CN115320749A - 一种前端模块高精度对中的装配系统及装配方法 - Google Patents

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王涛
董玮
丛立国
马建
高元芳
张云潇
吴迪
马佳军
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Abstract

本发明提出了一种前端模块高精度对中的装配系统及装配方法，所述装配系统包括定位夹具系统和智能数据分析系统；定位夹具系统包括前端模块和车身定位模块；前端模块的左右夹爪同步向中点基准收缩夹紧，实现前端模块总成在夹具系统中保持相对居中，然后将车身定位模块与左右翼子板定位孔进行定位，实现定位夹具系统相对车身翼子板定位基准的居中；智能数据分析系统位于前端模块上，用于将检测采集的数据进行处理，并计算出实际对中精度是否满足整体装配系统对中精度要求；本发明将前端部分模块化，以定位安装的形式实现整体上线，可有效保证装配的一致性，保证了整车装配质量；对前端模块精准定位后装配，X/Y/Z三个方向均确保定位准确。

Description

一种前端模块高精度对中的装配系统及装配方法
技术领域
本发明属于汽车装配技术领域，具体地，涉及一种前端模块高精度对中的装配系统及装配方法。
背景技术
汽车前端部位包括前机舱盖、前大灯、翼子板、前保险杠、散热器格栅等重要外观零件，对整车精良性和客户的第一印象极为重要，以上零部件都直接或间接地固定在前端框架上。前端框架的定位精度将直接影响后续零部件的装配位置，可能出现装配困难等问题，甚至造成零件损坏、整车前端部分外观不良，影响整车装配质量。
现行车型的前端部分大多采用单件叠加的形式逐一装配，耗时、费力，且对定位基准—前端框架欠缺X/Y/Z三个方向的精准定位，无法判断零件是否安装到位；导致后续安装前保险杠面罩、前端格栅时如发现定位偏差，将花费大量的时间、人力进行拆装调整，成本很高。
发明内容
本发明为解决高生产节拍、多车型混流生产情况下，提出了一种前端模块高精度对中的装配系统及装配方法，在实现高精度(定位偏差±0.1mm)居中合装的同时，可实现对中精度数据的采集和处理，用于设备状态的监控和精度分析。
本发明通过以下技术方案实现：
一种前端模块高精度对中的装配系统：
所述装配系统包括定位夹具系统和智能数据分析系统；
所述定位夹具系统包括前端模块和车身定位模块；
所述前端模块和车身定位模块采用同一固定中点为基准；
所述前端模块的左右夹爪同步向中点基准收缩夹紧，实现前端模块总成在夹具系统中保持相对居中，然后将车身定位模块与左右翼子板定位孔进行定位，实现定位夹具系统相对车身翼子板定位基准的居中；
所述智能数据分析系统位于前端模块上，用于将检测采集的数据进行处理，并计算出实际对中精度是否满足整体装配系统对中精度要求。
进一步地，
所述定位夹具系统包括夹具本体(1)、Y向定位销气缸(2)、Z向承重托爪(3)、工件Z向主定位销气缸(4)、工件夹紧块(5)；上部X向定位靠块(6)、车身Z向定位销气缸(7)、车身Z向定位销(8)、下部X向定位靠块(9)；对中连杆机构(10)、工件Z向主定位销(11)、定位扶手(12)、操作扶手及面板(13)和Y向定位销(14)；
所述夹具本体(1)承载整个夹具，操作扶手及面板(13)夹取前端模块工件，工件Z向主定位销(11)穿过框架本体，车身Z向定位销(8)穿过前保险杠横梁，车身Z向定位销气缸(7)带动工件夹紧块(5)使前端模块完全被定位夹具系统固定。
进一步地，
操作定位夹具系统进行装配时，定位扶手(12)使夹具靠近车身正前方，沿Y向拉开对对中连杆机构(10)，使翼子板上的Y向定位销(14)插入翼子板主定位孔，完成前端模块Y向定位；
上部X向定位靠块(6)和下部X向定位靠块(9)辅助进行前端模块X向定位，完成前端模块X向定位；
按动合装按钮，使前端模块与车身拼合，此时向下方确认车身Z向定位销(8)穿过纵梁，完成Z向定位；
整个前端模块定位后，使用工具完成装配操作，结束后松开夹具。
进一步地，
定位夹具系统在进行X/Y/Z三个方向的定位时，以定位销辅助定位靠块进行贴合面的定位；
以翼子板定位销作为X/Y方向定位基准，定位销下落，插入翼子板上定位孔：
X向定位，分别以翼子板孔位与上部X向定位靠块(6)辅助垫片进行，下部X向定位靠块(9)以定位面贴紧纵梁端板辅助垫片进行；
Y向定位基准选在翼子板上工艺孔，调整以中间对中连杆机构(10)实现公差范围内Y向相对位置居中；
以纵梁上的车身Z向定位销(8)实现Z向定位，车身Z向定位销(8)定位并作整个前端模块的承重。
进一步地，
所述智能数据分析系统还包括位移传感器，用于对设备的对中结构移动的位移值进行检测，并通过PLC将结果输出。
进一步地，
所述装配系统的材质为轻质铝、尼龙或碳纤维。或其他可保证强度的材质，以实现减重易操作的目的。
一种前端模块高精度对中的装配系统的装配方法：
所述方法具体包括以下步骤：
步骤1，定位夹具系统夹持待装配件后，同步检测前端模块和车身定位模块相对于定位夹具系统居中点的相对位置；
步骤2，检测位移数据并存储到统计表；
步骤3，将位移数据换算为相对于居中点的偏移量；
步骤4，判定居中结果是否满足精度要求，不满足则进行步骤5，满足则进行步骤8；
步骤5，设备提示不合格，将数据存储到统计表；
步骤6，输出不合格点的信息；
步骤7，校准并重新进行步骤1，直至结果满足要求；
步骤8，输出居中结果，并存储到统计表。
进一步地，
所述精度要求为≤0.2mm。
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
本发明有益效果
本发明的夹具系统中除必要的夹紧器、定位销、操作框架之外，主体结构均采用轻质铝材，贴靠块使用尼龙材质，有效降低了工装的整体重量，降低了操作者的操作强度；
本发明将前端部分模块化，尽可能多的集成前端零部件，以定位安装的形式实现整体上线，可有效保证装配的一致性，保证了整车装配质量；对前端模块精准定位后装配，X/Y/Z三个方向均确保定位准确。其中Y向定位采用对中连杆机构，最大程度上弱化了车身的负面影响，一定范围内，翼子板Y向开口波动都可以被消化，实现前端模块的Y向相对居中，使整车外观零件也可以实现Y向相对居中，保证了外观目视化对称效果；
本发明X/Y/Z三个方向的定位选取均比较理想；其中Z向定位选取在纵梁区域，由定位销实现，考虑了前端模块本身自重，结合翼子板较为淡薄，不适合承重；Y向定位选取在翼子板上翻边孔位，使得外观件可实现相对翼子板居中，目视效果较好；X向定位选取在翼子板孔位+纵梁端面，也考虑了车身结构，做了适合的定位基准；
本发明为了直观验证前端模块在车身上的装配精度，可对定位情况进行数据采集，集成式居中检测系统通过在夹具系统夹爪部位增加位移传感器，通过位移传感器检测夹具终端的位置状态，实时检测前端模块在车身上相对位置，将前端模块安装后在车身上状态结果输出，最终测算后得出前端模块装配在车身后居中状态数据；设置检测阈值，超出阈值后设备自动提示，进行设备校准在高精度定位功能基础上，实现了关键参数的数字化采集和过程可追溯；
本发明的装配系统为保证汽车外观件装配的相对位置目视化效果最佳，对前端模块进行精准定位，为外观件装配提供前提条件；同时对装配结果进行分析对比，确保装配的重复稳定性提供有力保障。系统的使用，有效减少外观件装调工时和压力，提高装配效率，避免反复拆装带来的负面影响，有效提高了整车装配质量。
附图说明
图1为本发明设备和现有设备的动作流程对比图；
图2为本发明的装配系统原理图；
图3为本发明中夹具系统示意图；
图4为本发明中夹具系统俯视图；其中1-夹具本体；2-Y向定位销气缸；3-Z向承重托爪；4-工件Z向主定位销气缸；5-工件夹紧块；
6-上部X向定位靠块；7-车身Z向定位销气缸；8-车身Z向定位销；9-下部X向定位靠块；
10-对中连杆机构；11-工件Z向主定位销；12-定位扶手；13-操作扶手及面板；14-Y向定位销
图5为本发明中智能数据分析系统示意图；
图6为本发明夹爪中间误差计算流程图；
图7为本发明设备PLC判断及计算流程。
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做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。
一种前端模块高精度对中的装配系统：
所述装配系统包括定位夹具系统和智能数据分析系统；
所述定位夹具系统包括前端模块和车身定位模块；
所述前端模块和车身定位模块采用同一固定中点为基准，确保各模块运动和检测基准统一；
所述前端模块(黄色部分)的左右夹爪同步向中点基准收缩夹紧，实现前端模块总成在夹具系统中保持相对居中，然后将车身定位模块(绿色部分)与左右翼子板定位孔进行定位，实现定位夹具系统(前端模块可视为与夹具为一体)相对车身翼子板定位基准的居中；
所述智能数据分析系统位于前端模块居中装置上，集成了高精度的智能数据分析系统，可实现无论向左还是向右的居中位移数据，用于将检测采集的数据进行处理，并计算出实际对中精度是否满足整体装配系统对中精度要求。
所述定位夹具系统包括夹具本体(1)、Y向定位销气缸(2)、Z向承重托爪(3)、工件Z向主定位销气缸(4)、工件夹紧块(5)；上部X向定位靠块(6)、车身Z向定位销气缸(7)、车身Z向定位销(8)、下部X向定位靠块(9)；对中连杆机构(10)、工件Z向主定位销(11)、定位扶手(12)、操作扶手及面板(13)和Y向定位销(14)；
全铝材质的所述夹具本体(1)承载整个夹具，操作扶手及面板(13)夹取前端模块工件，工件Z向主定位销(11)穿过框架本体，车身Z向定位销(8)穿过前保险杠横梁，车身Z向定位销气缸(7)带动工件夹紧块(5)使前端模块完全被定位夹具系统固定。
操作定位夹具系统进行装配时，定位扶手(12)使夹具靠近车身正前方，沿Y向拉开对对中连杆机构(10)，使翼子板上的Y向定位销(14)插入翼子板主定位孔，完成前端模块Y向定位；
上部X向定位靠块(6)和下部X向定位靠块(9)辅助进行前端模块X向定位，完成前端模块X向定位；
按动合装按钮，使前端模块与车身拼合，此时向下方确认车身Z向定位销(8)穿过纵梁，完成Z向定位；
整个前端模块定位后，使用工具完成装配操作，结束后松开夹具。
定位夹具系统在进行X/Y/Z三个方向的定位时，以定位销为主要手段，辅助定位靠块进行贴合面的定位；
夹具上部以翼子板定位销作为X/Y方向定位基准，该区域定位组件设置两组气缸对应两种不同车型，切换至任一车型时，定位销下落，插入翼子板上定位孔：
X向定位，分别以翼子板孔位与上部X向定位靠块(6)辅助垫片进行，下部X向定位靠块(9)以定位面贴紧纵梁端板辅助垫片进行；
Y向定位基准选在翼子板上工艺孔，调整以中间对中连杆机构(10)实现，由于车身零部件造成的偏差使Y向定位孔距在公差范围内波动，对中连杆机构(10)可弱化车身影响，实现公差范围内Y向相对位置居中；
夹具下方以纵梁上的车身Z向定位销(8)实现Z向定位，车身Z向定位销(8)定位并作整个前端模块的承重。
取料时，夹具上工件的主定位销插入对应孔位，夹具下方托爪托举工件实现承重，同时由气缸带动的夹紧块动作使夹具紧紧固定工件无相对运动(此时夹具与工件可视作一体)，实现夹具与前端模块的定位；
装配时，主定位销先与车身纵梁孔位穿过实现定位后，先进行上方大灯支架区域的固定，再进行下方纵梁区域的固定，确保工件上部X向定位具有优先权；
要注意的是，由于前端模块重量可达30-40kg，翼子板较单薄，绝不可作为Z向定位承重。
如图5，所述智能数据分析系统还包括位移传感器，用于对设备的对中结构移动的位移值进行检测，并通过PLC将结果输出。
设备PLC判断及计算流程，PLC将检测数据进行后台判断及换算处理，将结果输出并显示在终端显示器。
所述装配系统的材质为轻质铝、尼龙或碳纤维。或其他可保证强度的材质，以实现减重易操作的目的。
所述Y向调整定位，除对中连杆机构，只要可以满足两侧同时调整的目的，也可以是其他类似结构；
所述定位居中点，在保证前度和支撑力的前提下，也可以选择其他位置实现目的。
一种前端模块高精度对中的装配系统的装配方法：
所述方法具体包括以下步骤：
步骤1，定位夹具系统夹持待装配件后，同步检测前端模块和车身定位模块相对于定位夹具系统居中点的相对位置；
步骤2，检测位移数据并存储到统计表；
步骤3，将位移数据换算为相对于居中点的偏移量；
步骤4，判定居中结果是否满足精度要求，不满足则进行步骤5，满足则进行步骤8；
步骤5，设备提示不合格，将数据存储到统计表；
步骤6，输出不合格点的信息；
步骤7，校准并重新进行步骤1，直至结果满足要求；
步骤8，输出居中结果，并存储到统计表。
所述精度要求为≤0.2mm。
一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double datarate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambusRAM，DR RAM)。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，高密度数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disc，SSD))等。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
以上对本发明所提出的一种前端模块高精度对中的装配系统及装配方法，进行了详细介绍，对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种前端模块高精度对中的装配系统，其特征在于：
所述装配系统包括定位夹具系统和智能数据分析系统；
所述定位夹具系统包括前端模块和车身定位模块；
所述前端模块和车身定位模块采用同一固定中点为基准；
所述前端模块的左右夹爪同步向中点基准收缩夹紧，实现前端模块总成在夹具系统中保持相对居中，然后将车身定位模块与左右翼子板定位孔进行定位，实现定位夹具系统相对车身翼子板定位基准的居中；
所述智能数据分析系统位于前端模块上，用于将检测采集的数据进行处理，并计算出实际对中精度是否满足整体装配系统对中精度要求。
2.根据权利要求1所述装配系统，其特征在于：
所述定位夹具系统包括夹具本体(1)、Y向定位销气缸(2)、Z向承重托爪(3)、工件Z向主定位销气缸(4)、工件夹紧块(5)；上部X向定位靠块(6)、车身Z向定位销气缸(7)、车身Z向定位销(8)、下部X向定位靠块(9)；对中连杆机构(10)、工件Z向主定位销(11)、定位扶手(12)、操作扶手及面板(13)和Y向定位销(14)；
所述夹具本体(1)承载整个夹具，操作扶手及面板(13)夹取前端模块工件，工件Z向主定位销(11)穿过框架本体，车身Z向定位销(8)穿过前保险杠横梁，车身Z向定位销气缸(7)带动工件夹紧块(5)使前端模块完全被定位夹具系统固定。
3.根据权利要求2所述装配系统，其特征在于：
操作定位夹具系统进行装配时，定位扶手(12)使夹具靠近车身正前方，沿Y向拉开对对中连杆机构(10)，使翼子板上的Y向定位销(14)插入翼子板主定位孔，完成前端模块Y向定位；
上部X向定位靠块(6)和下部X向定位靠块(9)辅助进行前端模块X向定位，完成前端模块X向定位；
按动合装按钮，使前端模块与车身拼合，此时向下方确认车身Z向定位销(8)穿过纵梁，完成Z向定位；
整个前端模块定位后，使用工具完成装配操作，结束后松开夹具。
4.根据权利要求3所述装配系统，其特征在于：
定位夹具系统在进行X/Y/Z三个方向的定位时，以定位销辅助定位靠块进行贴合面的定位；
以翼子板定位销作为X/Y方向定位基准，定位销下落，插入翼子板上定位孔：
X向定位，分别以翼子板孔位与上部X向定位靠块(6)辅助垫片进行，下部X向定位靠块(9)以定位面贴紧纵梁端板辅助垫片进行；
Y向定位基准选在翼子板上工艺孔，调整以中间对中连杆机构(10)实现公差范围内Y向相对位置居中；
以纵梁上的车身Z向定位销(8)实现Z向定位，车身Z向定位销(8)定位并作整个前端模块的承重。
5.根据权利要求4所述装配系统，其特征在于：
所述智能数据分析系统还包括位移传感器，用于对设备的对中结构移动的位移值进行检测，并通过PLC将结果输出。
6.根据权利要求5所述装配系统，其特征在于：
所述装配系统的材质为轻质铝、尼龙或碳纤维。或其他可保证强度的材质，以实现减重易操作的目的。
7.一种前端模块高精度对中的装配系统的装配方法，其特征在于：
所述方法具体包括以下步骤：
步骤1，定位夹具系统夹持待装配件后，同步检测前端模块和车身定位模块相对于定位夹具系统居中点的相对位置；
步骤2，检测位移数据并存储到统计表；
步骤3，将位移数据换算为相对于居中点的偏移量；
步骤4，判定居中结果是否满足精度要求，不满足则进行步骤5，满足则进行步骤8；
步骤5，设备提示不合格，将数据存储到统计表；
步骤6，输出不合格点的信息；
步骤7，校准并重新进行步骤1，直至结果满足要求；
步骤8，输出居中结果，并存储到统计表。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于：
所述精度要求为≤0.2mm。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求6至8中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求6至8中任一项所述方法的步骤。
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