前端模块自动合装技术设计与应用

前端模块自动合装技术设计与应用

李小明

广汽新能源汽车有限公司 广东广州 510700

摘要：前端模块合装工序是指将机舱冷却、空调系统等分总成与车身相结合的过程。前端合装的好与坏直接影响汽车前围的商品性及生产产量、质量、效率等重要指标。主机厂家安装方式分为在线零件安装和线边分总成安装；按照安装方式可分为人工安装和机器人自动安装。主要探讨整体式总成静止机器人自动合装方式，为实现模块化安装提供工艺设计参考。

关键词：机器人；视觉系统；螺栓自动供给装置；精定位台车；RGV；拧紧轴

0引言

前端模块自动合装工艺是总装较为复杂的一个工序，是将机舱冷却、空调系统等分总成与车身相结合的过程。前端合装的好与坏直接影响汽车前围的商品性及生产产量、质量、效率，为整车创造出“漂亮脸蛋”。它的前期规划涉及面广，需要平衡产品平台化、模块化、工艺技术路线、柔性生产、同时涉及投资成本、质量控制、尺寸链分析、维保、人机、安全等多种因素；涉及因素较多，很少主机厂导入前端自动合装工艺。

1. 总装前端模块自动合装工艺概述

国内主流厂家前端模块安装方式分为：在线零件安装和线边分总成安装；按照安装方式可分为：人工安装和机器人自动安装。

1.1在线零件安装

前端模块所有零部件直接配送到线边，将零件按照装配顺序直接装配到车身，不会受到零件尺寸链的影响，只要关注拧紧孔对孔即可，这种工艺技术在生产线上比较容易实现，柔性化程度较高，在日系及大部分自主品牌广泛采用；

1.2模块化分总装安装

模块化分总成采用分装线及工作台进行分装，到位合装工位采用机械手或机器人进行安装，前端模块整体合装到整车上，自主与供应商联合引进吸收并自主创新，突破合装技术验难点，增加产品设计专利，其他主机厂开始逐步推广前端合装技术，美化整车“前脸”。

2、前端模块自动合装系统概述

输送系统、机器人工作站、前端分装小车、AGV、拧紧站五大部分组成，如图1所示

图1 前端模块自动合装系统布局图

背景技术：

在车辆装配工艺中，需要将前端总成安装在车辆前端框架上。前端总成主要包括前端框架与防撞梁，传统装配方法通常人工通过机械手将防撞梁将安装在前端框架上，再将安装好的前端总成安装在车体上的前端支架上，从而完成前端总成的装配作业。然而，由于装配过程中，需要将防撞梁在前端框架上来回移动，使得防撞梁恰好安装在前端框架上，因此，传统的装配方法不仅导致前端总成装配系统的装配精度下降，而且也严重降低了前端总成的装配效率。

创新应用技术：

基于此，有必要提供一种前端总成装配系统，它既能提高装配精度，又能提高装配效率。

其技术方案如下：

一种前端总成装配系统，包括：车体支架；防撞梁，所述防撞梁上设有第一定位部；前端框架，所述前端框架上设有第二定位部；定位机构，所述定位机构上设有与所述第一定位部定位配合的第三定位部，所述定位机构上还设有与所述第二定位部定位配合的第四定位部，所述定位机构用于将所述防撞梁定位在所述前端框架上；及机械手，所述机械手用于将所述防撞梁与所述前端框架均安装在所述定位机构上，并将装配好的前端总成安装在所述车体支架上。

上述的前端总成装配系统，通过机械手将前端框架抓取，再通过第二定位部与定位机构上的第四定位部配合，使得前端框架快速定位并安装在定位机构上。接着，通过机械手将防撞梁抓取，并通过第一定位部与定位机构上的第三定位部配合，使得防撞梁快速定位并安装在定位机构上。由于定位机构用于将防撞梁定位在前端框架上，因此，当防撞梁定位在定位机构上时，防撞梁则完成在前端框架上的装配，从而形成前端总成。最后，通过机械手将装配好的前端总成安装在车体支架上，如此，通过本前端总成装配系统，使得防撞梁准确装配在前端框架上，从而有利于提高前端总成装配系统的装配精度。同时，防撞梁在装配过程中，通过第一定位部与第三定位部快速定位在定位机构上，而不用在前端框架上来回尝试，因此，极大提高了前端总成装配系统的装配效率。

定位精度：

前端模块台车精定位机构，通过精定位机构和台车精度的保证，实现前端模块零件本体的重复定位精度达到±3mm，以配合全自动机器人取件。

安装前端模块时，车辆输送线对车辆的综合定位精度：

采用对角销孔对滑板位置进行精定位，精度为±5mm；

在前端模块装配工位，车辆静止作为机器人安装前端模块的作业时间。

视觉系统

（1）配置1套视觉系统，分别对台车上的前端模块工件和待装配的车身进行视觉定位，检测定位精度高与0.5mm；

（2）视觉系统判断逻辑如下：

（3）

车型自动识别与校对（摄像头）：采用在工作站顶部（或前部、或尾部）安装1 个摄像头，通过识别该区域内车体的特征（所有车型必须有区别于其他车型的特征，可以是孔、角等）来实现车型的自动识别；

（4）要求系统的测量成功率达到99.9%以上；

机器人前端模块抓具

（1）抓具具有从台车上抓取前端模块的功能，抓具抓取前端模块在移动过程中前端模块稳定牢固；

（2）配备支撑托和定位销，从下方托起前端模块，配有2个定位销对防撞梁导向孔进行定位；

（3）抓具配有抓取螺栓功能，抓取数量是X方向两侧各1个，满足螺栓尺寸要求，所有螺栓规格相同，左右各一套；

（4）抓具抓后能够保持螺栓不掉落；螺栓拧紧轴集成安装在抓具上

螺栓自动供料系统

（1）螺栓通过振动盘处理进行排列，螺栓接收系统将螺栓进行接收和分度，达到满足机器人抓取功能；

（2）螺栓分度系统精度达到±0.2mm以内；

前端模块总成定位工装

为保证后工序对水箱总成的准确定位安装，乙方需设计水箱总成定位工装，工装设计尽可能轻便，但必须保证定位的准确。配有3个定位销对前端模块X、Y方向进行准确定位，侧方配有2个定位销对Z方向进行定位；具体设计形式需得到甲方认可，并配备工装检具。

结论

汽车工厂正朝着平台化、模块化、柔性化、定制化、自动化、数字化、智能化方向进行发展，丰田精益生产后第三次工业变革时代来临，工艺技术创新不断更新。前端模块化安装工艺有利于提升总装车间的柔性化、自动化程度、少人化，同时提升产品外观商品性，但其工艺课题较多及对产品约束条件，具有较大挑战性，要进行深度探索来实现总装生产更加高效、科学，来提升企业和产品的竞争力。