張金悅 耿少昆

【摘 要】以總裝電池包舉升裝配工藝為分析對(duì)象，為實(shí)現(xiàn)精益化裝配工藝，立足于傳統(tǒng)汽油車與純電動(dòng)車共線生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)產(chǎn)品輸入及工藝要求，通過對(duì)多種裝配工藝方案進(jìn)行論述與分析，對(duì)比同行業(yè)裝配方法，設(shè)計(jì)出一種新型機(jī)械手隨行舉升裝配系統(tǒng)工藝，并成功應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省投入成本和縮短開發(fā)周期的目的，同時(shí)提升整車生產(chǎn)保證能力，為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益?

【關(guān)鍵詞】汽車電池；托盤檢具；裝置設(shè)計(jì)

引言

汽車檢具是用來測(cè)量和控制汽車各零部件尺寸的專用檢測(cè)設(shè)備，其對(duì)于縮短汽車項(xiàng)目周期?提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義?本文主要針對(duì)傳統(tǒng)汽車檢具中存在的檢測(cè)效率低?精度不高等問題，設(shè)計(jì)了一種汽車電池托盤檢具，其可以檢測(cè)電池托盤上孔的位置度，且檢測(cè)方便可靠?

1?檢具機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為汽車電池托盤結(jié)構(gòu)示意圖?上表面（正面）呈內(nèi)凹型，其正?反面各有幾十個(gè)直徑不同?分布不均的孔，考慮到檢具所需的自動(dòng)化?智能化等要求，該電池托盤檢具的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)包括輸送裝置?上下層檢測(cè)板的檢測(cè)組件?升降裝置以及夾緊裝置等?

1.1?上下檢測(cè)板設(shè)計(jì)

由于電池托盤的正反兩面均需要檢測(cè)孔的位置度，因此檢測(cè)板分為上檢測(cè)板和下檢測(cè)板，上檢測(cè)板又分為兩塊（左?右），分別檢測(cè)電池托盤正面左?右兩部分孔的位置度；下檢測(cè)板為一塊，檢測(cè)電池托盤背面孔的位置度?左?右兩塊上檢測(cè)板上分布有接近開關(guān)，接近開關(guān)旁邊開設(shè)通孔，金屬測(cè)量桿安裝在通孔中，并裝有彈簧使其自動(dòng)歸位?下檢測(cè)板上分布有小型檢測(cè)氣缸，測(cè)量桿安裝在氣缸活塞桿末端，并且氣缸的首末端都安裝有電磁接近開關(guān)?同時(shí)，為了使電池托盤在檢測(cè)時(shí)不產(chǎn)生晃動(dòng)，下檢測(cè)板上的4個(gè)角上安裝有4個(gè)旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸，用以夾緊電池托盤的邊緣使其固定?

1.2?輸送裝置設(shè)計(jì)

輸送裝置由無桿氣缸?輥道和安裝平臺(tái)等部件組成?首先通過人工將要檢測(cè)的電池托盤正面朝上放到安裝平臺(tái)上，再通過兩個(gè)方向的定位塊實(shí)現(xiàn)六點(diǎn)精確定位，然后由無桿氣缸推動(dòng)平臺(tái)，通過輥道將平臺(tái)輸送到檢測(cè)位置開始檢測(cè)，待檢測(cè)完畢后由無桿氣缸將平臺(tái)拉回到初始位置?

1.3?升降裝置設(shè)計(jì)

當(dāng)平臺(tái)由無桿氣缸輸送至檢測(cè)位置時(shí)，下大氣缸首先推動(dòng)底板，通過下導(dǎo)向滑桿使安裝平臺(tái)下降到位，此時(shí)下檢測(cè)板上的4個(gè)旋轉(zhuǎn)夾緊氣缸將電池托盤夾緊固定，接著左?右兩個(gè)上大氣缸通過上推桿分別推動(dòng)左?右兩個(gè)上檢測(cè)平臺(tái)，使其沿著上導(dǎo)向滑桿緩慢下降，上檢測(cè)板下端各個(gè)金屬測(cè)量桿分別測(cè)量電池托盤正面各個(gè)孔的位置度，然后下檢測(cè)板上的測(cè)量氣缸將安裝末端的金屬測(cè)頭頂出，并測(cè)量電池托盤背面各個(gè)孔的位置度，測(cè)量完成后，上檢測(cè)板與安裝平臺(tái)依次退回?

2?電池托盤檢具的總體方案設(shè)計(jì)

2.1?檢具的工作原理

檢具主要由檢具體?定位機(jī)構(gòu)?夾緊機(jī)構(gòu)以及測(cè)量工具組成?測(cè)量工具主要有通用量規(guī)?檢驗(yàn)銷釘以及各類傳感器等，檢測(cè)的要素通常為工件外形?輪廓和曲面形狀以及工件表面各孔?凸緣的位置等?本文設(shè)計(jì)的檢具用來檢測(cè)電池托盤上各個(gè)孔的位置度，其采用檢驗(yàn)探頭進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)頭的直徑略小于待測(cè)孔徑，測(cè)頭的中心與電池托盤上各個(gè)孔中心在同一軸線上，檢測(cè)時(shí)，若測(cè)頭能夠伸入孔內(nèi)，則表明該孔的位置度合格，反之不合格?

2.2?總體方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的檢具能夠測(cè)量電池托盤表面各個(gè)孔的位置度是否合格，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?智能化的要求，該檢具系統(tǒng)包括機(jī)械?電氣?軟件三個(gè)部分?機(jī)械部分包括輸送裝置?上下層檢測(cè)板的檢測(cè)組件以及升降裝置等，這些組件構(gòu)成了檢具的機(jī)械本體；電氣部分包括PLC?接近開關(guān)?電磁閥等，用以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)流程的自動(dòng)運(yùn)行及數(shù)據(jù)反饋；軟件部分主要包括人機(jī)界面，能對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，并顯示在顯示器上，從而使檢測(cè)過程方便可靠?

3?檢具硬件電路設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)檢具的自動(dòng)化，PLC裝置必不可少，其廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬量控制?開關(guān)邏輯量控制?過程控制與運(yùn)動(dòng)控制等?在檢具機(jī)械主體的基礎(chǔ)上，通過選用歐姆龍CP1H型PLC，設(shè)計(jì)接近開關(guān)?氣缸與傳感器的電氣控制線路，利用RS-232串口通訊線連接下位機(jī)與上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各執(zhí)行器件的順序控制以及PLC與工控機(jī)的串行通訊等功能?

3.1?PLC選型與各器件的電路搭建

本文所設(shè)計(jì)的檢具采用歐姆龍CP1H型PLC，具體型號(hào)為CP1H-X40DR-A?其I/O存儲(chǔ)區(qū)主要包括CIO區(qū)?工作區(qū)W?定時(shí)器區(qū)T?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)D和輔助區(qū)A等?PLC周邊器件安裝完成后，將各檢測(cè)元件（接近開關(guān)）的信號(hào)輸出線接至PLC的各個(gè)I口，PLC的O口連接各驅(qū)動(dòng)負(fù)載（氣缸）的電磁閥控制端，PLC選件板插槽1連接RS-232C選件板，通過RS-232C信號(hào)線連接至工控機(jī)電腦，檢測(cè)完成后，將各個(gè)孔位的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行處理?由于PLC主芯片的I/O數(shù)目小于各器件的總數(shù)，因此需要連接擴(kuò)展I/O單元，擴(kuò)展芯片型號(hào)為CP1W-40EDR?

3.2?接近開關(guān)的選用

接近開關(guān)是一種無需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械接觸就可以檢測(cè)的位置開關(guān)，按工作原理可分為電感型?電容型?光電型?超聲波型和電磁感應(yīng)型5種?當(dāng)物體接近開關(guān)的感應(yīng)面并到達(dá)動(dòng)作距離時(shí)，開關(guān)接通或斷開，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)直流電器或給PLC裝置提供控制指令?本文所設(shè)計(jì)的檢具其上?下兩個(gè)檢測(cè)板上每個(gè)檢測(cè)孔位的金屬測(cè)頭一旁均安裝有一個(gè)接近開關(guān)，用于判斷相鄰金屬測(cè)頭是否能夠伸進(jìn)孔內(nèi)，若能則說明孔的位置度合格，反之不合格?選用的接近開關(guān)型號(hào)為歐姆龍TL-Q5MC1-F-Z，檢測(cè)距離為5mm，檢測(cè)物體為磁性金屬，電源電壓為DC12V～24V，輸出電流為200mA?

4?檢具PLC程序設(shè)計(jì)

電池托盤安裝到位后啟動(dòng)PLC，首先無桿氣缸將安裝平臺(tái)移動(dòng)到末位，接著下大氣缸將平臺(tái)下降到位，夾緊氣缸（4個(gè)）對(duì)電池托盤進(jìn)行夾緊定位，然后上大氣缸（2個(gè)）將上檢測(cè)板（2個(gè)）下降到檢測(cè)位置，若電池托盤正面孔的位置度合格，則上檢測(cè)板的金屬測(cè)頭不會(huì)被頂出，接近開關(guān)便輸出低電平，即孔的位置度合格，否則為不合格；隨后，下檢測(cè)板上的檢測(cè)氣缸上升，將固定在氣缸末端的測(cè)頭頂入孔中，若孔的位置度合格，則氣缸上末尾的接近開關(guān)輸出高電平，即孔的位置度合格，否則為不合格；最后通過RS-232C串行通訊線將PLC連接至各接近開關(guān)的輸入口的狀態(tài)以16進(jìn)制數(shù)的形式傳輸至上位機(jī)；檢測(cè)完畢，檢測(cè)氣缸將測(cè)頭收回，夾緊氣缸松開，上大氣缸控制上檢測(cè)板上升，下大氣缸控制平臺(tái)上升，上升到位后無桿氣缸將平臺(tái)拉回至初始位置?

結(jié)束語

針對(duì)某種型號(hào)的汽車電池托盤表面各個(gè)孔的位置度檢測(cè)需求，設(shè)計(jì)了一種汽車電池托盤檢具，包括機(jī)械?硬件?軟件三個(gè)部分?通過Solid Works建立了汽車電池托盤檢具的三維數(shù)字模型；利用歐姆龍CP1H型PLC及擴(kuò)展芯片和各個(gè)傳感器?氣缸等搭建了電氣線路；運(yùn)用CX-Programmer編寫PLC程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行器件的順序控制以及PLC與工控機(jī)的串行通訊；運(yùn)用Visual Basic軟件設(shè)計(jì)了電池托盤檢測(cè)狀況的人機(jī)交互界面，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示?手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制?數(shù)據(jù)保存與分析等?試驗(yàn)表明該檢具能夠?qū)崿F(xiàn)電池托盤孔位的檢測(cè)要求，檢測(cè)過程高效可靠?

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（作者單位：精誠(chéng)工科汽車系統(tǒng)有限公司底盤研究院）