第三届连接技术研讨会
汽车大数据库锦湖日丽麦克恒通轻量化在线
查看: 19|回复: 0

[焊接(连接)] 智能装备在自动化焊装生产线上的示范应用

[复制链接]
发表于 2020-3-9 08:32:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
本帖最后由 qiche 于 2020-3-9 08:33 编辑

智能装备在自动化焊装生产线上的示范应用

李靖 都韧刚 宫正军 尚校 艾学崇 董雷
(一汽模具制造有限公司,长春 130013)
【中国汽车材料网】摘要:围绕基于机器人的汽车焊接自动化生产线项目,将焊装线主拼台及智能切换装置、智能高速输送设备、白车身智能在线检测系统、伺服点焊机器人设备系统、基于工业总线技术的智能生产控制系统五大核心智能部件的研发成果直接在一汽轿车公司一工厂焊装线上示范应用,建立了适应6种不同车型的全自动车身下部线、白车身主焊线。通过生产线运行验证表明,自主智能装备的各项性能指标均达到国外同类技术水平,成本显著降低,性价比优势明显。
关键词:智能 装备 自动化焊装线 应用
1 前言

高纲领、高节拍、高柔性、高智能的白车身自动化焊装生产线的设计与制造是我国目前轿车开发中的瓶颈问题,柔性总拼、高速输送、国产设备、智能化控制等关键核心技术与装备长期以来一直被国外企业垄断。

本文项目自主开发了基于机器人的汽车焊接自动化生产成套设备及年产20万辆以上纲领的轿车白车身智能高速柔性自动化焊装线,建立了智能装备国产化示范应用工程,提升了国内焊装线技术水平。

2 核心智能装备的研发内容及指标

2.1 核心智能装备的研发内容

本次项目示范用户一汽轿车公司一工厂焊装线是一汽自主品牌升级换代的重点项目,主要用于生产马自达8、马自达CX-7、马自达睿翼、马自达6、马自达阿特兹、奔腾系列轿车等6种车型的主焊线和车身下部线。该项目采用了全自动化柔性焊接和人工辅助上件相结合的生产线形式,围绕多车型柔性自动化焊装线的核心技术,在焊装线主拼焊台及智能切换装置、智能高速输送设备、白车身智能在线检测系统、国产伺服点焊机器人与次高频节能点焊设备的集成应用、基于工业总线技术的智能生产控制系统的五大核心智能装备内容上进行深入技术研发与示范应用。主要完成的应用内容有多车型柔性主拼台及智能切换装置1套、高速输送滚床1套、白车身在线检测与智能诊断系统1套、批量应用国产新松机器人27台及次高频节能点焊设备25台、基于工业总线技术的智能生成控制系统6套。

2.2 核心智能装备的先进指标

一汽轿车公司一工厂焊装线年生产纲领20万辆,实现3个产品平台、6种车型的柔性生产;实现快速精准的车型切换传输及定位;车型切换时间8 s,重复精度达±0.05 mm;采用智能高速输送设备工位间传输时间5~6 s;闭环伺服位置传感装置控制重复精度达±0.1 mm;在线检测系统静态测量精度达到±0.05 mm(6σ),半动态测量精度(机器人运动)±0.125 mm;动态测量精度(机器人和夹具运动)±0.20 mm;批量应用国产伺服点焊机器人定位精度为±0.3 mm,检测机器人定位精度为±0.05 mm;全线采用基于工业总线技术的智能生产控制系统,可以实现自动根据订单安排生产计划,多种车型随机混流生产,生产过程控制的程序化、数字化、远程遥控化,生产中自动车型识别和传送、焊装设备运行状况智能故障诊断及报警等功能。最终实现机器人智能焊接、智能生产控制系统、产品车型智能识别、智能在线检测、柔性主拼智能切换、智能故障诊断智能化等功能指标。

3 智能装备在自动化焊装生产线上的示范应用内容及技术路线

3.1 一汽轿车公司一工厂焊装车间白车身主焊线、车身下部线工艺概况

主焊线平面图见图1,共计17个工位,完成车身下部总成、左/右侧围总成、仪表板水槽总成、后围总成、顶盖总成等六大总成的预装装配、自动焊接,形成白车身焊接总成。

d52379c395c0bccfcb2de57260983ce1.jpg
图1 白车身主焊线平面布置图

主焊线1工位:升降机工位,将空定位台车从空中接到地面,采用叉式移载机将车身下部总成转运到此定位台车上。

主焊线2~4工位:车身下部焊接总成预留、补焊工位。

主焊线5~6工位:半破坏检查工位及预装、涂胶工位,完成左/右侧围总成、仪表板水槽总成、顶盖总成的预装。

主焊线7~9工位:为主拼核心工位,采用柔性主拼焊台及智能切换装置形式,后围板总成由机器人到Buffer链上抓取工件上线,完成六大总成的点定焊接。

主焊线10~16工位:补焊及车身焊接总成离线工位,升降机将定位台车与车身焊接总成升到空中返回线。

主焊线传输系统:采用智能高速滚床系统,传输时间小于6 s。

主焊线台车返回系统:返回线在空中,实现定位台车与车身焊接总成分离。

3.2 白车身主拼焊台及智能车型切换系统的研发应用

主拼台(7~9工位)是保证高品质白车身最重要、最核心的功能部件。本焊装线通过对国内、外不同柔性主拼台切换方案的综合对比分析,建立基于ROBCAD的柔性切换仿真模型,验证主拼焊台夹具库的合理分布,突破多车型夹具库平面紧凑布局、车型夹具智能传输形式及夹具随机切换优化算法等关键技术,在综合考虑焊点分布、机械结构、机器人密度和生产节拍等工艺需求下,以高节拍、少占地面积、低成本色设计理念,实现仅占地3个工位即满足6种车型随机切换的主拼夹具库的优化布局。

根据生产车型,主拼智能切换控制系统可根据优化算法自动识别当前车型生产工位(MB080),并将更换下来的车型自动存储到夹具库中(通过MB090到达后台切换空间),同时接收下一个切换车型代码,提前做好切换车型的出库准备(MB070),始终保持第一个车型夹具在生产位置(MB080),第二个车型夹具在准备位置(MB070),满足不同车型的快速准确切换需求。白车身主拼焊台与智能车型切换系统国内、外技术水平比较如表1所示。

表1 白车身主拼焊台与智能车型切换系统国内、外技术水平的比较
71941bfa5fa081a0665c336248d835ea.jpg

3.3 智能高速滚床输送设备的研发应用

智能高速输送滚床设备是自动化焊装线上的关键设备,可以适应国内产品开发平台的多样化、不确定性和高节拍柔性化混线生产需求,保证重载随行夹具快速、稳定、精确工位间传输。

主焊线采用17台高速滚床(图2),特点是采用带有位置反馈的闭环控制,电机驱动滚轮传输速度快,传输循环时间短,滚轮表面为高摩擦弹性材料,高速传送过程平稳可靠、噪音低,通过随行台车变化能适应多车型柔性生产。研发针对主焊线输送的工艺要求,在多车型柔性随行夹具优化设计、材料轻量化设计、传输系统动力学响应时间分析、驱动器定位器位置编码等电气元件精确控制等方面开展关键技术研制,高速滚床智能规划控制系统能够根据车型和节拍的要求自适应修正运动控制曲线和在线整定控制参数。白车身智能高速柔性输送滚床国内、外技术水平的比较如表2所示。

ef386070f6b1f8200b6118de69eaedde.jpg
图2 智能高速滚床输送设备系统效果图

车型智能识别功能体现在白车身在工位间高速传输,到达每个工位不同车型的白车身都会被工位通过RFID自动识别,并与PLC系统发来的车型指令进行比对,保证到达工位的车型是按照生产计划顺序排列的车型,若比对结果不同会自动发出故障预警,机器人及输送线等设备自动停止工作,直至车型调整完毕报警解除。车型对比正确后PLC会允许夹具开始动作、机器人开始调用相应车型焊接程序进行焊接。实现生产线根据生产计划自动进行远程控制。

表2 白车身智能高速柔性输送滚床国内、外技术水平的比较
601e0c48a39f67b64436925571d60e5e.jpg

3.4 白车身在线检测系统和智能诊断系统的应用

在线检测可对白车身关键尺寸精度适时反馈信息,以控制不合格白车身的流出,减少后续工序品质问题,最终提高产品质量。在线检测为白车身焊接工艺尺寸提供有效的闭环反馈控制途径,符合现代制造的质量工程要求。本装备在一汽轿车公司一工厂的轿车车身下部线中进行了示范应用。

3.4.1 一汽轿车一工厂焊装车间白车身车身下部线工艺概况

车身下部线共计5个工位,完成地板前部、地板后部、地板左右边梁等四大总成的自动装配、自动焊接,形成车身下部焊接总成。

车身下部线1工位:机器人从BUFFER链上抓件装配地板前部和地板后部,并点定焊接。

车身下部线2工位:机器人从BUFFER链上抓件装配左/右边梁,并点定焊接。

车身下部线3、4工位:车身下部焊接总成补焊工位。

车身下部线5工位:在线检测工位。

车身下部线6、7工位:下线检查工位。3.4.2 车身下部线在线检测工位功能应用

车身下部线结合20万辆纲领的汽车焊接自动化生产线开发,在UB050工位采用2套在线检测系统(图3),建成汽车车身制造过程激光在线检测、数据处理与故障诊断系统平台,形成大批量、高节拍生产条件下的车身制造过程尺寸精度综合监控技术。该系统共检测28个关键尺寸点,通过激光在线检测、检测数据多源信息融合、故障智能诊断等技术的集成应用,构建车身制造过程激光在线检测、数据处理与故障诊断的系统平台。实现了多种车型的柔性测量,数据统计分析、智能诊断、自动报警、报表输出等功能。测量工作节拍小于55 s,效率满足生产需求。白车身尺寸在线智能检测与诊断系统国内外技术水平的比较如表3所示。

f5afc5acbef06da2a4cbfabb69d14721.jpg
图3 车身下部总成在线检测工位方案示意

表3 白车身尺寸在线智能检测与诊断系统国内、外技术水平的比较
74721f5c346244231fff3c4919375d9f.jpg

3.5 国产伺服点焊机器人与次高频节能点焊设备的集成应用

本项目首次在一汽轿车公司一工厂主焊线和地板线上一次性批量应用27台210KG国产新松工业机器人和深圳鸿佰25套次高频逆变点焊机和伺服焊钳,分别分布在主焊线、车身下部线、后地板总成线等不同工位(图4),共计完成256个焊点的自动焊接工作。国产机器人自进入现场应用后,对标现场进口的产品,逐一解决了国产机器人在焊装线批量集成应用的操作和功能性的难点问题如下。

96c01808c88d3ecff965a907ed931b09.jpg
图4 伺服点焊机器人在一工厂生产线上集成应用

3.5.1 机器人操作方面

a.报警重启问题。对机器人系统进行完善,修正Bug,减少了报警条数或取消过灵敏报警信息,提高机器人示教效率。

b.断电保持问题。进口机器人在断电回复或重启后状态与断电前保持一致,新松机器人每次重启或断电后都要重新手动进入示教程序所在点,极易产生干涉碰撞,经软件设计优化完善了系统断电保持功能,避免了事故产生。

3.5.2 机器人功能方面

a.修磨补偿功能。满足了电极磨损后的修磨及自动补偿功能。

b.间隙示教。对伺服焊钳上电极与下电极的间隙量进行指定自动偏移功能。

c.仿真软件Robcad。初步建立新松机器人基础版仿真模型。

次高频节能点焊设备和伺服焊钳在焊接速度、同等焊接效果的耗能、焊接质量、焊接材料适应性等方面达到或超过了国际通用的中频焊接技术,该技术节能达50%。在焊装线的应用测试中逐一解决了焊接击穿、焊钳刚度不足、焊点偏移等重大问题,使其更适用企业应用。

3.6 基于工业总线技术的智能生产控制系统应用

突破了基于工业总线技术的智能生产控制系统的核心技术,满足了高纲领、高节拍、柔性化的汽车焊接自动化生产线的实际需求。包括开发柔性生产线调度软件系统、焊装线柔性主拼台的专家系统软件和生产安全管理系统。该系统具备智能化实时控制、安全性高、柔性高效的功能。

3.6.1 工业总线技术

以工业总线为基础,搭建符合实际生产需求的管理层、控制层、设备层3层网络架构,进行智能生产控制系统的网络规划。

3.6.2 安全系统

通过安全方案规划、安全设备的集成应用,生产线安全系统达到了ISO13857国际安全标准。3.6.3 自主研发主拼台节拍变换的专家系统

形成了标准化、模块化、适用于不同节拍的焊装线扩展应用。

3.6.4 自主研发多车型的柔性焊装线信息管理和调度系统

实现车型信息的准确采集、处理及解决,设备运行状况的监控、智能故障诊断及报警,最终达到柔性焊装线信息管理、调度、显示、修改的自动化、模块化。

结合基于工业总线技术的智能生产控制系统的开发,在一汽轿车公司一工厂焊装车间白车身主焊线上采用6套控制系统,包括MB010-050工位1套、MB060-090工位1套、MB100-110工位1套、MB120-130工位1套、MB140-170工位1套、空中返回线1套。通过工程示范应用,验证了工业总线技术、安全控制系统(图5)、主拼智能切换系统、多车型信息管理和跳度系统在焊接自动化生产线的智能体现。基于工业总线技术的智能生产控制系统国内、外技术水平比较如表4所示。

3.6.5 实现机器人智能焊接功能

d7c36f597bd1f10c4d5a6921a6240835.jpg
图5 安全控制示意图

表4 基于工业总线技术的智能生产控制系统国内、外技术水平比较
9ccc25ba29e303cd9bed0309aa9833f2.jpg

通过生产线控制系统的PLC程序发出当前需要焊接的车型代号,机器人接收焊接车型代号后自动调用相应的车型焊接程序进行自动化焊接,同时根据焊接点数自动进行电极修磨、焊接补偿、焊钳切换等工作,每个焊点的焊接参数(焊接压力、焊接电流、焊接时间)均可单独设置,点焊机器人系统具备伺服焊钳点焊分段加压和挠曲变形补偿功能,可以实现多机器人协同、运动轨迹规划与控制,充分保障了焊接效率、焊点位置精度、焊接质量和焊接安全,整个机器人焊接过程实现智能化全自动化,无需人工干预。

4 结束语

通过核心智能装备在自动化焊装生产线上的开发应用,建立了自主集成的基于机器人焊接自动化生产线。生产线采用了柔性主拼切换技术、高速滚床输送技术提高生产效率。建立了智能化生产控制系统实现车型自动识别、随机生产。产品质量在线检测提高了白车身的整车尺寸精度。集成应用了国产机器人及伺服点焊设备保证白车身焊接质量。

该项目通过在一汽轿车公司一工厂焊装线的实际测试、试运行和批量生产验证,技术性能达到预期效果,满足了多车型生产节拍及产品质量要求。截至2015年5月31日,已累计生产马自达CX-7、马自达睿翼、马自达6、马自达阿特兹、奔腾系列轿车26.6万辆。


您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则