陳志毅 李海南 劉久月 劉子寧 郭振禮

（1. 重慶長安汽車股份有限公司，重慶 400000；2. 一汽模具制造有限公司，長春 130013）

1 前言

隨著工業(yè)4.0 智慧工廠與無人化工廠概念的提出，自動化的輸送設備逐漸成為焊裝工廠的重要組成部分。輸送設備主要用于焊裝線內的搬運或存儲，高效、自動化的輸送設備連接了不同的工位及線體，串聯(lián)起了整個焊裝車間。按照應用場景，焊裝線輸送設備可以分為線內傳輸和線間傳輸。本文將針對焊裝線內的不同工藝，分別闡明各類輸送設備的原理及經典應用方案。

2 各類輸送設備及焊裝線應用方案

2.1 高速滾床

高速滾床廣泛用于地板下部線、主焊線等直線傳輸線體。高速滾床根據功能上和應用場景的不同可以分為升降滾床、固定滾床、過渡滾床以及旋轉滾床等。高速滾床的優(yōu)點在于速度快，空間布置靈活，可以通過不同的滾床進行排列組合，以應對不同的線體布局，屬于典型的線內傳輸。在焊裝線中，高速滾床通常有2 種應用形式。

2.1.1 升降滾床+滑橇+下部夾具

在焊裝線中，升降滾床常和滑橇、下部夾具配合使用，組成一個完整的定位系統(tǒng)（圖1）。升降滾床根據動作原理通常設置有3 個位置,即高處傳輸位、接件位與下降位?；镣ㄟ^定位銷及支撐塊將白車身零件定位，通過PLC 系統(tǒng)將指令傳遞給變頻器，通過變頻器調速，控制電機的轉速，電機轉動帶動滾床上的滾輪轉動，滾床左右各一排滾輪，左右對稱的2 個組成一組，由4～5 組滾輪支撐一個滑撬，滾輪轉動帶動滑撬向前運行，通過PLC控制系統(tǒng)的控制，滑撬可以隨時停止運行，同時可以實現(xiàn)連續(xù)和間歇式運行[1]。通過滾床的滾輪摩擦力，將白車身傳輸至下一個工位，隨后滾床下落，使零件下落到下部夾具上，實現(xiàn)對白車身零件的精確定位。該種定位方式采用滑撬作為零件輸送的載體，下部夾具作為工作時定位的載體，該種形式在大眾、寶馬等主機廠普遍應用。該種形式的優(yōu)點如下：

圖1 升降滾床+滑撬+下部夾具定位系統(tǒng)

a. 負責傳輸作用的滑撬和負責定位的下部夾具是分開的，最終只要保證下部夾具的定位精度即可滿足工作要求，重復精度較好，對零件尺寸控制以及現(xiàn)場后續(xù)維護都較為方便。

b. 升降滾床可以和不同長度的過渡滾床組合，適應不同的工位間距，空間布局較為靈活。

c. 由于產品輸送單元為簡易滑撬，后續(xù)融入新車型時更改較為容易。

2.1.2 固定滾床+隨行夾具

與滑撬+下夾具的定位形式不同，隨行夾具將地板定位夾具和滑撬合二為一，不需要滾床下降這一步驟，通過固定滾床即可滿足普通工位間的傳遞，由氣電快插單元、固定滾床、隨行夾具組成一個完整的定位系統(tǒng)（圖2）。隨行夾具的工藝布局通常在線體的首尾2 個工位設置有氣電快插，在該生產線的第一個工位通過氣電快插將氣和電介質傳遞給隨行夾具，使隨行夾具對小車進行夾緊定位，隨行夾具在線體內行駛時氣缸及定位均保持夾緊狀態(tài)，保持對車身零件的定位。在線體的最后一個工位通過氣電快插進行介質傳遞，將氣缸打開，使零件和隨行夾具分離，進而將車身傳遞到下一條線體。該種定位方案的優(yōu)點如下：

圖2 固定滾床+隨行夾具定位系統(tǒng)

a. 由于不必采用升降滾床，工位間傳輸時間由常規(guī)的12～14 s 縮減到6～7 s，極大提高了生產效率。

b. 差異較大的多平臺車型可以采用整體更換隨行夾具的形式實現(xiàn)混流，能生產多種不同車型，提高了線體的柔性。

但該種方案同樣具有明顯的缺點:

a. 與下部夾具每套負責各自的工位不同，該種形式的隨行夾具每套都需要經過所有工位。所以對所有隨行夾具的尺寸一致性要求高，現(xiàn)場調試難度較大。

b. 隨行夾具相較于滑撬質量大，對輸送機構的磨損更快，需要更加頻繁的維護和尺寸監(jiān)控。

2.2 伺服滑臺

伺服滑臺是典型的工位傳輸機構，屬于線內傳輸，該種形式常用于環(huán)島式線體，用于工位與工位間的傳遞。伺服滑臺常見形式為一字滑臺（圖3），隨著近些年工裝設計的不斷進步，精度較高的十字滑臺（圖4）也在生產線頻繁應用。伺服滑臺由基架、伺服電機、滑車、齒輪齒條及驅動設備構成。線體的PLC 控制滑臺的變頻器，進而控制電機基架上的齒輪齒條嚙合，帶動滑車的行走。十字滑臺對比一字滑臺增加了一個移動方向，對應滑車上也需要多一個電機用于不同方向的行走，十字滑臺中不同的滑車，既可以用于不同的上件工位，也可以用于不同車型的存儲?？梢愿鶕煌墓の徊季?，選擇不同形式的滑臺。

圖3 常見一字滑臺結構

圖4 常見十字滑臺結構

伺服滑臺形式傳輸具備以下優(yōu)點：

a.速度快（最高速可以達到3 m/s）,精度高（最高精度可以達到±0.02 mm），對機器人抓取零件較為友好。

b.伺服滑臺可以根據不同的布局選擇不同的長度及形式，對布局的適應性較強。

不過伺服滑臺不適用于需要在線內建立存儲的情況，普遍應用于工位的點對點傳遞。

2.3 往復桿輸送鏈

往復桿輸送鏈同樣作為常見的一種線內輸送方式，常用于地板、主焊線等長線體。往復桿主要由垂直驅動裝置、水平驅動裝置、機械驅動裝置以及水平防越位裝置組成（圖5）。往復桿通過是齒輪及齒條配合驅動往復桿行走，零件托塊支撐零件并帶動車身零件輸送至下一工位，并通過升降塔以及液壓站的配合，保證升降的穩(wěn)定性，使白車身零件平穩(wěn)降落在下部夾具上。整套定位系統(tǒng)由往復桿輸送鏈，零件輸送托塊，下部夾具構成（圖6）。

圖5 常見往復桿結構

圖6 往復桿定位系統(tǒng)組成

與滾床滑撬的定位系統(tǒng)不同，滾床可以根據工位長度不同，采用不同長度的滾床進行排列組合，而往復桿的每個工位間距都需要是相同的。同時與滾床每個升降行走工位都需要2 個單獨的電機不同，往復桿輸送一條線只需要2 個電機，減少電機的同時也意味著成本的降低和維護的方便。以表1 某地板線四工位往復桿的參數舉例（圖7），可以對往復桿的基本參數有一個大致性了解。

表1 常規(guī)往復桿輸送鏈設備參數

圖7 往復桿輸送鏈現(xiàn)場應用

該種輸送定位方案的優(yōu)點在于減少了輸送電機的使用，故障率相較于滾床更低，更便于車間的日常維護。

往復桿缺點則如下：

a. 往復桿需要每個工位的間距保持一致，相較于滾床的工位布局沒有那么靈活。

b. 往復桿的定位柔性不足，在車型差異過大的輸送托塊共用設計上需要更加周密的考慮。

2.4 積放式輸送鏈

積放式輸送鏈（Buffer）輸送鏈是在汽車焊裝生產線中常用的形式。用于在上件工位、線內或線間存儲和輸送。Buffer 的常見參數如表2 所示，相比于其他的輸送形式，Buffer 在輸送速度上并無優(yōu)勢，但可以進行零件的存儲，起到提高線體開動率以及在控制上拉動線體生產的作用。Buffer 由框架、托盤、電機、氣動阻擋單元以及閥島控制單元組成（圖8）。從整體的使用場景區(qū)分，可以分為空中Buffer 以及地面Buffer。

表2 常規(guī)buffer輸送鏈設備參數

圖8 Buffer輸送鏈組成

2.4.1 空中Buffer

空中Buffer 通過鋼結構安裝在線體上方，該種鋼結構通常有2 種形式，一種是借用廠房吊點的懸掛式鋼結構（圖9），一種則是通過在地面增加立柱支撐的鋼結構（圖10），由鋼結構和Buffer 組成一套完整的定位系統(tǒng)。空中Buffer 由于Buffer 安裝在空中，不影響線間物流，所以常用于線間的緩存，緩存的具體數量需要經過物流仿真的測算，以滿足線體開動率。

圖9 懸掛式鋼結構+Buffer

圖10 地面立柱鋼結構+Buffer

2.4.2 地面Buffer

常見的地面Buffer 分為2 種，一種為平Buffer（圖11），一種為立式回轉Buffer（圖12）。平Buffer常用在線體內存儲，在地面有空間的情況下，相比于空中Buffer 更有利于車間工人維修。立式回轉Buffer 常用在焊裝線的人員上件工位，由于Buffer兩側都可以進行上件工作，可以起到最大化上件數量，降低人員負荷的效果。

圖11 平Buffer

圖12 立式回轉Buffer

Buffer 輸送定位方案的優(yōu)點如下：

a.可以在Buffer 上建立大量緩存，利于線體的拉動式生產以及上件工位人員負荷的降低。

b.適用于前地板邊板、前后縱梁、中通道以及各類小型零件的輸送，適用范圍非常廣泛?？梢愿鶕煌牧慵O計對應的工裝托盤。

2.5 空中往復傳輸機構

空中往復傳輸機構（Shuttle）（圖13）用于線間零件傳輸，與Buffer 的輸送范圍大體相同。區(qū)別在于Buffer 輸送速度較慢，但可以在Buffer 上建立起零件的緩存，Shuttle 輸送速度非常快，可以在一個節(jié)拍內進行一個零件的快速往返，空中Shuttle 常規(guī)參數如表3 所示。

表3 空中往復Shuttle參數

圖13 空中往復shuttle

該種輸送形式優(yōu)點在于輸送速度極快，可以在一個節(jié)拍內實現(xiàn)2 個線體內的零件輸送。

該種輸送形式缺點在于無法在線間形成緩存，只能傳輸一個零件。

2.6 自動導引小車輸送

自動導引小車(Automated Guided Vehicle，AGV)是近些年在國內普遍應用的一種輸送形式。相比于其他傳統(tǒng)輸送形式，AGV靈活性、機動性最高，在焊裝生產線應用前景最廣。AGV 常用的導航方式一般分為磁條導航和色帶導航，可以使AGV根據提前預設好的路徑實現(xiàn)自動搬運。國內AGV 可以達到的設備精度參數如表4 所示。根據參數可以看出，AGV 本身的定位精度并不高，故而需要其他輔助定位以保障最終的到位精度，按照目前生產線普遍使用規(guī)律，AGV一般與機器人視覺配合使用。

表4 AGV精度參數

從移載方式上區(qū)分，AGV 主要分為承載式（圖14）和牽引式（圖15）。接下來將根據這種AGV 的不同形式介紹不同的定位及應用方案。

圖14 承載式AGV

圖15 牽引式AGV

2.6.1 承載式AGV

承載式AGV 主要依托于AGV 上的承載托盤，通過托舉零件或器具的形式，實現(xiàn)物件的輸送和轉移。承載式AGV 為保證最終的定位精度，普遍使用帶有升降模式的AGV 小車，在AGV 和器具之前通過定位銷和定位孔相配合，以保證器具在轉運過程中的穩(wěn)定性（圖16）。在器具到位位置，采用4 個定位立柱，通過定位導向固定器具，以保證最終機器人的抓件精度（圖17）。

圖16 承載式AGV轉運過程中

圖17 保證承載式AGV定位精度的導向立柱

2.6.2 牽引式AGV

牽引式AGV 采用拖拽牽引動力，用以拉動器具進行行走。牽引式AGV 頂端有一個牽引銷，通過牽引銷和器具的配合，拉動器具準確進入到精定位料口中，因此牽引式的AGV 器具一般都有輪子，用于配合AGV 的拉動作業(yè)。在最終的精定位料口中，會有兩側的粗導向對料車進行進入料口的導向，并在到位位置設置有定位氣缸，對料車器具進行最終的定位精度保證（圖18）。圖19 為牽引式AGV 工作時的畫面。

圖18 牽引式AGV定位配合

圖19 牽引式AGV工作

3 結束語

自動化輸送設備保證了焊裝生產線的無人化，降低了車間工人的轉運強度，提高了生產線的自動化程度。隨著各類自動化輸送設備的發(fā)展，各類高速，柔性化的輸送形式將繼續(xù)在汽車焊裝生產線中發(fā)揮越來越大的作用。