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轉發(fā)自：裝備制造技術(shù)

作者：丁剛強

（廣西汽車(chē)集團柳州五菱汽車(chē)工業(yè)有限公司，廣西柳州 545007）

摘 要：汽車(chē)車(chē)身鈑金件的沖壓線(xiàn)是汽車(chē)行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要設備。

為了適應我國汽車(chē)質(zhì)量要求的不斷提高和智能制造規模的不斷擴大，研究與應用沖壓專(zhuān)用工業(yè)機器人、智能視覺(jué)對中系統、自動(dòng)換模具系統等建設汽車(chē)車(chē)身鈑金件的串聯(lián)式自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線(xiàn)，是行之有效的手段和途徑。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化聯(lián)線(xiàn)；沖壓專(zhuān)用工業(yè)機器人；技術(shù)集成

中圖分類(lèi)號：TP242 文獻標識碼：A

前言

在全球競爭的新形勢下，為了改變制造業(yè)“大而不強”的現狀，我國提出了工業(yè)轉型升級的發(fā)展戰略。

制造業(yè)智能化已經(jīng)被國家列為未來(lái)行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵戰略。推廣應用工業(yè)機器人成為了提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，解決人力供求矛盾，提高核心競爭力的必由之路。

以汽車(chē)產(chǎn)業(yè)為例，在焊接、涂裝、裝配、上下料、搬運等作業(yè)中，機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。

汽車(chē)車(chē)身鈑金件沖壓領(lǐng)域，沖壓自動(dòng)化系統集成及應用是沖壓生產(chǎn)線(xiàn)體現其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵因素。

與傳統手工沖壓相比，自動(dòng)化沖壓具有安全、高效、節材等優(yōu)點(diǎn)，是板材加工技術(shù)的發(fā)展方向^[1]。

六軸或七軸工業(yè)機器人將逐步成為當前汽車(chē)車(chē)身鈑金件沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)中絕對重要的組成部份，它的大規模生產(chǎn)應用，對于加速實(shí)現汽車(chē)零部件產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)有非常明顯的推動(dòng)作用。

1 總體思路

結合產(chǎn)品特點(diǎn)及柔性要求，采用“普通壓力機+ 機器人傳輸”形式^[2]。

利用六臺六軸或七軸工業(yè)機器人、智能視覺(jué)對中系統、自動(dòng)模具更換系統、自動(dòng)清洗涂油、自動(dòng)更換端拾器系統等技術(shù)實(shí)現的自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線(xiàn)項目建設。

對沖壓線(xiàn)的總體設計、沖壓機器人協(xié)調作業(yè)、板料自動(dòng)清洗涂油、沖壓機器人端拾器自動(dòng)更換、沖壓模具自動(dòng)更換等技術(shù)進(jìn)行集成與應用，最終開(kāi)發(fā)出了適合汽車(chē)零部件行業(yè)推廣的六軸或七軸工業(yè)機器人沖壓自動(dòng)化聯(lián)線(xiàn)技術(shù)集成及應用系統。

2 主要特點(diǎn)

（1）采用沖壓專(zhuān)用的六軸或七軸工業(yè)機器人，結合壓力機的間距及產(chǎn)品柔性需求，實(shí)現了串聯(lián)式?jīng)_壓生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)方式，自動(dòng)運行率從 0 提高到 90%.

根據壓力機設備間距數值及產(chǎn)品柔性要求，結合機械手與機器人的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了 ABB IRB66603.2/120 沖壓專(zhuān)用的六軸或七軸工業(yè)機器人實(shí)現沖壓生產(chǎn)線(xiàn)的單機自動(dòng)化聯(lián)線(xiàn)。

并通過(guò)自動(dòng)更換機器人的端拾器來(lái)吸取各種不同的沖壓件實(shí)現在制件傳輸的 “拾取”和“擺放”。

端拾器可通過(guò)快速更換系統在 3 min 內完成自動(dòng)更換，實(shí)現柔性。

通過(guò)對六軸或七軸工業(yè)機器人自動(dòng)板料拆垛、清洗涂油、光學(xué)對中系統、自動(dòng)上件、自動(dòng)傳送、自動(dòng)下線(xiàn)、自動(dòng)更換端拾器、自動(dòng)換模、廢料自動(dòng)收集等的集成

通過(guò)中央控制系統的統一協(xié)調等技術(shù)手段及措施，實(shí)現沖壓自動(dòng)線(xiàn)較強的可靠性、穩定性，使自動(dòng)運行率達到 90%。

工業(yè)機器人在沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的應用主要遵循：

堆垛拆垛→板料傳送→清洗涂油→板料對中→上料機器人送料→首臺壓力機沖壓→下料機器人取、送料→壓機沖壓→根據工序數量循環(huán)→下料機器人取、送料→末端壓機沖壓→線(xiàn)尾機器人取、放料→皮帶機輸送→人工碼垛的循環(huán)方式。

其中，板料光學(xué)對中系統可以實(shí)現板料在經(jīng)過(guò)清洗、涂油后，通過(guò)視覺(jué)識別系統，對板料的位置、角度進(jìn)行識別，按指定的板料抓取位置進(jìn)行抓取，放置到壓力機生產(chǎn)線(xiàn)上的第一臺壓力機的模具上。

該項目所集成和應用的板料光學(xué)對中系統，能夠可靠地將板料對中后放置到壓力機的沖壓模具上，提升板料抓取、輸送和放置的可靠性、維修維護的方便性。

（2）采用了智能視覺(jué)對中系統（見(jiàn)圖 1），實(shí)現了對沖壓板料位置誤差的智能化識別及機器人自動(dòng)更新抓取程序軌跡，解決了板料從料垛到首臺壓力機上料間板料傳輸的位置偏差，將生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)節拍由手工的 5 spm 提高到 10 spm。

圖 1 視覺(jué)對中系統主要影響生產(chǎn)線(xiàn)布局及輸出節拍的因素在于拆垛、對中以及壓機間搬運等環(huán)節[3]，本研究通過(guò)采用 ABB 公司的沖壓專(zhuān)用機器人 IRB6660 與 Rockwell PLC 控制系統結合

通過(guò) COGNEX 康耐視 IS540311 工業(yè)相機實(shí)施拍攝板料的圖像，運用算法，對圖像進(jìn)行處理，獲取板料工件位置數據，再通過(guò)與標準圖像進(jìn)行位置比對，把位置變化量傳輸給機器人，機器人自動(dòng)通過(guò)調整抓件姿態(tài)，實(shí)現自動(dòng)抓取工件。

實(shí)現沖壓自動(dòng)線(xiàn)的可靠性、穩定性，使自動(dòng)運行率達到90%。

自動(dòng)化沖壓線(xiàn)視覺(jué)對中系統的組成自動(dòng)化沖壓線(xiàn)的起始工位為沖壓板料拆垛區域，拆垛區的拆垛速度決定了整條沖壓線(xiàn)生產(chǎn)節拍的快慢。

該區域內集中了眾多的工藝設備，線(xiàn)首單元具體包括拆垛、輸送、清洗、涂油、對中、上料模塊，傳送單元包括傳送模塊，線(xiàn)尾單元包括下料、檢驗、裝框模塊。

工藝設備布局分布如圖 2 所示。

通過(guò)板料自動(dòng)拆垛系統、自動(dòng)輸送系統、自動(dòng)清洗涂油系統等技術(shù)措施，實(shí)現沖壓自動(dòng)線(xiàn)較高的生產(chǎn)節拍，實(shí)現生產(chǎn)節拍 7 ～ 10 次/min。

其中，板料自動(dòng)拆垛系統，實(shí)現在人工將沖壓板料以垛料形式放置到垛料臺車(chē)上之后的板料自動(dòng)磁性分張（防多張技術(shù)應用）、ABB 工業(yè)機器人抓取板料拆垛、自動(dòng)放料到皮帶輸送機上（進(jìn)入到清洗機及涂油機），解決了人機交互的安全問(wèn)題，并降低人力成本。

自動(dòng)清洗機、涂油機系統包括清洗和涂油，清洗機適合汽車(chē)外觀(guān)件的生產(chǎn)，板料經(jīng)過(guò)清洗、去除表面的雜質(zhì)顆粒，避免沖壓過(guò)程中損傷板料表面。

涂油機可根據板料的形狀，進(jìn)行編程，需要涂油的部位進(jìn)行涂油，不需要涂油的部分不涂油，最大限度地節省防銹拉伸油。

通過(guò)對清洗機及涂油機的集成與應用，達到考慮沖壓件表面質(zhì)量的同時(shí)兼顧經(jīng)濟型。

對于質(zhì)量要求比較高的汽車(chē)外板件，需要使用清洗機。

對于質(zhì)量要求不高的汽車(chē)內板件，則可以不使用清洗機，對其安裝位置進(jìn)行預留。

（3）采用碳纖維材料做端拾器主桿，降低端拾器重量 10 kg，從而降低機器人負載，提高機器人運行的可靠性。

板料在壓力機之間傳輸，因機器人的速度快、板料重，導致慣性大，機器人負載重，影響其可靠性，采用碳纖維材料，重量減輕，提高可靠性。

碳纖維（carbon fiber，簡(jiǎn)稱(chēng) CF），是一種含碳量在 95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。

它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。

碳纖維“外柔內剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。

它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。見(jiàn)圖 3。