CN109605248A - 一种白车身柔性检测固持平台 - Google Patents

一种白车身柔性检测固持平台 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种白车身柔性检测固持平台,用于解决现有技术中需要频繁的更换架台,效率低、投入成本高、占地大、灵活性差的技术问题,包括:安装架台、四组标定组件、行走轴、多组机器人组件和电气逻辑控制系统,所述电气逻辑控制系统包括控制柜、触摸屏和控制软件。实施本发明的技术方案,行走轴可以安装在安装基准面上的不同位置,机器人使用六方向机械臂,机械臂端点与执行夹具可拆卸连接,可实现灵活选择固持方式,并提高固持平台的兼容性,无需更换架台即可适用不同白车身,降低成本投入;多条行走轴形成的矩形宽度与安装基准面宽度相同,标定组件形成的矩形与安装基准面矩形相符合,提高固持平台空间利用率。

Description

一种白车身柔性检测固持平台
技术领域
本发明涉及白车身固持装置领域,特别涉及一种白车身柔性检测固持平台。
背景技术
在汽车生产行业,车身的加工由众多钣金件经过冲压和焊接后形成。钣金件经过冲压工序之后,在焊接工序之前,需经检测确认其几何精度。现有技术中,检测冲压件的方法主要包括:三坐标测量机和3D激光扫描仪两种。其中,3D激光扫描仪为非接触式测量,可以对零件的完整三维曲面进行采样和分析测量,而三坐标测量机只能对特定的几个点进行采样。无论采取哪一种测量方式,都需要首先将工件很好地固定在带有基准的架台上。由于不同冲压零件具有不同的三维特征,所以固持零件的架台也必须要有不同的几何特征。现有技术的常规做法是为每个车型的每个零件定制专用检测架台,架台上的工装夹具根据零件的三维特征设计制造。该方法的优点是单个架台结构简单,工装夹具刚性好且不容易变形,维修方便。也存在显著的技术缺陷,即工艺过程中需要频繁的更换架台,效率低、投入成本高、占地大、灵活性差。
汽车行业内,亟需一种能够有效解决钣金件检测频繁更换固持架台的技术问题,并有效提高检测效率、自动化程度、生产柔性、灵活性的解决方案。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明中披露了一种白车身柔性检测固持平台,本发明的技术方案是这样实施的:
一种白车身柔性检测固持平台,包括:安装架台、四组标定组件、行走轴、多组机器人组件和电气逻辑控制系统,其中:所述安装架台设置有安装基准面、固定所述标定组件的定位销孔和固定所述行走轴的螺纹孔,所述安装基准面为矩形,所述定位销孔设置于所述安装基准面的四个角的区域内;所述标定组件包括支撑立柱与靶球,所述支撑立柱固定于所述定位销孔内,所述靶球安装于所述支撑立柱顶端;所述行走轴上设有安装孔,通过螺栓与所述安装架台的所述螺纹孔固定于所述安装基准面上;所述机器人组件设置为可沿所述行走轴进行滑动,所述机器人组件包括多自由度机械臂及执行夹具;所述电气逻辑控制系统连接至所述行走轴,控制所述机器人组件在所述行走轴上的位置;所述电气逻辑控制系统连接至所述多自由度机械臂,控制所述多自由度机械臂的动作;所述电气逻辑控制系统连接至所述执行夹具,控制所述执行夹具的开关工作状态。
优选地,所述行走轴为双联驱动直线轴,包括两个直线驱动器,所述直线驱动器由伺服电机驱动;每个所述行走轴上设置有两个所述机器人组件;所述直线驱动器分别驱动一个机器人组件。
优选地,所述直线驱动器设置为彼此独立控制。
优选地,所述执行夹具包括安装法兰和磁力吸盘,所述安装法兰设置有多个定位孔,将所述磁力吸盘固定于所述多自由度机械臂上。
优选地,所述磁力吸盘为永磁吸盘,通过压缩空气控制。
优选地,所述磁力吸盘为电磁吸盘,所述电磁吸盘连接直流电源。
优选地,其特征在于,所述电气逻辑控制系统包括控制柜、触摸屏和控制软件。
优选地,所述控制柜通过PROFINET工业总线与所述行走轴和所述机器人组件进行连接通讯。
优选地,所述行走轴在所述安装基准面上平行排布,间距相等。
优选地,所述行走轴的数量设置为6个,所述机器人组件的数量设置为12个。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中工艺过程中需要频繁的更换架台,效率低、投入成本高、占地大、灵活性差的技术问题;实施本发明的技术方案,行走轴可以安装在安装基准面上的不同位置,机器人使用六方向机械臂,机械臂端点与执行夹具可拆卸连接,可实现灵活选择固持方式,并提高固持平台的兼容性,无需更换架台即可适用不同白车身,降低成本投入;多条行走轴形成的矩形宽度与安装基准面宽度相同,标定组件形成的矩形与安装基准面矩形相符合,提高固持平台空间利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种具体实施方式的固持平台结构示意图;
图2为本发明的一种具体实施方式的标定组件结构示意图;
图3为本发明的一种具体实施方式的机器人结构示意图;
图4为本发明的一种具体实施方式的气动吸盘结构示意图;
图5为本发明的一种具体实施方式的永磁吸盘结构示意图。
在上述附图中,各图号标记分别表示:
1-安装架台;2-标定组件;3-行走轴;4-安装基准面;5-支撑立柱;6-靶球;7-机械臂;8-执行夹具;9-安装法兰;10-磁力吸盘。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的一种具体实施方式中,一种白车身柔性检测固持平台,如图1、图2、图3、图4和图5所示,包括:安装架台1、四组标定组件2、行走轴3、多组机器人组件和电气逻辑控制系统,其中:安装架台1设置有安装基准面4、固定标定组件2的定位销孔和固定行走轴3的螺纹孔,安装基准面4为矩形,定位销孔设置于安装基准面4的四个角的区域内;标定组件2包括支撑立柱5与靶球6,支撑立柱5固定于定位销孔内,靶球6安装于支撑立柱5顶端;行走轴3上设有安装孔,通过螺栓与安装架台1的螺纹孔固定于安装基准面4上;机器人组件设置为可沿行走轴3进行滑动,机器人组件包括多自由度机械臂7及执行夹具8;电气逻辑控制系统连接至行走轴3,控制机器人组件在行走轴3上的位置;电气逻辑控制系统连接至多自由度机械臂7,控制多自由度机械臂7的动作;电气逻辑控制系统连接至执行夹具8,控制执行夹具8的开关工作状态。
在该具体实施方式中,安装架台1使用钢结构主体,由安装架台1的各部件焊接连接后,机加工制造而成,具有较高的刚性和强度,可以承受较大压力并且不易发生形变,提高检测过程中白车身固持的稳定性。安装基准面4同样使用钢结构,以确保较高的强度和刚性。检测过程中,白车身被夹具夹持固定后,若发生倾斜,会使白车身几何精度检测结果产生较大误差,形成汽车的安全隐患。因此安装基准面4表面的平整度有较高要求,平面度的跳动需要控制在每米0.1毫米以下,以提高定位的准确性。白车身长度一般大于宽度,因此安装基准面4可以设置成矩形,符合白车身的形状,提高空间利用率。
标定组件2通过定位销孔可拆卸地安装在安装基准面4的四个角区域内,四个标定组件2形成矩形,长和宽与矩形安装基准面4的长和宽重合,最大化定位组件的检测区域,提高安装基准面4的空间利用效率。定位组件可拆卸,更换不同型号的定位组件,可以用于不同规格白车身的检测,提高固持平台的兼容性。靶球6圆度要求较高,与支撑立柱5顶端过渡配合,使用频率较低的靶球6与支撑立柱5顶端可以间隙配合,方便拆卸,同一个支撑立柱5可以配套多种不同规格的靶球6,降低成本。使用较多的靶球6与支撑立柱5顶端可以过盈配合,有效固定靶球6位置,提高定位的准确度。
安装基准面4上设置多组用以固定行走轴3的螺纹孔,每组螺纹孔可以线性排列,螺纹孔的数量与间距和行走轴3上的安装孔相配合,也可以作冗余设置,以备安装不同的行走轴3和机器人,提高固持平台的兼容性。一条行走轴3需要使用两组以上螺纹孔,各组螺纹孔呈平行排列。安装基准面4上预留通孔,用作行走轴3以及机器人控制器的走线通道。行走轴3与安装基准面4使用多个螺栓固定,螺纹孔径与螺栓的直径根据机器人重量以及固持平台夹持的白车身重量选择,机器人以及白车身重量较大则设置较大的螺纹孔径与螺栓直径,机器人以及白车身重量较小则设置较小的螺纹孔径与螺栓直径。
根据白车身的规格及形状,安装基准面4上可以设置不同数量、长度、朝向的行走轴3。机器人总重量不超过30kg,以免安装基准面4受力变形,同时减小行走轴3的负担,延长行走轴3的寿命。机器人可以采用六自由度机械臂7,以将执行夹具8朝向不同方向,通过程序控制,自动调整机器人姿态和工作端位置,机械臂7的工作半径不小于700mm,以适应不同规格、形状的白车身,并且执行夹具8可以灵活地在白车身的不同位置进行固持,因此控制程序可以优化固持算法,选择使用执行夹具8少、各执行夹具8负载轻的最优固持方案,提高固持平台整体夹持效率,延长执行夹具8的寿命。机器人机械臂7的端部设有安装孔,用以安装执行夹具8,执行夹具8负载不小于7kg,使固持平台适用生产中常用的大部分白车身。同时,固持平台还可以起到传递白车身的作用。生产中,协同行走轴3、机器人机械臂7的移动以及多个夹具的开关,用户可以使用固持平台将白车身从固持平台的一侧外传递进入固持平台检测区,检测结束后,可以使用固持平台将白车身传递至另一侧,实现了白车身在开始检测前和完成检测后的输送,实现了输送和检测的一体化。
使用过程中,用户模拟出待固定车身零件的夹持高度、各夹具的空间位置、角度等信息。其后在基准面上安装行走轴3以及机器人。首先控制行走轴3,使机器人行走至目标位置,其后调整各机器人的机械臂7的角度,使用多个执行夹具8固持住车身零件。固持稳定后,协同控制行走轴3、机器人机械臂7,将白车身移动到目标检测位置。检测完成后,用户操作固持平台将白车身传递至传出位置,外部传递装置固定白车身后,机器人关闭执行夹具8,避免损坏白车身。检测过程中,固持平台关闭闲置的行走轴3、机器人机械臂7以及执行夹具8,减少电能浪费。固持平台的操作也可以全程自动化控制。
在一种优选的实施方式中,如图1和图3所示,行走轴3为双联驱动直线轴,包括两个直线驱动器,直线驱动器由伺服电机驱动;每个行走轴3上设置有两个机器人组件,每个直线驱动器分别驱动一个机器人组件。
在一种优选的实施方式中,如图1和图3所示,直线驱动器设置为彼此独立控制。
每条行走轴3可以设置两台串联的机器人以及两个独立控制的直线驱动器,每个直线驱动器由单独的伺服电机驱动,实现机器人移动距离、速度的精准控制,同时实现一条行走轴3上的两台机器人独立直线运行,互不干扰,提高机器人移动的灵活性,以适应不同规格的白车身,提高固持平台兼容性。若使用两条长度为原行走轴3一半长度的短行走轴3代替原行走轴3,并将两台机器人分别放置在不同短行走轴3上,每台机器人能够移动的范围减少了接近一半。因此将两台机器人安装在一条行走轴3上,可以大大增加每台机器人的移动范围,提高固持平台整体的灵活度以及兼容性。
在一种优选的实施方式中,如图1、图3、图4和图5所示,执行夹具8包括安装法兰9和磁力吸盘10,安装法兰9设置有多个定位孔,将磁力吸盘10固定于多自由度机械臂7上。机械臂7端部与安装法兰9可以通过多个螺栓固定,给执行夹具8提供足够支撑力。选择不同定位孔安装执行夹具8,可以改变执行夹具8的角度、位置,以适应不同的白车身,提高固持平台的兼容性,并且可选择最优的固持方案,减少损耗并提高固持平台的夹持效率。执行夹具8与机械臂7可拆卸式连接,便于更换,可以根据夹持零件的重量、形状等选择外形不同或具有不同吸附力的执行机构,提高固持平台兼容性。磁力吸盘10至少提供200N的吸力,吸盘表面具有高平整度,以确保工作过程中,磁力吸盘10能够与白车身表面紧贴,在检测过程中对白车身起到固持和支撑的双重作用。
在一种优选的实施方式中,如图1和图4所示,磁力吸盘10为永磁吸盘,通过压缩空气控制。永磁吸盘中使用永磁体提供吸力,永磁体后连接活塞,活塞与压缩空气控制的气缸相连接。操作过程中,首先移动机器人位置,调整机器人机械臂7的角度,使吸盘紧贴在白车身的预定固持点,其后减少气缸内的压缩空气,使永磁体靠近白车身表面,通过永磁体吸附白车身。检测结束后,增加气缸内压缩空气的体积与压强,通过气缸,将永磁体与白车身表面分离。气动永磁吸盘结构简单,操作简单,不易损坏,使用少量压缩空气即可完成对永磁体的控制,成本较低。
在一种优选的实施方式中,如图1和图5所示,磁力吸盘10为电磁吸盘,电磁吸盘连接直流电源。电磁吸盘内部设置线圈,线圈通电产生磁力,断路线圈则磁力消除。磁力吸盘10使用永磁体时,磁力过大的永磁体可能造成白车身表面的损坏,磁力过小的永磁体可能无法提供足够磁力,无法固持重量过大的白车身。电磁吸盘可以使用24V直流电控制,操作过程中,控制系统根据白车身的规格、形状和重量等参数改变各电磁吸盘接入电流的线圈数,即可灵活控制电磁吸盘提供的磁力,电磁吸盘可以提供足够的磁力用以支撑和固持白车身,同时优化固持平台整体能耗,降低成本,同时提高固持平台对不同白车身的兼容性。
在一种优选的实施方式中,如图1和图3所示,电气逻辑控制系统包括控制柜、触摸屏和控制软件。控制软件用以控制固持平台移动和固持白车身过程中的行走轴3轨迹、机器人机械臂7姿态和工作端位置、执行夹具8的开关、角度、吸盘的吸力等数据。用户需要提前向控制软件输入控制信息,操作过程中,可以通过触摸屏选择白车身类型,固持的方式等数据,选择结束后,控制软件自动控制固持平台进行白车身的固持和检测,用户也可以通过触摸屏输入停机指令。
在一种优选的实施方式中,如图1和图3所示,控制柜通过PROFINET工业总线与行走轴3和机器人组件进行连接通讯。在该具体实施方式中,电气逻辑控制拓扑结构为树形拓扑结构,最上层为控制柜中的可编程逻辑控制器,即PLC模块作为总控中枢。拓扑结构中,总控中枢以下连接多个节点,每个节点对应一个机器人,每个机器人控制与支撑该机器人的行走轴3和该机器人上的执行夹具8。机器人通过第七轴系统控制行走轴3,通过IO通讯控制执行夹具8。控制软件单独控制每个机器人,大大提高机器人灵活度,提高固持平台兼容性。
在一种优选的实施方式中,如图1和图3所示,行走轴3在安装基准面4上平行排布,间距相等。
在一种优选的实施方式中,如图1和图3所示,行走轴3的数量设置为6个,机器人组件的数量设置为12个。
在该具体实施方式中,安装基准面上安装6个行走轴3,各行走轴3之间平行设置,并与安装基准面较长的一边平行,6条行走轴3均匀分布在安装基准面上,相平行的行走轴3间距离相同,各行走轴3端点与安装基准面的两端齐平,6条行走轴3形成矩形,矩形的宽与安装基准面4的宽相同,可以有效提高安装基准面4上的空间利用率。
需要指出的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,包括:
安装架台、四组标定组件、行走轴、多组机器人组件和电气逻辑控制系统,其中:
所述安装架台设置有安装基准面、固定所述标定组件的定位销孔和固定所述行走轴的螺纹孔,所述安装基准面为矩形,所述定位销孔设置于所述安装基准面的四个角的区域内;
所述标定组件包括支撑立柱与靶球,所述支撑立柱固定于所述定位销孔内,所述靶球安装于所述支撑立柱顶端;
所述行走轴上设有安装孔,通过螺栓与所述安装架台的所述螺纹孔固定于所述安装基准面上;
所述机器人组件设置为可沿所述行走轴进行滑动,所述机器人组件包括多自由度机械臂及执行夹具;
所述电气逻辑控制系统连接至所述行走轴,控制所述机器人组件在所述行走轴上的位置;所述电气逻辑控制系统连接至所述多自由度机械臂,控制所述多自由度机械臂的动作;所述电气逻辑控制系统连接至所述执行夹具,控制所述执行夹具的开关工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述行走轴为双联驱动直线轴,包括两个直线驱动器,所述直线驱动器由伺服电机驱动;每个所述行走轴上设置有两个所述机器人组件;所述直线驱动器分别驱动一个机器人组件。
3.根据权利要求2所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述直线驱动器设置为彼此独立控制。
4.根据权利要求3所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述执行夹具包括安装法兰和磁力吸盘,所述安装法兰设置有多个定位孔,将所述磁力吸盘固定于所述多自由度机械臂上。
5.根据权利要求4所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述磁力吸盘为永磁吸盘,通过压缩空气控制。
6.根据权利要求4所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述磁力吸盘为电磁吸盘,所述电磁吸盘连接直流电源。
7.根据权利要求5或6中任一所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述电气逻辑控制系统包括控制柜、触摸屏和控制软件。
8.根据权利要求7所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述控制柜通过PROFINET工业总线与所述行走轴和所述机器人组件进行连接通讯。
9.根据权利要求8所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述行走轴在所述安装基准面上平行排布,间距相等。
10.根据权利要求9所述的一种白车身柔性检测固持平台,其特征在于,所述行走轴的数量设置为6个,所述机器人组件的数量设置为12个。
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