【摘 要】本文分析針對汽車儀表指針半自動壓制中人工參與物料的配送以及指針帽體的人工放置難以保證生產(chǎn)節(jié)拍和帽頭放置的位置差別影響質(zhì)量的不足，提出一種由工業(yè)機器人進行快速準(zhǔn)確的汽車儀表指針上下料，實現(xiàn)整個汽車儀表指針壓制過程的全自動化。

【關(guān)鍵詞】全自動化 汽車儀表盤指針 工業(yè)機器人 PLC 上料

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）10C-0188-03

汽車儀表是用來顯示汽車的各種性能狀態(tài)，汽車常規(guī)的組合儀表包括里程表、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表、機油壓力表、水溫表、燃油表、蓄電池電量表。傳統(tǒng)的汽車組合儀表主要采用指針式儀表來顯示各種性能狀態(tài)，指針式儀表主要部件是小型步進電機和指針。在生產(chǎn)時，傳統(tǒng)儀表指針的壓裝方法主要采用特別定制的專用壓裝設(shè)備，通過手動控制氣動氣缸，驅(qū)動多個壓裝頭一次性壓裝完成。當(dāng)前某款儀表指針壓制系統(tǒng)對儀表指針的壓裝使得壓力更加平穩(wěn)，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量并縮短了制造周期，可在一定程度上降低制造成本。但上述的壓裝方法存在的缺點是：指針帽頭水平放置由人工操作，極易因為帽頭與電機軸放置不水平而傾斜，在壓制時容易壓壞指針帽頭或步進電機軸，直接造成產(chǎn)品的不合格或者報廢；在儀表盤的上下料的過程中對人工有絕對的依賴，沒有自動上下料功能。隨著自動化生產(chǎn)的不斷發(fā)展，全自動化的裝配過程是企業(yè)未來發(fā)展的需求方向。

一、全自動化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)的理論設(shè)計思路和系統(tǒng)組成

全自動化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)采用了合理的流程控制，將在原有的汽車儀表指針壓裝設(shè)備前加裝皮帶輸送帶，用以輸送儀表盤，增加伺服電機控制的直線導(dǎo)軌滑臺，滑臺上安裝6自由度機器人用以對儀表盤和指針的自動上下料，可通過觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)各個坐標(biāo)點設(shè)定及存儲、伺服驅(qū)動速度調(diào)節(jié)、報警等功能，提高了產(chǎn)品的制造周期，從而大大降低了制造成本。

汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)由儀表指針帽頭輸送平臺、儀表指針自動壓裝系統(tǒng)、儀表盤輸送平臺、PLC控制系統(tǒng)及觸摸屏、上下料機器人控制系統(tǒng)五大部分組成。

儀表指針帽頭輸送平臺主要完成指針帽頭的自動落料，機器人抓取帽頭，利用視覺進行拍照，實現(xiàn)X、Y軸伺服定位，機器人放置帽頭，實現(xiàn)一系列帽頭放置工作。

儀表指針自動壓裝系統(tǒng)實現(xiàn)兩套壓裝系統(tǒng)共用一個工業(yè)機器人進行錯時交替工作，提高工業(yè)機器人的使用效率。

儀表盤輸送平臺由傳送帶與分揀機構(gòu)組成，傳送帶為了實現(xiàn)精確定位，采用伺服電機進行控制，主要實現(xiàn)對儀表盤的輸送以及將壓制完成的儀表盤進行分揀，實現(xiàn)對合格及不合格品的自動分揀。

上下料機器人控制系統(tǒng)主要對工業(yè)機器人實現(xiàn)對儀表盤的吸取及上下料，以及對帽頭的吸取及上料工作。

PLC控制系統(tǒng)及觸摸屏實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，包括對儀表指針的上下料、帽頭的放置、傳送帶的控制、工業(yè)機器人的控制，以及顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。如圖1所示。

圖1 全自動化汽車儀表盤壓制系統(tǒng)框圖

二、全自動化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全自動化汽車儀表盤壓制系統(tǒng)，其特征在于：該方法包括將平臺、壓裝氣缸復(fù)位到位，檢測平臺有無儀表盤，如果沒有則控制儀表盤伺服電機控制皮帶傳送未加工儀表盤到指定位置B，工業(yè)機器人吸盤夾具旋轉(zhuǎn)至1號儀表盤吸盤，然后吸取皮帶輸送帶上的未加工儀表盤，吸取儀表盤后將其放置在汽車組合儀表指針自動壓裝裝置的工裝位置，檢測到有儀表盤工位有儀表盤放置信號后，夾具自動夾緊。位于壓針壓頭旁的視覺攝像頭拍照儀表盤工位電機軸，將電機軸坐標(biāo)發(fā)回PLC，由PLC處理坐標(biāo)信號后通過工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)給工業(yè)機器人，工業(yè)機器人第六軸吸盤夾具旋轉(zhuǎn)至2號帽體吸盤，吸取A位置的指針帽頭，由工業(yè)機器人自動完成水平放置在儀表盤需要壓制指針處，并下壓0.5mm，繼續(xù)完成其他點的帽頭放置，然后機器人回退至D位置完成該工位的自動上料。

當(dāng)機器人回到D位置后，儀表指針壓制系統(tǒng)即可進入壓制工位，執(zhí)行壓制過程，當(dāng)所有儀表指針帽體都壓制完成后，攝像頭拍照識別所有指針位置是否都已經(jīng)壓制，且壓制壓力合格后，發(fā)送信號至PLC。

當(dāng)汽車儀表指針自動壓裝裝置完成壓制過程后，PLC將控制儀表盤推出至工裝伸出狀態(tài)并打開夾具，控制器控制機器人選擇1號儀表盤吸盤吸取加工完成的儀表盤成品放置儀表盤成品傳送帶，完成工件的下料過程。

第一個壓裝工位上料后，機器人可以移動至下一個壓裝工位的坐標(biāo)；完成下一工位的上料過程，由此循環(huán)工作。當(dāng)?shù)谝粋€儀表指針自動壓裝裝置完成壓制過程后發(fā)出完成信號，機器人根據(jù)節(jié)拍回到該工位完成下料過程。如圖2所示。

圖2 全自動化汽車儀表盤指針帽頭壓制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、汽車儀表盤壓制系統(tǒng)的控制方法

全自動化汽車儀表盤指針帽頭壓制方法，將平臺、壓裝氣缸復(fù)位到位，檢測平臺有無儀表盤，如果沒有則控制指針帽頭落料1個，控制儀表盤皮帶輸送儀表盤到指定位置，機器人沿X軸運動，人選擇1號吸盤，然后吸取皮帶輸送帶上的儀表盤，吸取儀表盤后將其放置在汽車組合儀表指針自動壓裝裝置的工裝位置，檢測到有儀表盤信號后，機器人選擇2號吸盤，吸取指針帽頭動作，水平放置在儀表盤需要壓制指針處，并下壓1mm，繼續(xù)完成其他點的帽頭放置，然后機器人回退完成該工位的自動上料。然后儀表盤工裝平臺前進壓裝工位，判斷是否到位，Z軸氣缸通過X、Y軸伺服機構(gòu)移動至指針壓制位置，氣缸下壓帽體，檢測壓力是否達到壓制范圍，將是否合格信號發(fā)至PLC，壓裝氣缸彈起，Z軸氣缸通過X、Y軸伺服機構(gòu)移動至下一個壓裝點坐標(biāo)進行壓制；判斷是否還有壓制點，有則繼續(xù)完成所有點壓制；儀表盤退出至平臺原位；如果都壓制合格發(fā)送合格信號給PLC；機器人通過第6軸旋轉(zhuǎn)選擇1號大吸盤，然后吸取壓制合格的儀表盤水平放至皮帶輸送帶上，由輸送帶送出；如果不合格的產(chǎn)品則機器人通過第6軸旋轉(zhuǎn)選擇1號大吸盤，然后吸取壓制不合格的儀表盤，旋轉(zhuǎn)60度后放至皮帶輸送帶上，由輸送帶送出；由分揀系統(tǒng)識別合格與不合格產(chǎn)品，利用傳感器檢測產(chǎn)品的擺放角度判斷是否為合格品，合格品水平姿勢合格品用1號氣缸推料放至合格倉儲區(qū)；不合格品60度角姿勢用2號氣缸推料產(chǎn)品至不合格倉儲區(qū)。以上步驟自動循環(huán)，直至停機結(jié)束。如圖3所示。

圖3 汽車儀表盤壓制系統(tǒng)的控制方法

四、汽車儀表盤壓制系統(tǒng)的優(yōu)點

全自動化汽車儀表盤壓制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：

1.全自動化儀表指針上下料過程，提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明在整個壓裝過程中無人值守，全程都由PLC工作站實時監(jiān)控壓裝過程，全自動化上下料過程。指針帽體由帽體輸送盤和漏斗自動補料。

2.可保證帽體放置的水平精確定位。由于本發(fā)明工業(yè)機器人在壓裝過程中，機器人是通過示教預(yù)置點運動去精確尋找壓裝的坐標(biāo)點，因此，本發(fā)明可保證帽體的精確定位，從而可提高指針的放置精度和速度，進一步提高產(chǎn)品的合格率。此外，本發(fā)明還可通過預(yù)先設(shè)定有機器人定位壓裝的指針放置水平位置，并能自動下壓，位置與下壓距離可以通過機器人示教進行靈活修改，適應(yīng)不同儀表盤壓裝位置要求。能實現(xiàn)一個儀表多個指針帽頭的任意連續(xù)放置。

3.可保證帽體與指針放置的精確定位。由于本發(fā)明采用視覺定位方法，通過對儀表盤的拍照進行分辨每次儀表盤的細微誤差，可以及時校正坐標(biāo)值，使得放置的儀表帽體與電機軸能精確放置無偏差。

4.對合格與不合格產(chǎn)品進行機器人差別放置，智能分揀。由于本發(fā)明在儀表壓制完成時，即馬上判斷儀表指針壓裝是否合格，還通過視覺判斷所有指針上是否都已經(jīng)壓制帽體，如果壓裝合格且無遺漏，則用機器人取出放置傳送平臺送出；如果不合格，則發(fā)出警報，機器人取走不合格儀表，水平角度以45度放至儀表盤成品輸送帶上，由輸送帶輸出，由分揀系統(tǒng)識別不合格產(chǎn)品放至不合格倉儲區(qū)。因此，本發(fā)明下料時可自動分揀合格品和廢品，從而提高生產(chǎn)效率。

5.方法簡單，操作便捷，節(jié)省人力。該工位儀表指針壓制系統(tǒng)操作簡單，無人值守，大大節(jié)省了人力成本。如果有多臺工位同時使用，一臺機器人還可以同時負責(zé)兩個工位的上料下料，協(xié)調(diào)工作，更加有利于節(jié)約人力成本。

6.本發(fā)明可對儀表壓制過程及上下料過程進行全程監(jiān)控。

總之，汽車儀表盤壓制系統(tǒng)給企業(yè)實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)提供了有力的支持，也在工業(yè)機器人技術(shù)與原有設(shè)備的改造升級上提供了一個技術(shù)發(fā)展的方向，能對企業(yè)進行類似改造提供一個新的思路及方向。本系統(tǒng)已申請了實用新型專利（申請?zhí)朇N201610145762.X）及發(fā)明專利（申請?zhí)朇N201610145774.2）。

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【作者簡介】藍偉銘（1982— ），男，壯族，廣西忻城人，碩士，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系工程師，研究方向：工業(yè)電氣自動化、機電一體化技術(shù)。

（責(zé)編 黎 原）