姚旺，周亮，馮晟，金偉

（湖北省機電研究設(shè)計院股份公司，湖北 武漢 430070）

要防止輪胎在運輸過程和存儲過程中，由于日曬雨淋導致制動盤上產(chǎn)生銹蝕。因為制動盤的銹蝕，會導致制動鉗與制動盤摩擦產(chǎn)生頓挫感，客戶初次使用時，會影響駕駛體驗，有損產(chǎn)品形象。因此，為了應(yīng)對制動盤的銹蝕，廠家會在整車出廠前對輪轂采用貼保護膜的方式進行保護。目前的做法是采用人工粘貼的方式，前后左后4個輪輞都需要粘貼，一般需要一個人或兩人進行作業(yè)。并且因為輪輞位置很低，作業(yè)人員需要彎腰操作，人機工程狀態(tài)很差，容易產(chǎn)生職業(yè)病。因此，如何提供一種自動裝配設(shè)備進行貼膜作業(yè)成為業(yè)界需要解決的問題。

1 設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

輪輞自動貼膜設(shè)備主要分為左機和右機，可將汽車四個車輪同時張貼輪輞膜。左右機結(jié)構(gòu)基本相同，單邊設(shè)備主要由主體機架、料倉機構(gòu)、取膜機構(gòu)、脫膜機構(gòu)、貼膜機構(gòu)等組成，如圖1所示。

圖1

料倉機構(gòu)，用于儲存多種不同尺寸輪輞保護膜。根據(jù)不同需求，可自動將對應(yīng)的輪輞膜送至取料平臺。該機構(gòu)由伺服料倉提升機、1-5層物料托盤、1-5層托盤止擋器、托盤水平動作氣缸、托盤水平動作定位氣缸等組成。

取膜機構(gòu)，用于將放置在取料平臺中的輪輞膜取出，每次取出一張，之后將該膜移動到分膜區(qū)域并將輪輞膜與保護膜分離。該機構(gòu)由水平動作伺服、垂直動作伺服、真空吸盤、吸盤升降氣缸、夾爪氣缸、夾爪開合氣缸、分膜升降氣缸、分膜左右擺動氣缸等組成。

脫膜機構(gòu)，用于將取料機構(gòu)分離的保護膜剝落，并投入廢紙回收箱中。該機構(gòu)由水平動作氣缸、夾爪升降氣缸、夾爪動作氣缸等組成。

貼膜機構(gòu)，用于將撕下保護膜后的輪輞膜轉(zhuǎn)向，使其有膠一面面對待貼車輪，等待車輪到位后，將輪輞膜貼至車輪上。該機構(gòu)由水平動作伺服、垂直動作伺服、隨行動作伺服、直角動作氣缸、90度旋轉(zhuǎn)氣缸、180度旋轉(zhuǎn)氣缸、貼膜氣缸、貼膜輔助氣缸等組成。

2 電控系統(tǒng)組成

電控系統(tǒng)主要由三菱Q系列PLC、G0T2000系列觸摸屏、三菱CC-Link分布式IO、三菱J4系列伺服系統(tǒng)、SMC電控閥體和氣缸、歐姆龍接近開關(guān)和光電開關(guān)、施耐德低壓配電等組成。根據(jù)設(shè)備需求，左右機各有一套完整的電控系統(tǒng)，因此，該設(shè)備可左右機同時運行，也可單獨運行。左右兩機PLC之間通過以太網(wǎng)通信方式連接，以實現(xiàn)左右兩機間數(shù)據(jù)穩(wěn)定快速傳輸。PLC與HMI之間通過以太網(wǎng)方式通訊，可實時反映設(shè)備當前狀態(tài)以及伺服運動數(shù)據(jù)。分布式IO采用CCLink總線方式通訊，可實現(xiàn)IO信號的穩(wěn)定高速傳輸，并可在線診斷，提高系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。PLC加載位置控制模塊，控制模塊與伺服控制器之間通過SSCNETⅢ/H串行總線通訊，同時控制11套伺服系統(tǒng)。該通訊方式可實現(xiàn)雙向150Mbps的高通訊速率，大幅提升伺服的相應(yīng)速度，同時也可提高整個伺服系統(tǒng)的抗干擾能力。設(shè)備通過以太網(wǎng)模塊與主線連鎖，讀取主線速度以及主線運行狀態(tài)，保證設(shè)備貼膜隨行速度與主線同步。該設(shè)備還可通過以太網(wǎng)模塊與車間網(wǎng)絡(luò)通信，提交當前設(shè)備狀態(tài)以及各種報警信息。設(shè)備安裝有RFID讀寫器，帶貼膜小車內(nèi)安裝有載碼體。RFID讀寫器通過以太網(wǎng)與設(shè)備PLC通訊，通過RFID讀取當前車型。設(shè)備入口處安裝安全區(qū)域掃描儀，可區(qū)分車體與人體或其他異常物體，當非車體物體進入設(shè)備動作區(qū)域時，設(shè)備停止當前動作，并產(chǎn)生異物侵入報警。輪輞貼膜設(shè)備為全自動設(shè)備，當車體隨著主線運動到設(shè)備區(qū)域時，設(shè)備會根據(jù)RFID讀取的數(shù)據(jù)信息，自動選取當前車型對應(yīng)輪輞膜型號，并控制各個伺服及氣缸配合運動，完成取膜、脫膜、貼膜等一系列動作。

3 軟件設(shè)計

該設(shè)備軟件設(shè)計使用了GX Works2進行PLC編程、GT Designer3進行HMI編程以及運動模塊設(shè)置工具、MR Configurator2進行伺服系統(tǒng)編程。

3.1 PLC軟件編程

PLC軟件編程采用梯形圖語言編寫，與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計人員易于掌握，方便現(xiàn)場設(shè)備維護。該程序設(shè)計按照設(shè)備部件功能、執(zhí)行元件屬性、通信等特性劃分，共建立25個功能塊。主要可分為主程序、各部件自動運行功能塊、伺服定位功能塊、氣缸動作功能塊、報警功能塊、主線通信功能塊、QRQC網(wǎng)絡(luò)通訊功能塊、RFID讀取功能塊等。部分程序內(nèi)容如圖2所示。

圖2

3.2 觸摸屏軟件編程

觸摸屏操作界面為方便使用者實現(xiàn)觀察設(shè)備當前狀態(tài)、手動控制設(shè)備動作、設(shè)置自動運行相關(guān)數(shù)據(jù)等功能，其界面主要可分為歡迎界面、主界面、IO界面、手動控制界面、伺服設(shè)置界面、報警界面等。以下為其中部分界面，如圖3所示。

圖3

3.3 伺服系統(tǒng)軟件編程

通過運動模塊設(shè)置工具對伺服系統(tǒng)組態(tài)，設(shè)置軸參數(shù)，如齒輪比設(shè)置、運動方式設(shè)置、上下限設(shè)置、回原設(shè)置等。通過MR Configurator2軟件對各個單獨伺服系統(tǒng)完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，并對該系統(tǒng)完成整定、微調(diào)，從而使該伺服系統(tǒng)在運行中更加穩(wěn)定可靠。

4 設(shè)備動作流程

該設(shè)備為全自動設(shè)備，使用人員將輪輞保護膜按照設(shè)備定義放置在對應(yīng)托盤中后，啟動設(shè)備的自動運行即可。

4.1 設(shè)備操作步驟如下

（1）打開設(shè)備總電源，單擊設(shè)備上電按鈕，等待設(shè)備啟動完成；（2）切換到手動狀態(tài)，單擊故障清除按鈕，取消當前設(shè)備報警；（3）切換到自動狀態(tài)，單擊設(shè)備復位按鈕，設(shè)備自動復位；（4）設(shè)備復位完成后，單擊設(shè)備啟動按鈕，設(shè)備進入自動啟動狀態(tài)；（5）設(shè)備完成當前工作任務(wù)后，切換到手動狀態(tài)，設(shè)備自動啟動狀態(tài)停止；（6）單擊設(shè)備斷電按鈕，設(shè)備輸出控制切斷；（7）關(guān)閉設(shè)備總電源。

4.2 設(shè)備自動動作步驟如下

（1）設(shè)備自動自動完成。

（2）待貼膜車輛隨主線運動至RFID讀取位，讀取當前車輛信息數(shù)據(jù)。

（3）料倉機構(gòu)選取當前使用輪輞膜，將存放該型號輪輞膜的托盤輸送至取料位置。

（4）取料機構(gòu)垂直伺服下降，待膜高度測量機構(gòu)檢測到吸盤已接觸到膜后停止下降。

（5）吸盤負壓啟動，負壓傳感器反饋負壓形成后，取料機構(gòu)垂直伺服上升。

（6）取料機構(gòu)上升到原位后，兩側(cè)夾膜氣爪夾緊當前輪輞膜。

（7）取料機構(gòu)水平伺服啟動，行走至脫膜位，剝膜擺桿下降，進行剝膜動作。

（8）脫膜機構(gòu)夾爪夾緊輪輞膜貼紙。

（9）貼膜結(jié)構(gòu)夾爪夾緊以脫開貼紙的輪輞膜，脫膜機構(gòu)動作，完全分開貼紙，取膜機構(gòu)回原動作，等待下次取膜。

（10）貼膜機構(gòu)動作，將輪輞膜帶膠側(cè)面朝車體方向，并行走至等待貼膜位，脫膜機構(gòu)回原，等待下次脫膜。

（11）車體觸發(fā)貼膜傳感器，貼膜機構(gòu)進行貼膜動作，并根據(jù)主線速度隨行。

（12）貼膜傳感器觸發(fā)，判斷貼膜完成，貼膜機構(gòu)返回，等待下次貼膜。

5 結(jié)語

輪輞自動貼膜設(shè)備已在東風日產(chǎn)常州工廠正常運行兩年。實踐證明，該設(shè)備具有自動化程度高、適應(yīng)性強、使用安全可靠等特點，充分滿足了用戶的需求。