔位进行拍照，拍照后的照片上传至工控机B，与工控机B内预选存放有整车安装堵件后的照片进行对比，从而判断堵件是否全部安装完毕。如果没有，则工控机B发出错误提醒，并对漏装的位置进行标识，工作人员根据提醒进行二次补救安装，并再次对整车孔位进行拍照，并与工控机B内预选存放有整车安装堵件后的照片进行对比判断，如对比数据完全符合，控制程序提示全部安装完毕，则吊具将整车运走。RGV小车将空托盘运行至人工摆盘位置，进行人工摆盘。与此同时，下一辆整车再次利用吊具输送至两侧工业机器人的作业范围后，进行堵件安装，依次往复循环作业。

2.2　功能设计

2.2.1　节拍及空间布局

基于整车的作业节拍要求，对整个安装系统的设备数量及安装形式进行布置，选择双侧机器人布局，整车安装堵件位置居中布置，考虑工业机器人作业范围限制，利用机器人第七轨进行作业范围的扩展。工业机器人选择ABB机器人，公司的型号为IRB2600-20/1.65六轴机器人，可为堵件的安装提供更高的可靠性。

2.2.2　车声定位系统

由于吊具输送误差的原因，车体不可能每次都能停止于完全一样的空间位置上。为了准确地将堵件安装在车身指定位置，安装前需要对整车的空间位置进行精准测量。

该安装系统采用德国VMT视觉检测定位系统来实现对车身自动无接触的三维方位的精确定位，通过计算确定其当前方位偏差，即6个自由度的坐标转换（X、Y、Z、RX、RY、RZ），并将该方位矫正矢量传送给工业机器人控制系统和PLC控制系统，以确保工业机器人能够准确去安装堵件。

视觉系统配置示意图如图2所示，此过程中视觉系统需要解决的任务如下：

（1）整车停止位置的三维方位确定，用于车身定位识别；

（2）通过识别车体上的一些固有的特征标记来确定其当前方位偏差，并将该方位矫正矢量上传，用于机器人进行精确位置偏移。

图2 整车堵件安装系统3D视觉系统配置示意图

2.2.3　通讯方式的确认

Framegrabbe：该系统项目采用的是数字摄像机，此处为标准的以太网通讯；

Ethernet：测距仪和工控机通过标准以太网连接；

Profinet：机器人主站，视觉系统内部网从站。

2.2.4　安装工装研究

安装工装的形式和功能决定了堵件安装的速度和可靠性，是系统稳定运行的重要保证。设计一种满足功能的安装工装极其重要，既要具备旋转功能和吸附功能，还要实现对堵件安装位置进行检查的功能。

基于以上的功能要求，该安装工装设计了2D相机、光源、测距传感器、吸盘、活动气座、转轴、固定杆等部件，按功能分为旋转机构、吸附机构和2D相机装置。其中，旋转机构由旋转板（共用）、轴座、转轴、轴座、隔套、连通块、电磁阀、机器人连接法兰、固定杆、保护罩、转接法兰等组成，通过机器人连接法兰与工业机器人末端连接；吸附机构由吸盘、抽气嘴、活动气座、测距传感器、连接件、旋转板（共用）等组成，通过调整活动气座的个数，增加吸盘和测距传感器的数量，达到一次吸附多个堵件的功能；2D视觉装置采用康耐视公司的型号为IS8200M-636的视觉2D相机（或者相同功能的其它2D相机），由托板、相机护罩、环形光源、托块、滑槽、支撑板、连接板组成，通过托板与旋转板连接，通过2D视觉装置实现对堵件安装位置的检查。该安装工装的设计结构如图3所示。

1-2D相机、2-光源、3-测距传感器、4-吸盘、5-活动气座、6-转轴、7-固定杆

图3 整车堵件安装系统的安装工装结构图

2.3　关键零部件设计

2.3.1　转轴与旋转板

为了保证结构上的紧凑性和实用性，在旋转板上设有与吸盘连通的第一进气通道，同时在转轴内设有与第一进气通道连通的过气孔；为了保证结构的密封性，在转轴的外部套有隔套，隔套的两侧设有格莱圈，隔套的材质为乙缩醛共聚物；为了确保气体连通，在隔套的内壁与外壁上均设有凹槽，凹槽内设有与过气孔连通的输气孔，输气地均匀设置多个，轴套的内壁上设有与输气孔连通的进气孔，轴套的外侧壁上设有与进气孔连通的出气孔，出气孔与抽气嘴连通，孔与孔的连接处通过密封圈来提高气密性。通过上述结构，省去了外部气管，在工装内钻孔形成气体通道，一方面，让工装整体结构更加简洁，便于使用与检修；另一方面，使用更加可靠，解决了气管老化、易漏气的问题，提高了使用寿命。转轴结构示意图如图4所示。

1-过气孔、2-本体

图4 转轴结构示意图

2.3.2　轴座与连通块

为了提高整车堵件安装工装使用的便利性，如图5所示，在轴座的侧壁上增设了连通块和电磁阀，连通块内设导气孔，导气孔与出气孔连通，电磁阀分别与导气孔、抽气嘴连通。将电磁阀集成在工装上，能够增加检修时的便利性，节省作业时间。同时，为了提高线路的条理性，在轴座的侧壁上设计走线槽，电磁阀的线路布设在走线槽内，并设计了固定线路的束线孔，有效解决了线路缠绕的困扰。

1-本体、2-出气孔、3-走线槽

图5 轴座结构示意图

3　整车堵件安装系统控制逻辑设计

整车堵件安装系统的控制流程图如图6所示。

图6 整车堵件安装系统的控制流程图

4　整车堵件安装系统在企业中的应用效果

该安装系统已经在某汽车生产企业稳定运行，并通过了现场生产验证，充分证明了该系统能够实现随车堵件的吸取、安装、检测，大大提高了安装速度，减少了人员投入，节省了时间和劳动力，减少了能源的浪费，提升了生产效率及自动化率，满足了现在企业对于节能减排的需求。由于安装过程实现了自动化安装与检测，大大提高了安装质量与精度，检测过程不需要人员干预，避免了人员靠近整车的危险性，增加了整车制造生产线的智能化与自动化，具有自动化程度高、重复精度高、故障率低、工艺稳定等优点。

5　结束语

本文介绍了整车堵件安装系统的系统构成和功能设计过程，并对其中比较关键的功能和结构设计进行了深入的探讨。

该安装系统涉及现代化装备制造、机电一体化、信息技术、视觉技术、机器人技术等学科方向，通过该项目的实施，可以提高行业的装备水平，有效节能降噪，可以提高产业工人的工作舒适度，实现产线安全、高效、自动化生产，可以为产品匹配一条最佳的技术途径，对提升行业的自动化程度有着重要作用，具有非常实用的推广价值。

作者简介：

张升健（1981-），男，湖北武汉人，学士，现就职于济南希润自动化科技有限公司，主要研究方向为机械电气一体化和工程管理。

苑西成（1985-），男，山东济南人，专科，现就职于济南希润自动化科技有限公司，主要研究方向为机械电气一体化和工程管理。

朱孔翔（1986-），男，山东临沂人，专科，现就职于济南希润自动化科技有限公司，主要研究方向为电气一体化和工程管理。

参考文献：

[1] 一种整车随车堵件安装系统[P]. 中国专利: CN202010412569. 2020 - 05 - 15.

[2] VMT机器视觉系统有限责任公司. 综合选型样本[M]. VMT机器视觉系统有限责任公司, 2021.

[3] 康耐视公司. 综合选型样本[M]. 康耐视公司, 2021.

摘自《自动化博览》2023年5月刊