吳陸順
亞普汽車部件股份有限公司，江蘇揚(yáng)州 225009
摘要：基于機(jī)器人技術(shù)的汽車塑料油箱修邊系統(tǒng)是由抓取機(jī)器人、條碼機(jī)、修邊臺(tái)、修邊機(jī)器人、稱重臺(tái)等幾個(gè)主要部件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)從吹塑機(jī)取出吹塑完成帶飛邊的油箱，粘貼追溯條碼，完成飛邊修剪，最后稱重掃描錄入數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，降低了生產(chǎn)成本，提高了過(guò)程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：塑料油箱；機(jī)器人應(yīng)用；自動(dòng)化生產(chǎn)線；系統(tǒng)工程
１塑料油箱自動(dòng)化修邊背景
汽車塑料燃油箱以其重量輕、安全性能好、防腐蝕、抗沖擊、使用壽命長(zhǎng)和較大的設(shè)計(jì)自由度獲得了客戶的廣泛認(rèn)可，其箱體材料一般為HDPE以及用于阻隔層的EVOH。隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，相關(guān)的政策和法規(guī)對(duì)汽車制造企業(yè)提出了越來(lái)越嚴(yán)格的蒸發(fā)排放要求。為了減少碳?xì)浠衔锵蛳潴w外揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)低排放目標(biāo)，最新的工藝采用將燃油箱上焊接和裝配的組件放置到燃油箱內(nèi)部的方法。
塑料油箱由型坯在左右半模的型腔中被吹塑定型而成，成型后的油箱在環(huán)繞合模線周邊帶有溢料，形成合模線飛邊；此外，油箱側(cè)壁的焊接管口也存在管口飛邊。飛邊需要通過(guò)修邊刀具機(jī)構(gòu)進(jìn)行切除。傳統(tǒng)的切除方式為人工把持塑料油箱，將飛邊對(duì)準(zhǔn)修邊刀具進(jìn)行切除。這種修邊方式生產(chǎn)效率低，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、技能要求高；且剛成型后的塑料油箱溫度較高，操作不便，人工修邊的產(chǎn)品無(wú)法保證在狀態(tài)上的一致性，經(jīng)常會(huì)在修邊過(guò)程中發(fā)生產(chǎn)品報(bào)廢。人工修邊的方式已不能滿足當(dāng)今市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求。
機(jī)器人和控制技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用范圍日益廣泛。柔性機(jī)器人不僅在汽車零部件制造方面，而且在優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)靈活性方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。多個(gè)機(jī)器人可以協(xié)同工作，例如一起加工零件以縮短循環(huán)時(shí)間，或者共同抬起重物［１］。而現(xiàn)今的機(jī)器人幾乎無(wú)所不能：搬運(yùn)、堆垛、檢驗(yàn)、拋光或者研磨。結(jié)合新的抓夾技術(shù)和傳感器技術(shù)，使過(guò)去無(wú)法想象的機(jī)器人應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。
２自動(dòng)化修邊生產(chǎn)線需求分析
生產(chǎn)過(guò)程中，塑料油箱由型坯吹塑成型后，產(chǎn)品周邊有溢料形成飛邊，切除飛邊就成了塑料油箱生產(chǎn)不可避免的一道工序。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，需要實(shí)現(xiàn)以下功能：
（１）油箱抓取
塑料油箱在吹塑機(jī)里吹塑冷卻成型后，通過(guò)水平機(jī)械手從模具中取出，抓取機(jī)器人需要在機(jī)械手張開(kāi)前抓住懸在半空的油箱。同時(shí)，由于剛出來(lái)的油箱仍有較高的溫度，飛邊比較軟，在重力作用下容易向下彎折粘在油箱表面，造成產(chǎn)品報(bào)廢，因此需要抓取夾具增加隔離擋板，防止此缺陷產(chǎn)生。
（２）條碼打印及粘貼
為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品精確追溯，作為油箱身份證的條碼必不可少。條碼號(hào)需由ＭＥＳ系統(tǒng)訂單生成，通過(guò)打印機(jī)打印后自動(dòng)粘貼在油箱指定位置。
（３）油箱飛邊去除
飛邊占據(jù)油箱哈夫線3/4周長(zhǎng)，修邊時(shí)要求去除全部飛邊，不能有毛刺，不能切割到油箱哈夫線。落下的飛邊需要自動(dòng)收集，冷卻后送至粉碎機(jī)粉碎后回收使用。
（４）油箱重量采集
重量作為油箱關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)之一，需要和條碼號(hào)進(jìn)行綁定，錄入到MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)里。
（５）周期需求
油箱生產(chǎn)周期為93s，因此整個(gè)系統(tǒng)周期需短于此時(shí)間，才能保證連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
３自動(dòng)化修邊生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
如圖１所示，塑料油箱自動(dòng)化修邊生產(chǎn)線由飛邊輸送線、抓取機(jī)器人、油箱抓取夾具、條碼機(jī)、稱重臺(tái)、修邊機(jī)器人、修邊刀、修邊靠模、緩沖靠模構(gòu)成。
抓取機(jī)器人選用KUKAKR210機(jī)器人，A6軸法蘭處裝有油箱仿形的抓取夾具機(jī)構(gòu)，采用背面靠模進(jìn)行定位，用吸盤、側(cè)邊夾緊氣缸進(jìn)行夾緊固定，外側(cè)裝有略低于哈夫線的飛邊隔離擋板，防止飛邊彎折與油箱粘連。條碼機(jī)、修邊臺(tái)、稱重臺(tái)都處于抓取機(jī)器人的工作行程范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)夾持油箱運(yùn)動(dòng)至各工位【2】。
運(yùn)行時(shí)，油箱從吹塑機(jī)上吹塑成型，由水平機(jī)械手從模具內(nèi)夾取出來(lái)，懸于半空中，抓取機(jī)器人帶動(dòng)油箱夾具貼近油箱，油箱的三個(gè)側(cè)壁被夾具靠模定位，側(cè)邊夾緊氣缸動(dòng)作，固定油箱，然后打開(kāi)吸盤真空閥，吸附油箱底部，防止其在運(yùn)動(dòng)時(shí)掉落。當(dāng)抓取并固定住油箱后，機(jī)器人發(fā)信號(hào)給吹塑機(jī)，吹塑機(jī)張開(kāi)水平機(jī)械手夾具。檢測(cè)到機(jī)械手張開(kāi)到位信號(hào)后，抓取機(jī)器人運(yùn)行至貼條碼工位。
條碼機(jī)采用具有網(wǎng)絡(luò)接口的打印粘貼一體機(jī)，一卷?xiàng)l碼和色帶可打印3000張條碼，避免頻繁更換。條碼號(hào)由MES系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)下發(fā)，按序列進(jìn)行打印。機(jī)器人夾持油箱至打印工位特定位置，發(fā)送打印指令，條碼機(jī)打印條碼后，通過(guò)真空吸附剝離的條碼，由氣缸前進(jìn)粘貼至油箱指定位置上。然后發(fā)送打印完成信號(hào)，抓取機(jī)器人運(yùn)行至修邊工位。
由于生產(chǎn)周期限制，抓取機(jī)器人不能等修邊完成后再搬運(yùn)至下一工位，因此增加了緩沖靠模。抓取機(jī)器人先把油箱放置在緩沖靠模上，再將上個(gè)周期已經(jīng)完成修邊的油箱放到修邊臺(tái)上，然后返回來(lái)將緩沖靠模上的油箱放入修邊臺(tái)，最后返回等待位，準(zhǔn)備抓取下一只吹塑完成的油箱。這樣就有效地提升了系統(tǒng)的效率，保證連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
抓取機(jī)器人離開(kāi)修邊區(qū)域后，會(huì)發(fā)送已離開(kāi)信號(hào)給修邊機(jī)器人，修邊機(jī)器人即開(kāi)始沿著通過(guò)示教設(shè)定的軌跡切除飛邊。修邊刀由夾具和刀片兩部分組成，便于更換；同時(shí)要求刀片的鋒線處于機(jī)器人A6軸的旋轉(zhuǎn)軸線上，這樣便于在油箱上彎曲的哈夫線處運(yùn)動(dòng)。由于修邊機(jī)器人與抓取機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡在空間上有一部分重合，需要對(duì)其碰撞進(jìn)行防護(hù)［３］。一般可以使用機(jī)器人的空間監(jiān)控和程序信號(hào)進(jìn)行邏輯保護(hù)，同時(shí)在機(jī)器人程序中設(shè)定中斷，只要同時(shí)進(jìn)入公共空間，則兩個(gè)機(jī)器人立即停止運(yùn)行。切除的飛邊掉落在修邊臺(tái)下方的飛邊輸送線１上，通過(guò)裝在上面的冷卻風(fēng)扇冷卻后送入粉碎機(jī)進(jìn)行回收利用。為了使熱的飛邊得到充分的冷卻，采用了二層輸送線的結(jié)構(gòu)，使得整個(gè)輸送線行程變長(zhǎng)，增加了冷卻時(shí)間。
修邊后的油箱由抓取機(jī)器人放入稱重臺(tái)上，當(dāng)機(jī)器人離開(kāi)后，稱重臺(tái)底板下的電子秤由氣缸托起，對(duì)油箱進(jìn)行稱重檢測(cè)，延遲5s左右，待重量穩(wěn)定后，下方的條碼掃描儀掃描讀取條碼數(shù)據(jù)，發(fā)送至MES系統(tǒng)，MES通過(guò)串口讀取當(dāng)前的油箱重量值，與條碼數(shù)據(jù)一起記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。
４結(jié)語(yǔ)
工業(yè)4.0時(shí)代下，制造業(yè)領(lǐng)域都在快速朝著智能制造發(fā)展。汽車行業(yè)作為制造業(yè)的重要角色之一，一直追求自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化，以期提高生產(chǎn)效率和降低產(chǎn)品成本。通過(guò)采用機(jī)器人技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了汽車塑料油箱自動(dòng)修邊系統(tǒng)，提高了過(guò)程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了油箱的生產(chǎn)制造成本。同時(shí)將信息采集錄入MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的精確追溯，也為后續(xù)數(shù)據(jù)分析奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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［３］王厚勇，張文佳，辛磊磊，等．機(jī)器人與自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)線智能化改造中的應(yīng)用［Ｊ］．汽車工藝師，2017（3）：24-27．
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