CN102836926A - 机器人智能滚边压合系统及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人智能滚边压合系统及工艺方法，包括六自由度并联式机器人，滚压机构、回转工作台、压合底模及自控设备、安全设备。滚压机构由法兰盘、连接杆、滚头安装块及安装于安装块上的平滚轮、直滚轮、阶梯轮组成。主体的连接关系为：六自由度并联式机器人通过法兰盘联接并驱动滚压机构使滚子沿包边方向移动，回转工作台上放置工件，回转工作台的转动使工件另一边成为待包边。本发明具有高精度的优点；直接保证了包边成形质量好，精度高，工作台的可控性使得工作台对形状各异的工件具有更大的灵活性；避免了多次装夹引入的设置误差，缩短加工时间，从而提高包边效率和包边质量。

Description

机器人智能滚边压合系统及工艺方法

技术领域

本发明涉及汽车制造领域，特别涉及汽车制造业中的一种机器人智能滚边压合系统及工艺方法。

背景技术

目前，汽车车身门盖内外板的连接通常使用包边工艺。使用传统的模具和压机进行冲压包边时，由于外板的包边轮廓要根据车身外形的变化而变化，沿整个轮廓包边的角度也不同，包边过渡急剧的区域和包边角度过大的区域，包边都会非常困难。同时，传统的冲压包边模具占地多，成本高，柔性差，为缩短汽车开发周期，提高产品竞争力，新型内外板连接技术和机器人滚边技术逐渐应用于车身生产中。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种克服上述已有技术不足之处的机器人智能滚边压合系统及工艺方法，以便于缩短汽车产品开发周期，降低开发成本。

本发明第一方面提供一种机器人智能滚边压合系统，包括六自由度并联式机器人、滚压机构、回转工作台、压合底模、自控设备及安全围栏，所述机器人两侧放置旋转台，所述安全围栏外周分别布置机器人控制柜、电气控制柜、气动三联件及操作台，所述安全围栏内周布置有激光扫描仪，其中：

所述六自由度并联式机器人具有六个伺服轴，其包括机器人本体、机器人动力电缆、信号电缆、机器人控制柜、示教器及板卡；

所述滚压机构包括法兰盘、连接杆、滚轮安装块、平滚轮、直滚轮、阶梯轮、圆柱销、卡环挡圈及轴承，所述直滚轮通过上下卡环固定于所述滚轮安装块中间，所述平滚轮和阶梯轮安装于所述直滚轮两侧，所述安装块通过圆柱销定位连接于所述连接杆上再通过法兰盘与所述机器人连接；

所述回转工作台通过所述机器人伺服控制，利用伺服电机控制旋转，其包括工作台、主体及其衬套紧固件、主轴及其衬套紧固件、大齿轮、小齿轮及调整螺栓，所述机器人端发出数据控制伺服电机旋转量，通过所述主轴和齿轮转换成所述工作台的旋转角度及速度；

所述压合底模包括底模模型、顶升气缸、定位气缸、顶升支架、定位支架及夹合支架，所述底模模型对应其所需压合车板设置，所述底模模型的中部位置安装顶升机构，所述顶升机构与气缸相连，所述气缸固定于所述底模模型上，且所述底模模型通过控制气缸的动作实现定位与夹合等功能。

优选地，电气控制通过总线将机器人的输入输出信号与现场模块信号对应。

优选地，所述激光扫描仪的检测区包括安全区、警报区及危险区。

本发明第二方面提供一种机器人智能滚边压合的工艺方法，包括上述的机器人智能滚边压合系统，且包括以下步骤：

S1：将包边滚头通过法兰盘与机器人连接，将滚轮安装块通过圆柱销与连接杆定位连接，将平滚轮、直滚轮及阶梯轮安装于滚轮安装块上，通过轴承与卡环挡圈将直滚轮固定锁紧；

S2：将电源与气源准备就绪后，按下操作台的双启动按钮启动机器人智能滚边压合系统；

S3：压合底模的顶升气缸顶起，将待压合工件放置于底模模型上，接近开关检测到工件到位信号，顶升气缸下降，然后定位气缸将工件前后左右推到位后，关闭定位气缸，定位支架圆柱插入工件的预留孔内进行定位，随后所有气缸关闭，将工件固定；

S4：机器人判断信号到位后对工件进行滚压，滚压过程中，气缸按顺序依次打开关闭；

S5：滚压完成后，所有气缸打开，顶升气缸顶起，确认安全无误后进行换件进行下一轮滚边压合。

进一步地，步骤S4的滚压过程中，平滚轮贴合模具用于将工件折合成预设角度，阶梯轮贴合模具用于将工件折合呈预设形状，直滚轮贴合模具用于将工件最终压合成型。

本发明提供的所述机器人智能滚边压合系统及工艺方法，其通过机器人与滚压机构实现工件的滚边压合具有高精度的优点，工作台的可控性使得系统对形状各异的工件具有更大的灵活性，并可避免多次装夹引入的设置误差，缩短加工时间，从而提高包边效率及包边质量，采用激光扫描仪的区域划分检测，与机器人的工作区域设定功能相互配合，在保证安全的情况下高效的完成压料板的更换工作，电气控制方面通过总线方式，将机器人输入输出信号与现场模块信号对应起来，更换压合底模也只需适量增减现场模块即可，使得工艺方法应用范围广，柔性高，工艺效果好，工作节拍短，适应整个汽车行业发展潮流，操作简单，安全可靠。

附图说明

图1为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统的正视图；

图2为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统的俯视图；

图3为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统中滚压机构的正视图；

图4为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统中滚压机构的剖视图；

图5为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统中回转工作台示意图；

图6为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统中激光扫描仪工作范围示意图；

图7为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统中车身前盖板底模示意图；

图8为本发明提出的一种机器人智能滚边压合系统中翼子板底模示意图；

图9为本发明提出的一种机器人智能滚边压合工艺方法的流程示意图。

图中：1-机器人；2-包边滚头；3-翼子板底模；4-前盖板底模；5-组合底座；6-回转转工作台；7-安全围栏；8-机器人控制柜；9-气动三联件；10-操作台；11-入口激光检测区；12-激光扫描仪；13-电磁阀组；201-连接法兰盘；202-连接杆；203-滚轮安装块；204-平滚轮；205-直滚轮；206-阶梯轮；207-圆柱销；208-卡环挡圈I；209-轴承I；210-轴承II；211-卡环挡圈II；V1-V19分别为车身前盖板底模上的顶升气缸及定位气缸；V31-V45为翼子板底模的顶升气缸及定位气缸；601-工作台；602-主体及其衬套紧固件；603-主轴及其衬套紧固件；604-齿轮及衬套件；605-调整螺栓。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：

请参照图1及图2，本发明提供一种机器人智能滚边压合系统，包括六自由度并联式机器人1、滚压机构、回转工作台6、压合底模、自控设备及安全围栏7，所述机器人1两侧放置旋转台，所述安全围栏7外周分别布置机器人控制柜8、电气控制柜、气动三联件9及操作台10，所述安全围栏7内周布置有激光扫描仪12，其中：

所述六自由度并联式机器人具有六个伺服轴，其包括机器人本体、机器人动力电缆、信号电缆、机器人控制柜8、示教器及板卡；

请参照图3及图4，所述滚压机构包括法兰盘201、连接杆202、滚轮安装块203、平滚轮204、直滚轮205、阶梯轮206、圆柱销207、卡环挡圈I208、轴承I209、轴承II210及卡环挡圈II211，所述直滚轮205通过上下卡环固定于所述滚轮安装块203中间，所述平滚轮204和阶梯轮206安装于所述直滚轮205两侧，所述安装块203通过圆柱销207定位连接于所述连接杆202上再通过法兰盘201与所述机器人1连接；

请参照图5，所述回转工作台6通过所述机器人1伺服控制，利用伺服电机控制旋转，其包括工作台601、主体及其衬套紧固件602、主轴及其衬套紧固件603、大小齿轮及其衬套件604及调整螺栓605，所述机器人1端发出数据控制伺服电机旋转量，通过所述主轴603和齿轮604转换成所述工作台601的旋转角度及速度；

请参照图6，所述激光扫描仪的检测区11包括安全区、警报区及危险区。

请参照图1、图2、图7及图8，本实施例中所述压合底模具体包括翼子板底模3与前盖板底模4，所述翼子板底模包括底模模型、顶升气缸及定位气缸V31-V45、顶升支架、定位支架及夹合支架，所述底模模型对应其所需压合车板设置，所述底模模型的中部位置安装顶升机构，所述顶升机构与气缸相连，所述气缸固定于所述底模模型上，且所述底模模型通过控制气缸的动作实现定位与夹合等功能，所述前盖板底模4亦包括所述翼子板底模的结构，其顶升气缸及定位气缸为V1-V19。

电气控制通过总线将机器人1的输入输出信号与现场模块信号对应。

请参照图1至图9，机器人1位于组合底座5上的中间位置，用螺栓连接，底座两边装有两个回转工作台6，回转工作台6的平台601上放置前盖板底模4和翼子板底模3各一套，回转工作台6即为回转平台结构形式的变位机。工作台601位于主体的正上方，主体602主要由伺服电机及外部齿轮连接机构组成，通过主轴603将电机的旋转量转移到齿轮604及其衬套件上，从而使工作台601进行旋转。调整螺栓机构605通过调整可以改变主轴衬套调整垫圈及齿轮的初始位置状态，从而调整轴心的准确性。机器人1通过添加外部伺服控制器的方法控制转台的旋转与机器人1配合工作。

包边滚头2通过连接法兰盘201与机器人1相连接，滚轮安装块203通过圆柱销207与紧固于法兰盘上的连接杆202定位连接，平滚轮204、直滚轮205和阶梯轮206安装在滚轮安装块203上，其中直滚轮205穿过两个轴承209和210，用卡环挡圈I208和卡环挡圈II211双卡环形式进行固定锁紧。

电源和气源准备就绪之后，按下操作台10的双启动按钮之后，系统开始运行。

首先，前盖板底模V16、V17顶升气缸顶起，工件放在前盖板底模4上后，两个接近检测开关检测到车板到位信号，V16、V17顶升气缸顶起下降，然后由V3两个对称到位气缸将车板前后左右推到位，再关闭V18、V19定位气缸，定位支架圆柱插入车板预留孔内进行定位，随后V1、V2A、V2B、V4、V5、V6、V7、V9A、V9B、V10、V11、V12、V13、V14、V15所有气缸关闭，将车板固定死。

机器人此时通过判断各信号之后开始转向前盖板侧进行工作，请参照图9，前盖板压合工艺步骤如下：

（1）预压C-D边，用平轮贴着模具从C-D滚，与模具距离为0mm，滚轮的一侧沿着模具走，把外边从110度折到90度；

（2）用平轮沿着模具从F-A边，滚轮贴着模具走，与模具间距为0mm，从90度边折到60度角；

（3）用平轮沿着模具从A-F边，滚轮距离模具间距为1mm，角度为30度，从60度边折到30度角；

（4）用平轮沿着模具从F-A边，滚轮距离模具间距为4.5mm，角度为0度，从30度边折到0度角；

（5）用阶梯轮沿着模具从A-F边，滚轮距离模具间距为1mm，角度为0度，使A-F边滚出水滴形状；

（6）用平轮沿着模具从F-E-D-C-B-A边，滚轮贴着模具走，与模具间距为0mm，从90度边折到60度角；

（7）用平轮沿着模具从A-B-C-D-E-F边，滚轮贴着模具走，与模具间距为1mm，从60度边折到30度角；

（8）用平轮沿着模具从F-E-D-C-B-A边，滚轮贴着模具走，和模具间距为0mm，从30度边折到0度角；

（9）用直轮沿着模具从A-B-C-D-E-F边，滚轮贴着模具走，滚轮距离模具间距为板厚加上0.2mm的胶厚。

其中，平滚轮贴合模具用于将工件折合成预设角度，阶梯轮贴合模具用于将工件折合呈预设形状，直滚轮贴合模具用于将工件最终压合成型。

所述机器人1滚压过程中，气缸按顺序依次打开关闭。例如机器人从V11至V15过程中，首先V11打开，当机器人滚压头运行到V11和V12之间不干涉V11动作时，V11关闭，V12准备打开，过了V12之后V12关闭，V13准备打开，依次运行下去。压合完成之后，所有气缸打开，V16、V17顶升，确定安全无误后进行换件。

翼子板压合过程：顶升气缸V38A、V38B先上升，放下工件后下降，V31A、V31B进行推到位，随后V39A、V39B两气缸压合定位，四周其余气缸V40、V41、V42、V43、V44、V45、V36、V35、V34、V33、V32同时关闭到位，将车板固定。然后按照滚边工艺要求进行控制气缸打开关闭动作。其他板的压合过程大致也和上述前盖板压合过程一致，本文在此不再赘述。

位于两侧的操作台10上有启动、停止、报警、急停等操作按钮及显示灯，如工作需要停止，直接按下停止按钮，继续工作则复位再启动即可。遇紧急故障控制柜急停按钮、机器人急停按钮和两操作台急停都可使系统立刻停止，解除故障后消除故障报警，复位再启动即可。通过激光扫描仪12扫描范围判断，将机器人工作范围锁定，从而保证操作过程中的人身安全。

根据仿真时间数据和现场测试时间来看，机器人滚压前盖板的时间为2分钟左右，翼子板侧位1分钟左右，而人员换件时间一般为1分钟，前盖板比较大，在疲劳情况下需1.5分钟左右。这样从很大程度上提高了生产效率，为整车的生产速度的提升奠定了良好的基础。

本发明提供的所述机器人智能滚边压合系统及工艺方法，其通过机器人与滚压机构实现工件的滚边压合具有高精度的优点，工作台的可控性使得系统对形状各异的工件具有更大的灵活性，并可避免多次装夹引入的设置误差，缩短加工时间，从而提高包边效率及包边质量，采用激光扫描仪的区域划分检测，与机器人的工作区域设定功能相互配合，在保证安全的情况下高效的完成压料板的更换工作，电气控制方面通过总线方式，将机器人输入输出信号与现场模块信号对应起来，更换压合底模也只需适量增减现场模块即可，使得工艺方法应用范围广，柔性高，工艺效果好，工作节拍短，适应整个汽车行业发展潮流，操作简单，安全可靠。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种机器人智能滚边压合系统，其特征在于，包括六自由度并联式机器人、滚压机构、回转工作台、压合底模、自控设备及安全围栏，所述机器人两侧放置旋转台，所述安全围栏外周分别布置机器人控制柜、电气控制柜、气动三联件及操作台，所述安全围栏内周布置有激光扫描仪，其中：

所述六自由度并联式机器人具有六个伺服轴，其包括机器人本体、机器人动力电缆、信号电缆、机器人控制柜、示教器及板卡；

所述滚压机构包括法兰盘、连接杆、滚轮安装块、平滚轮、直滚轮、阶梯轮、圆柱销、卡环挡圈及轴承，所述直滚轮通过上下卡环固定于所述滚轮安装块中间，所述平滚轮和阶梯轮安装于所述直滚轮两侧，所述安装块通过圆柱销定位连接于所述连接杆上再通过法兰盘与所述机器人连接；

所述回转工作台通过所述机器人伺服控制，利用伺服电机控制旋转，其包括工作台、主体及其衬套紧固件、主轴及其衬套紧固件、大齿轮、小齿轮及调整螺栓，所述机器人端发出数据控制伺服电机旋转量，通过所述主轴和齿轮转换成所述工作台的旋转角度及速度；

所述压合底模包括底模模型、顶升气缸、定位气缸、顶升支架、定位支架及夹合支架，所述底模模型对应其所需压合车板设置，所述底模模型的中部位置安装顶升机构，所述顶升机构与气缸相连，所述气缸固定于所述底模模型上，且所述底模模型通过控制气缸的动作实现定位与夹合等功能。

2.根据权利要求1所述的机器人智能滚边压合系统，其特征在于，电气控制通过总线将机器人的输入输出信号与现场模块信号对应。

3.根据权利要求1所述的机器人智能滚边压合系统，其特征在于，所述激光扫描仪的检测区包括安全区、警报区及危险区。

4.一种机器人智能滚边压合的工艺方法，包括权利要求1所述的机器人智能滚边压合系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将包边滚头通过法兰盘与机器人连接，将滚轮安装块通过圆柱销与连接杆定位连接，将平滚轮、直滚轮及阶梯轮安装于滚轮安装块上，通过轴承与卡环挡圈将直滚轮固定锁紧；

S2：将电源与气源准备就绪后，按下操作台的双启动按钮启动机器人智能滚边压合系统；

S3：压合底模的顶升气缸顶起，将待压合工件放置于底模模型上，接近开关检测到工件到位信号，顶升气缸下降，然后定位气缸将工件前后左右推到位后，关闭定位气缸，定位支架圆柱插入工件的预留孔内进行定位，随后所有气缸关闭，将工件固定；

S4：机器人判断信号到位后对工件进行滚压，滚压过程中，气缸按顺序依次打开关闭；

S5：滚压完成后，所有气缸打开，顶升气缸顶起，确认安全无误后进行换件进行下一轮滚边压合。

5.根据权利要求4所述的机器人智能滚边压合的工艺方法，其特征在于，步骤S4的滚压过程中，平滚轮贴合模具用于将工件折合成预设角度，阶梯轮贴合模具用于将工件折合呈预设形状，直滚轮贴合模具用于将工件最终压合成型。

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