白车身焊装自动化设备应用
瞿建光
(东风商用车有限公司车身厂，湖北 十堰 442040)
摘要 本文介绍了白车身装焊生产中点焊机器人和其他一些自动化设备的应用，列出了他们的优缺点。
关键词 点焊机器人；自动检测；分装自动化
Applicating of Automation Equipment of Cab Welding
Qu Jianguang
（DF Commerical Vehicle Company Ltd.,Cab Plant, Shiyan City,Hubei Shiyan 442040）
ABSTRACT Applicating，advantages and disadvantages of spot welding robot and some other automation equipment in welding of body in white are listed in this paper.
KEY WORDS Spot welding robot; Automatic measuring; Sub-assembly fixture automation
1 前言
现代焊接白车身制造对焊接质量，几何精度，安全性，节能环保，车型换代有越来越高的要求，使得焊装生产朝高可靠性，高节拍，轻量化，多品种柔性混流，高度自动化和智能控制方向发展。特别是随着“十二五”我国工业化转型，人力成本越来越高，产品精度和一致性要求越来越苛刻的情况下，提高白车身焊装生产的自动化程度，加强信息化管理和智能控制迫在眉睫。
当前卡车车身的生产与轿车略有不同特点，产量和市场规模偏小，一条焊装线年纲领一般在60 000~90 000辆，车身重量在200~400kg，车身长度略短，高度偏大，尺寸精度和外表件逐步接近轿车水准。为了控制成本，保证精度，流水线线体焊点自动化率较高，而分装工位则较低。
使用自动化设备虽增加了固定费用，但可有效地减低人力成本，甚至可完成人工无法完成的装焊工作，提高了产品精度和一致性。同时，自动化设备的维护和故障率的减低也是当
前必须考虑的很现实的因素。熟知各种自动化装备的应用特性，知晓其优点和缺陷是焊装工艺技术人员的必备素养。
2 焊装线基本构成简介
某型白车身焊装线设计纲领60 000辆， 分地板线，总装线和调整线构成（1）。地板线和总装线体采用升降往复杆运输地板总成和白车身，地板总成完成焊接后通过空中循环电动EMS自行葫芦小车附升降机运至总装一工位，白车身完工后通过空中循环EMS自行葫芦小车附升降机运至调整一工位，调整线采取板链和滚床滑撬运输，最后通过升降机和推杆悬链运送至邻近的涂装车间。
这条焊装线自动化设备较多，地板线4台点焊机器人，总装8台点焊机器人(投产初期6台，后期扩产增加2台)，往复杆输送装置2条，空中地板电动EMS单轨循环输送线1条（含小车3台），空中总装电动EMS循环输送线1条（含小车4台），左右侧围自动上线装置2套，高车顶盖和标车顶盖上线装置2套，中顶上线装置1套；有5个工位夹具复杂（地板梁，地板总成，竖板工位，总装二工位（总装），总装四（顶盖）工位）；推杆悬链线1条，自动滚床滑撬和板链若干；车门自动包边线2条。
这条焊装线经过几轮的针对性改善， 故障率下降显著，相对故障下降了78%，加上能力扩充后，该线年度总的生产能力提高了50%，经济效益可观。
3 点焊机器人的应用分析
在此焊装线中，在总装五工位，增加2台载荷更大的总装点焊机器人代替原总装点焊机器人，将原机器人移至其他补焊工位，消除了生产节拍瓶颈。将原工频焊机系统换成轻30%的中频焊机系统，载荷负重比率由90%降至85%，抖动减低，焊点位置可靠性大为提高。 根据本工位出现的缺陷，其他新线新增总装点焊机器人额定载荷均要求达225kg以上。点焊机器人是种很好的自动化设备，作业质量均一，能适应人工无法忍受的恶劣环境，能完成人工无法完成的作业。但是，机器人作业对焊件，夹具，环境有一定的要求。对于补焊的点焊机器人，各前一工序后的焊接合件尺寸要保持稳定均一和无变形，无绝缘，在机器人电极力的冲击作用下，各焊接搭接处不能有位移或豁开，这就要求前一工序后的合件应有足够的点定焊接。机器人焊钳的冲击力很大，整个车体应受到足够的定位和夹紧约束，在多个机器人的共同和连续作用下，不能出现左右摇晃和上下跳动的情形，否则就会出现焊点偏移，扭曲等质量缺陷，甚至造成机器人损坏的严重故障。
为了降低点焊机器人本身的设备故障，设备选型前下列很好的经验措施可供借鉴：（1）增加工业空调增强控制箱冷却效果；（2东风卡车）采用更好的焊接控制器，如博世系统；（3）用高精度直线轨道代替直线活塞副；（4）采用柔度和耐扭力更好的电缆包，采用专业的线缆的捆扎和保护；次级电缆与焊钳和变压器的连接处配置过渡接头，改善导电性， 即使烧损亦可快速更换；（5）将焊钳的次级电缆由风冷改成水冷；（6）增加压缩空气过滤处置，增加排水阀；（7）清理机器人工位周围的设备防触碰机器人；（8）对线体相关信号采用屏蔽线，消除信号干扰；（9）选配更高级的故障显示和诊断示教器；（10）采用适中的焊接规范参数；（11）对专用气缸和焊钳进行国产化改代，增强备品的替换；（12）根据已发故障，建立点检表，定期检查各要害部位，提前做好各耗件的准备。
除了点焊外，机器人还可以从事螺柱焊接、搬运和装配、激光焊、涂胶、包边、激光在线检测、铆接和切割等焊装生产工作（2）。
4 机器人激光检测站的应用
鉴于传统的接触式机械三坐标测量机不能及时快速提供大量的车身测量数据样本而且只能离线检测，机器人激光测量机在新的焊装线得以应用。
它是一种柔性非接触式自动光学测量系统，机器人运载光学测头，激光传感器发射激光和平面光，根据反射光在CCD成像的位置来获取被测特征在空间的位置。测量结果可以与设定的边界对比，可设定超界报警，离线切断不影响线体运行。
机器人激光测量系统的误差可通过绝对标定和相对温度补偿来补偿，精度有保证。测量数据可被存储在测量控制柜的数据库中，可生成不同类型的报告作进一步的分析，实现近地或远程网页浏览。机器人激光测量系统实现了在线100%。
测量收集关键产品尺寸，这就实现了及时在线监控和快速响应，大量的数据也便于对车身作6σ稳定性分析提供了充分的条件，甚至可由系统直接获取数据查询和分析结果。
由于测头单点测量时间为2~3秒，因此一定的生产节拍限制下，测量点数有限，故通常设定一个测头测量几十个关键点。
5 焊装线体输送装置的应用
在地板线和总装线的焊装线体的输送设备中，往复杆应用广泛，故障率低，平稳可靠，成本低，能实现几个至十几个工位的等距传输，传输循环周期可控制在14~20秒内,每工位负荷可达500kg。但是，往复杆输送靠电机驱动齿轮齿条运动，平衡缸辅助制动和减震冲击，实现线体整体升降和往复，它所带动的工位数（或总负荷）是有限度的，关键受力机构部位，如曲柄等，因交变载荷作用易疲劳开裂，平衡缸经常要补充气压。它只能
实现等间距传输，要求各工位间距相等，如都是5m。另外，往复杆在高位完成前行到位，下降后在低位返回，支撑机构不能与处于低位的各夹具干涉，这使得各夹具机构的布置空间受到限制，支撑机构所扫过的空间不得有夹具机构伸出，这使车体靠线体中间的定位夹紧点无法实现。而且，往复杆上的车体支撑机构不能柔性变换，无法实现一条线体上同时承载定位基点不同的白车身的混流。
为了解决上述往复杆缺陷，某新型车身线应用了滑撬滚床传输。滑撬靠滚床上的辊轮的滚动摩擦力运动，滚床可以固定，也可以实现平移，升降和转向，灵活多变，工位间距可不等距，如，某工位两侧要布置多个机器人，需要空间长度达7-8m，超过5m，其他只需5m，滑撬滚床传输就容易实现这种布置要求。一种滑撬可实现多品种车身底部支撑，若无法实现，只需更换滑撬即可。滑撬在滚床处于高位时运输，避开了复杂的底部夹具机构的干涉。常用单个滚床能实现1 000kg负荷的传输。
滑撬滚床传输线柔性程度高，新旧多品种混流难度大为降低，因各工位都有带电机和减速机的滚床和滑撬，要有空间存放空撬和滚床，初次投资成本较高。滚床滑撬运输也有新的特点：（1）滚床与撬本身要求尺寸精度高，而且各工位尺寸高度一致，如Z向不一致会出现滑撬上下跳动和颠簸，X向不一致会出现左右摆动；（2） 聚氨酯限位靠轮易磨损，更换频繁，影响运动过程中对滑撬的约束；（3）导柱安装精度高，容易卡住滚床，检修困难；（4）前进皮带齿易磨损打滑，更换困难；（5）滚床底部的电机和减速机等部件，因空间太小，检修困难，停工时间长。因此要求滚床盖板可拆卸而非焊固，滚床基础周围地坑要留出足够的检修人员活动空间。
单轨空中智能电动输送小车（EMS小车）被用于地板总成与车体总成的输送，可实现装卸，升降，输送，储存，转线等功能，是一种高度智能和机电一体化的输送系统。一般，地板线3-4台小车，总装线装备4-5台小车。电动输送小车也容易出现电气故障，如信号线、电源线断路，接触不良，电源过载等。为降低信号断电概率，可改碳刷滑触传输为无线发射传输，或者用双触头并联输电代替单触头输电是很好的方法。因有升降控制，选用的变频器功率应偏大一些，安全可靠。平时点检要注意继电器触点是否老化。
焊装调整线一般采用滚床滑撬，板链，推杆悬链综合使用输送驾驶室，故障很低。空中推杆悬链是靠电机减速器驱动站驱动的整条循环有轨链条，简单可靠。缺陷也很明显，若在空中一旦出现机械卡住故障，要沿整个循环线路查故障部位，查时间长，空中检修危险不便。为此，空中完整的车体在新型车身储备和输送线中也应用了滑撬滚床传输，将白车身运往涂装车间。
6 焊机控技术的应用
在此焊装线中，对悬点焊机应用了控技术，就是指利用计算机系统网络集中控制焊机参数，系统能限制同时通电的焊机数量，以保证电网平衡，限制使用容量。对点焊机的焊接电流、焊接时间、变压器匝数比、加压时间等焊接参数实时监控， 通过电脑界面对每台焊接控制器的参数进行远程编制和变更，方便管理，也降低了焊接缺陷。
7 伺服包边机的应用
对于车门和面罩，该线应用了自动包边专机。自动包边机工艺过程如下：人工（或机械）外板涂胶-装配内板总成-皮带自动传输工件入模-自动压合包边-皮带自动传输工件出模-人工（或机械）取件。包边机通过程序控制伺服电机，驱动丝杠转动，带动连杆机构实现压合与打开动作，具有良好的电控性能，噪声低，成本低，节拍高达90-110秒/台，故障率低，但柔性差，不能共线生产其他品种车门。最常见的故障就是伺服电机老化，比如，三个电机驱动一组连杆机构，只要其中一台电机故障，整机就会报警停工，此外，控制模块也会产生故障。为解决柔性生产车门问题，在新的焊装线中，压床模具车门自动线被采用，可以及时更换上下模具以生产不同品种的车门，效益显著，一次性投资较大。