汽車(chē)零部件自動(dòng)化組裝系統(tǒng)綜述

沒(méi)有什么比多站自動(dòng)裝配系統(tǒng)更好的了。看著機(jī)器人，執(zhí)行器和分度器執(zhí)行精心設(shè)計(jì)的例程，幾乎不需要人工干預(yù)，這簡(jiǎn)直是奇跡。

以下系統(tǒng)舉例說(shuō)明了當(dāng)今自動(dòng)化裝配系統(tǒng)中常規(guī)進(jìn)行的艱苦工作和富有創(chuàng)造力的工程。

系統(tǒng)組裝具有多個(gè)變體的醫(yī)療設(shè)備

醫(yī)療設(shè)備的高速組裝帶來(lái)了多重挑戰(zhàn)。除了龐大的體積要求之外，醫(yī)療設(shè)備組裝系統(tǒng)還必須滿足清潔度，過(guò)程驗(yàn)證和法規(guī)要求。

總部位于田納西州Cookeville的ATC Automation從事設(shè)計(jì)和制造自動(dòng)化裝配系統(tǒng)已有42年了。在過(guò)去的12年中，該公司一直專注于醫(yī)療器械制造。

最近，長(zhǎng)期客戶要求系統(tǒng)集成商以每分鐘300多個(gè)零件的速度組裝醫(yī)療設(shè)備。該過(guò)程主要涉及將兩個(gè)塑料部件壓在一起。成品直徑約為1英寸，長(zhǎng)度約為3英寸。上殼體和下殼體都有兩種幾何形狀和幾種不同的顏色。零件的方向?qū)ο掠芜^(guò)程至關(guān)重要。

ATC設(shè)計(jì)并建造了一條生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線在傳送帶環(huán)路周?chē)O(shè)有四個(gè)工作站。為了滿足周期時(shí)間，螺旋進(jìn)給器會(huì)在400毫秒內(nèi)將圓盤(pán)進(jìn)出傳送帶上的每個(gè)工位，并留出800毫秒的停留時(shí)間來(lái)對(duì)零件進(jìn)行加工。圓盤(pán)由電動(dòng)閘門(mén)販運(yùn)，圓盤(pán)的可追溯性數(shù)據(jù)由每個(gè)站點(diǎn)的條形碼讀取器維護(hù)。每1.2秒將六個(gè)完成的組件卸載到托盤(pán)管理系統(tǒng)中，以進(jìn)行進(jìn)一步處理。

工位1的方向是將下部外殼放置在主傳送帶上。使用振動(dòng)碗式喂食器喂食外殼。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)確定零件的方向。在轉(zhuǎn)移到下一個(gè)位置的過(guò)程中，集成到轉(zhuǎn)移巢中的步進(jìn)電機(jī)將零件獨(dú)立地定向到正確的徑向位置。然后將外殼放入異步隊(duì)列中。

接下來(lái)，使用凸輪運(yùn)動(dòng)完成將殼體放入主輸送機(jī)上的圓盤(pán)中的過(guò)程。兩個(gè)串聯(lián)的伺服機(jī)構(gòu)下降，以沿著一條路徑驅(qū)動(dòng)凸輪從動(dòng)件，以從隊(duì)列中取出殼體，同時(shí)將它們放入主輸送機(jī)的圓盤(pán)中。當(dāng)氣缸上升時(shí)，將移開(kāi)外殼，并在兩個(gè)夾具之間垂直翻轉(zhuǎn)其方向，以便再次降低時(shí)，過(guò)程可以重新開(kāi)始。

裝載后，將圓盤(pán)從螺桿進(jìn)料器中轉(zhuǎn)出，從而觸發(fā)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)以實(shí)時(shí)獲取和評(píng)估零件的圖像。這些圖像可測(cè)量外殼的高度，并檢查成型過(guò)程中是否缺少或多余的材料。

在400毫秒內(nèi)測(cè)量六個(gè)零件，此系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)小于20微米的高度異常。作為參考，食鹽的單粒直徑為100微米，人的頭發(fā)為70微米，人眼所見(jiàn)的最小物體約為40微米。

當(dāng)冰球離開(kāi)工位時(shí)，條形碼掃描儀會(huì)在每個(gè)冰球的頂部讀取2D數(shù)據(jù)矩陣代碼，并將零件存在和不合格數(shù)據(jù)與每個(gè)冰球關(guān)聯(lián)起來(lái)。

接下來(lái)，冰球行進(jìn)到站2，在此組裝頂部。多個(gè)螺旋進(jìn)料器沿該工位的整個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)料并精確定位圓盤(pán)。一個(gè)預(yù)進(jìn)給螺絲在一秒鐘內(nèi)加載八個(gè)圓盤(pán)，準(zhǔn)備好放在頂部。其他兩個(gè)螺釘一起運(yùn)行，以一個(gè)動(dòng)作將圓盤(pán)從頂部放置位置定位到頂部按壓位置并將其送入。使用兩個(gè)振動(dòng)碗式喂料器，將上層食物喂入八站。由于零件側(cè)面的顯著特征，頂部以已知的方向進(jìn)入擒縱機(jī)構(gòu)。伺服控制的抓爪將零件從振動(dòng)的直線軌道中逸出，并將其放置在下部外殼上。

然后將冰球轉(zhuǎn)至壓力機(jī)位置，在該位置上，彩色視覺(jué)傳感器拍攝圖像并確定是否放置了正確的頂部顏色和幾何形狀。然后，伺服壓力機(jī)將頂部推到下部殼體上，并監(jiān)控每臺(tái)壓力機(jī)的力和距離分布，以確保最大力，最小力和壓力距離均在客戶指定的范圍內(nèi)。在對(duì)冰球進(jìn)行索引時(shí)，將掃描條形碼，并將在工作站收集的通過(guò)/失敗數(shù)據(jù)與每個(gè)冰球相關(guān)聯(lián)。

再次將螺釘用于定位在剔除工位的工位3。條形碼讀取器會(huì)在冰球進(jìn)入工位時(shí)對(duì)其進(jìn)行掃描，并確定每個(gè)冰球是否包含好零件，壞零件或沒(méi)有零件。高速拾放裝置從圓盤(pán)中拾取廢品并將其放入廢品箱。具有良好零件的油缸會(huì)被索引到卸載站。

在第4工位，螺釘在卸載點(diǎn)將六個(gè)圓盤(pán)分度，然后條形碼掃描儀掃描圓盤(pán)以區(qū)分空?qǐng)A盤(pán)和零件良好的圓盤(pán)。高速取放裝置將好的零件存放到卸載滑槽中，然后將它們放入手提袋或質(zhì)量審核箱中以進(jìn)行脫機(jī)檢查。

系統(tǒng)組裝戶外水龍頭蓋

任何居住在寒冷氣候中的房主都知道為冬天準(zhǔn)備房屋的慣例。耙樹(shù)葉。用防風(fēng)窗替換屏幕。并且，在室外水龍頭上安裝絕緣蓋以防凍結(jié)。

尺寸為6英寸高和6英寸寬，一個(gè)水龍頭蓋是簡(jiǎn)單的組裝，其由模制的泡沫塑料罩，開(kāi)孔泡沫密封件，并且簾線的與滑動(dòng)鎖環(huán)路的。要安裝，將環(huán)周?chē)乃堫^把手，拉電線遠(yuǎn)離房子，并滑動(dòng)鎖緊緊握住覆蓋著房子。

考慮到有超過(guò)7500萬(wàn)的獨(dú)立，在單戶住宅，潛在的生產(chǎn)量這個(gè)不起眼的產(chǎn)品是巨大的。自動(dòng)化是唯一的方法。

總部位于俄亥俄州威洛比的Fusion Systems Group最近設(shè)計(jì)并建造了一個(gè)六工位旋轉(zhuǎn)分度盤(pán)系統(tǒng)，以自動(dòng)組裝聚苯乙烯泡沫塑料水龍頭蓋。該系統(tǒng)每個(gè)周期生產(chǎn)兩個(gè)蓋組件，每小時(shí)的產(chǎn)量為1200個(gè)。

在該過(guò)程開(kāi)始時(shí)，將蓋手動(dòng)地以16疊的堆疊方式放置在進(jìn)料輸送機(jī)上。通過(guò)定制設(shè)計(jì)的堆疊進(jìn)紙器將蓋一次與堆疊分離。進(jìn)紙器提起紙堆，將底蓋與紙堆分開(kāi)。一旦紙疊清除了底蓋，便會(huì)打開(kāi)一個(gè)擋門(mén)，將其從進(jìn)紙器中釋放出來(lái)。然后，傳送帶將蓋子輸送到拾取站。

接下來(lái)，一個(gè)六軸機(jī)器人拿起兩個(gè)蓋子并將它們移到涂膠站。在那里，涂藥器將熱熔膠珠散布在每個(gè)蓋的底邊緣周?chē)?。分配閥是固定的;機(jī)器人移動(dòng)零件。

接下來(lái)，機(jī)器人將蓋子移動(dòng)到密封組裝工位。該工位由安裝在六工位旋轉(zhuǎn)分度臺(tái)上的12個(gè)垂直密封匣組成。泡沫密封件被加載到一系列固定在轉(zhuǎn)盤(pán)上的心軸上。圓盤(pán)傳送帶將心軸旋轉(zhuǎn)到提升站，在那里可編程的線性致動(dòng)器將整個(gè)密封圈提升到足夠的距離，以使機(jī)器人可以接觸到頂部密封圈。一旦整個(gè)密封圈都耗盡了，轉(zhuǎn)盤(pán)就會(huì)將整個(gè)彈匣旋轉(zhuǎn)到位。

機(jī)器人定向在密封件上的蓋，每個(gè)蓋的底部邊緣對(duì)準(zhǔn)到相應(yīng)的密封。對(duì)齊后，機(jī)器人將蓋子壓到密封件上，將它們粘合在一起。

最后，機(jī)器人將完成的組件移動(dòng)到卸料輸送機(jī)上。

“組裝系統(tǒng)最具挑戰(zhàn)性的方面是設(shè)計(jì)堆棧進(jìn)紙器，” Fusion Systems Group市場(chǎng)經(jīng)理Tony Straniero回憶道。“堆棧的高度超過(guò)36英寸，并且各個(gè)蓋子都有粘在一起的趨勢(shì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，最具挑戰(zhàn)性的部分是使紙疊不會(huì)傾倒在傳送帶上并分開(kāi)各個(gè)蓋子。

為了防止堆疊傾翻，導(dǎo)軌以多層模式布置，以在幾個(gè)關(guān)鍵位置垂直支撐和引導(dǎo)堆疊。由于蓋子的側(cè)面是傾斜的，因此將導(dǎo)軌放置在蓋子最窄的部分，就在蓋子上方的底部下方。這種方法將紙疊垂直鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢?，并防止其傾斜。”

為防止蓋板粘在一起，兩個(gè)帶有錐形指狀件的氣動(dòng)限位閘門(mén)在堆棧底部蓋板的底部上延伸。然后，提升機(jī)構(gòu)在堆疊中第二個(gè)蓋板的底部下方延伸，并抬起上部蓋板。錐形手指將底蓋靠在傳送帶上，同時(shí)將紙疊提升到足夠高的高度以清除底蓋。

一旦紙疊足夠高，擋門(mén)就會(huì)縮回并釋放分離的蓋板。然后，封面被傳送到拾取站。當(dāng)蓋板清除料斗時(shí)，提升組件將紙疊放回輸送機(jī)上，然后重復(fù)此過(guò)程。

機(jī)器人系統(tǒng)生產(chǎn)制動(dòng)總成

北美汽車(chē)行業(yè)在2018年銷(xiāo)售了約1,720萬(wàn)輛汽車(chē)。假設(shè)每輛汽車(chē)有四個(gè)制動(dòng)器(每個(gè)車(chē)輪一個(gè))，則總裝配數(shù)為6,880萬(wàn)。剎車(chē)很多。

由密歇根州圣約瑟夫市的Edgewater Automation設(shè)計(jì)和制造的多站機(jī)器人組裝系統(tǒng)正在滿足這一生產(chǎn)要求?；趥魉蛶У南到y(tǒng)以每小時(shí)120個(gè)的速度為主要的汽車(chē)客戶組裝制動(dòng)角組件。組件尺寸為12 x 12 x 15英寸，由17個(gè)零件組成。

配有空氣噴嘴的振動(dòng)碗式喂食器喂食小零件。機(jī)器人處理大型零件，這些零件裝在可回收的塑料容器中。

Edgewater的市場(chǎng)經(jīng)理Seth Vander Ark回憶說(shuō)：“散裝貨箱沒(méi)有經(jīng)過(guò)精確模制，并且變化很大，影響了我們的自動(dòng)化程度。” “我們將機(jī)械設(shè)備與視覺(jué)引導(dǎo)機(jī)器人結(jié)合使用來(lái)克服這一問(wèn)題。”

另一個(gè)問(wèn)題是防塵罩。范德·阿克(Vander Ark)解釋說(shuō)：“防塵罩應(yīng)該以120塊板的平行方式交付。由于制造公差，實(shí)際的零件堆疊會(huì)形成一個(gè)大弧，該弧傾斜到一側(cè)，頂部?jī)A斜25度角度。為了克服這個(gè)問(wèn)題，我們對(duì)機(jī)器人工具角度中的可變偏移量進(jìn)行了編程，并為機(jī)器人上的臂端工具增加了更多的柔韌性。”

使用螺絲驅(qū)動(dòng)或沖壓

操作組裝零件，并且在整個(gè)生產(chǎn)線中使用視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證組件是否存在并已正確組裝。

Vander Ark說(shuō)：“通過(guò)使用多個(gè)機(jī)器人和3D視覺(jué)，該系統(tǒng)提高了工人的安全性，并減少了體力勞動(dòng)。隨著吞吐量的增加和人工需求的減少，該自動(dòng)化系統(tǒng)為客戶節(jié)省了大量的時(shí)間和金錢(qián)。”

該系統(tǒng)目前使用工具來(lái)生產(chǎn)兩種制動(dòng)組件。