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[胶粘剂] 车门密封条机器人自动滚压粘接技术应用

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发表于 2020-9-10 11:53:48 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【汽车材料网】车门密封条机器人自动滚压粘接技术应用
叶庆雨
(一汽-大众汽车有限公司规划部总装规划科,长春 130011)
摘要:机器人滚压粘接车门密封条粘接设备是一种全自动的粘接方案,是通过采用机器人带动滚压头按照规定轨迹完成车门密封条粘接的一种全新技术。机器人滚压粘接设备由车门及吊具定位系统、视觉检测系统、机器人粘接系统、送料系统、钻孔系统等组成。设备通过PLC电气控制各个系统精密配合完成定位、识别、上料、粘接、钻孔等系列工作。
关键词:车门 密封条 粘接 机器人 滚压
1 车身密封介绍

车身的密封分为很多种,包括车身各种孔洞的胶堵,焊装车间的车身钣金搭接以及打胶,总装车间的车门以及前后盖的密封条。

分布在车门处的密封条主要影响到驾驶室的密封、风噪、关门力等。车门密封条的安装方式分为粘接式、嵌入式、卡夹式、镶嵌式。如图1 所示,目前全部奥迪车型以及部分大众车型采用粘接式车门密封条,部分大众车型采用卡接式车门密封条。粘接密封条采用的设备复杂,主要介绍的是粘接式的密封条。

现有粘接式车门密封条整体的结构形式分为两种,环式密封条和卷式密封条。每条环式密封条长度固定,根据车门轮廓曲线的偏差会有拉伸和收缩的变化,这对密封条的粘接强度有一定影响。如图2 所示,卷式密封条是根据车门轨迹进行粘接,最终根据粘接起点进行裁切,这样对密封条的拉伸和收缩进行了控制,更有利于提高密封条的粘接强度,能够更好地改善开胶问题。

图1 粘接式和卡接式密封条

图2 卷式密封条

2 目前密封条粘接的主要形式

目前车门密封条粘接的主要形式包括盘式密封条粘接和机器人滚压粘接。由于车门分装其他零件装配顺序的限制,总装车间都会在车门分装线的初始工位清擦车门后完成密封条的粘接工作,如图3 所示。

图3 总装车间平面

2.1 盘式密封条粘接技术

如图4 所示,盘式密封条粘接设备是通过人工将环式密封条卡夹在粘接盘四周,采用半自动的方式将密封条粘接到车门。主要由盘式粘接设备、定位装置、输送框架、车门托盘组成。

图4 盘式密封条粘接设备

操作过程如下。

a.人工将密封条卡接到密封齿条,如图5 所示,释放设备按钮;

b.设备与车门进行预定位及精定位;

c.设备通过气缸压紧密封齿条,将密封条粘接到车门;

d.设备与车门分离。

一套盘式密封条粘接设备约占4 个工位,在1 min 节拍内能够满足2 种车型的密封条粘接(图6)。如果增加并入车型,需要再增加密封条粘接设备的数量,以满足粘接需求。

图5 密封齿条

图6 盘式密封条粘接设备平面布置

2.2 机器人滚压粘接技术

机器人滚压粘接技术是一汽-大众电动车引进的国外先进技术,结合总装车间的实际情况进行设计并制造安装的可以应用到多种车型车门密封条的粘接工艺。车门固定不动,机器人滚压头绕车门旋转的创新型设计,在国内属于首例,处于领先地位。

机器人粘接技术平面布置如图7 所示,输送车门吊具停留在密封条粘接工位,保证密封条粘接工位为1 min 节拍。

图7 机器人粘接技术平面

机器人滚压设备由5 部分组成,图7 中0010 为设备的快进工位,0020 为左侧前门与右侧后门的机器人滚压粘接工位,0030 为左侧后门与右侧前门的机器人滚压粘接工位,0040 为左右前后门密封条底部流水孔钻孔工位。此种技术要求机器人在对车门密封条粘接过程中,车门吊具必须停留在0020~0040 的各个工作站中。粘接的运动方式采用机器人带着粘接头绕车门旋转360°,同时吊具在工作站中进行定位夹紧,车门在吊具中保持固定不动。

2.2.1 车门及车门吊具定位

车门吊具由2部分组成,如图8所示,包括托盘和输送框架。托盘分为左右两侧,通过导销合并到一起后挂靠在输送框架上,如图9 所示。车门通过铰链定位夹紧,侧边夹紧后固定在车门托盘上,输送线通过驱动装置驱动吊具进入到密封条粘接设备的工作站,进行接下来的密封条粘接工作。

图8 车门吊具结构

图9 车门固定在托盘的状态

吊具停止在密封条粘接工作站后,工作站的定位夹紧机构对托盘进行定位及夹紧,保证车门位置固定,以便于机器人进行密封条的粘接工作。如图10 所示,每个吊具的一半有2 个坚硬的衬套作为RPS 点,通过下面两个坚硬的套筒完成X、Y与Z的定位。

如图11 所示,车门托盘的下部定位夹紧方式与原盘式粘接技术相同,除此以外,机器人滚压技术的工作站还对车门及托盘的横梁结构进行了定位夹紧,以保证车门的位置更加牢固稳定。

图10 吊具在密封条粘接工作站中的定位点

图11 车门托盘在工作站中定位夹紧

如图12 所示,由于车间工位上部空间限制,固定车门的定位夹紧机构,只能错开布置,使同一工作站分别对左右两侧的前门和后门进行密封条粘接。此固定夹紧机构在Y 和Z 向可以进行相应的调整,以适应不同的车型配置,根据以往经验评估,前门的Y 向的调整范围为±30 mm,Z 向的调整范围为±60 mm。后门Y向的调整范围为±30 mm,Z向的调整范围为±50 mm。

图12 车门的固定

如图13所示,机器人滚压头周围的空间要求为大于500 mm,吊具及托盘应避让此空间,如图14所示,滚压头与车门铰链及托盘铰链支撑板的距离大于15 mm,以免机器人滚压头转动时发生碰撞。

图13 吊具周边的空间要求

图14 车门吊具铰链处空间要求

2.2.2 视觉检测系统

机器人滚压粘接密封条技术的粘接轨迹的定位采用了先进的ISRA 视觉检测系统,如图15 所示,通过此视觉系统会对车门的内板进行拍照测量与基准数据进行对比,将测量数据传送给机器人控制器,由控制器对测量数据进行修正,以校正机器人滚压设备的粘接轨迹。

图15 照相检测系统图像

2.2.3 机器人粘接系统

机器人粘接系统主要由密封条滚压头组成,根据滚压头滚压车门的不同位置,机器人会对施加的滚压力进行相应补偿以达到车门密封条的粘接要求(压力为20~50 N/cm2),如图16 所示。通过安装在滚压头上的压力传感器,可以测量和记录整个粘接过程的压力,这样可以确保滚压头在滚压过程中的接触压力。

图16 滚压头不同位置的受力情况

如图17 所示,滚压头主要包括进给驱动单元、摄像单元、衬垫剥离单元、长度测量单元、压紧轮、缺陷检测单元等。而且为了更好地满足生产设备维修的需求,在头部设计时采用了快换结构,保证滚压头的更换更加快速,更少地影响车辆生产。

图17 机器人滚压头

为了避免拉伸车门密封条,需要对密封条进行减压处理,所以为了保证密封条进入滚压头时为无涨紧的状态,车门密封条通过输送系统后,通过线轴缠绕大约1 m 的长度,可对密封条的涨紧状态进行控制,如图18 所示。

图18 密封条卸力线轴

如图19 所示,由线轴通过驱动器,然后由转向装置通过传感器检测控制密封条的朝向以保证粘接方向,之后进入驱动单元驱动密封条进入滚压轮位置,进行密封条粘接。

图19 密封条在滚压头的走向

密封条在进入滚压头粘接之前,需要对红色衬垫进行剥离,如图20 所示,而且衬垫在20~40°情况下抽出是一个比较理想的状态。胶带的抽出力可在3~5 N/cm 进行调整,以保证不同的粘接系数的胶带都能抽出。所以需要对电机的输出拉力进行有效控制,输出拉力过大会引起衬垫的裂纹甚至断裂。剥离出的衬垫采用吸尘器结构原理通过气压将衬垫吸入到料桶内。

图20 衬垫剥离单元

在剥离机构后集成了切割机构,对密封条进行切割处理。在车门起始和结尾处的切割精度为0.5 mm±0.5 mm,如图21 所示。

图21 密封条接口

密封条滚压头采用带凹槽的滚压圆盘,如图22所示,可以将多余密封条部分挤压到凹槽中,将力彻底的施加在粘接部位,使得密封条在车门上的粘接强度更高。特别是在圆弧段,使得粘接压力更有效地施加在粘接部位。通过伺服电机控制进行密封条输送,输送速度与机器人运行轨迹保持同步,滚压头相对车门钣金垂直,同时可以对粘接的滚压力进行调节控制,保证粘接压力均匀一致,使粘接质量得到提升。

由于滚压头的结构尺寸,机器人滚压技术对车门的产品结构设计有相应要求,如图23 所示,车门轨迹形状弯曲转折的内圆半径最小为60 mm,外圆半径最小为300 mm,在内外圆处车门外部钣金距密封条的最小距离为4 mm,且角度不能小于90°。如图24 所示,弧线的最小半径为80 mm,外钣金距密封条距离不小于5 mm,角度大于90°。

图22 滚压方式

图23 车门内外圆尺寸要求

图24 车门粘接轨迹弧线处尺寸要求

2.2.4 送料系统

如图25 所示,送料系统包括料卷储备站、对接连接器、料卷缓存器。密封条由料卷经过对接连接器进入缓冲站,最终导入到机器人进给装置供滚压头进行粘接。

长度为1 400 m的密封条缠绕在料箱内,如图26所示,并且料箱通过标记等区分左右侧,且标识不同的零件号。因为左右侧门对称结构,所以左右侧密封条上料方向不同,从而要求密封条在料箱内的缠绕方向一致但开口朝向不同。

图25 送料系统

图26 密封条缠绕结构

料卷储备站通过与料箱转运器具对接,将料箱推至限位,操作者操作对接连接器将两段密封条进行连接后,锁止料卷储备站,设备开始自动运行。

对接连接器的设计为可翻转结构,实现密封条的胶条和衬垫的翻转连接,如图27 所示。首先,将密封条的开口对准固定卡片并卡入;其次,使用粘接专用胶带粘接胶条,并确认粘接牢固;最后,翻转对接机构粘接反面胶条及红色衬垫。连接完毕从固定条上取下密封条,使其自然垂落。机器人传感器会根据传感器识别信息,对此段进行切除处理。

如图28 所示,料箱上料完成后,储备站会控制定位机构定位料箱,同时驱动器控制辊夹夹取密封辊,将密封辊举升约为5 cm 的高度,使其脱离料箱,可以在无外部干涉的情况下由驱动器精确控制转动角度,实现密封条上料的精准控制,使密封条输送过程中避免拉伸。同时储备站设计有上料摆动架,会随着密封条在密封辊上左右缠绕走向而摆动,大大增加了密封条上料柔性,以免密封条通过导向时上料卡死。料位传感器设置在料箱后侧,实时监测密封条的剩余量,在密封条即将用尽时,及时提醒物流更换料箱。

图27 对接连接机构

图28 料卷储备站

为了保证密封条用尽时,提供充足的上料时间,上料系统设计了缓存器。缓存器中储存的密封条可以自动运行15 min,物流必须在15 min 内完成密封条料箱的更换。使用缓存器进行供料时,可与正常供料速度相适应,缓存由电机驱动进行缠绕,可以避免密封条的拉伸和收缩。

如图29 所示,缓存器包含驱动器、固定辊、移动辊和跳动辊。移动辊和固定辊实现密封条的缓存功能,储存部分密封条在移动辊和固定辊之间。跳动辊与驱动器相配合控制供料速度,实现密封条供给速度均衡。

如图30 所示,密封条由缓存器经导向进入滚压头,最终由滚压头将密封条粘接到车门钣金上。

2.2.5 钻孔系统

卷式密封条无排水孔,所以在0030 工作站,需要对密封条进行钻孔。如图31 所示,两侧分别采用一个机器人通过视觉识别系统获取密封条特征,根据特征判断钻孔位置。钻头分为固定和移动钻头,可以匹配不同间距的排水孔。

图29 料卷缓存器

图30 密封条导入滚压头

图31 钻孔机构

3 总结

在汽车中开关频次最高的部件是车门,对顾客的感官影响最大的是车门隔离风噪的密封性和车门开关时产生的声音,车门密封条的粘接效果就直接影响着车门的密封品质。传统的密封条装配工艺由于密封性差,已经逐渐被淘汰,由粘接车门密封条工艺所取代。目前车门密封条粘接的形式主要有盘式挤压和机器人滚压两种方式。机器人滚压的方式非常灵活,能够适配多种车型。多车型并入占地面积少,通过适配机器人粘接轨迹等软件及少许硬件的改动就可以满足不同车型的密封条粘接。机器人滚压技术密封条料箱供货形式,使物流的占地面积也大幅度减少,节省了场地的投入。机器人滚压的粘接技术提升了设备的自动化率,降低了人员投入成本。盘式密封条对粘接轨迹的调整非常困难,需要不断地加减垫片调整压紧片的位置,进而调整密封条在车门钣金上的位置。机器人滚压技术只需要调整机器人程序,就可以调整粘接轨迹,极大地方便了轨迹的调整,更加高效。因此,机器人滚压技术在质量、成本、人员各方面相比其他粘接方式都有很大地提升,在未来汽车制造领域也将会得到广泛应用。



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