王鸿旭 周威 陈磊
[摘 要]全景天窗辅助装配机器人作为一种新型的装配设备，装备有综合传感器识别系统，高水平的自动化程度和智能化，满足高精度装配，高柔性适配主线和车身与部件主体。本文阐述了新形式的全景天窗装配技术与方法。
[关键词]装配机器人 自动 检测系统 精度 柔性
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0013-01
全景天窗已成为中高端汽车的一个亮点。然而，由于全景天窗尺寸更大，装配质量要求更高，对装配技术提出了更高的要求。
一、技术领域
汽车总装装备领域。
二、背景技术
目前国内主流整车生产企业天窗普遍采用助力设备进行辅助安装。车辆装配全景天窗，需要天窗相对车身完成精准的相对位置装配。针对车辆随线体连续运行，车间距较短，天窗体积、重量较大，线体承载车身姿态偏差较高，设备相对车身和天窗定位精度要求高等特点。设计了自动化程度高，具备安全运行检测系统，不同工况位置检测定位，对车身存在自适应对位的装配设备。
三、技术内容
天窗尺寸长约1500mm宽约1000mm，重约40kg，安装效率低，需从前风挡进入车身内部装配。设计装配方法满足车身内部安装，具高水平的自动化程度和智能化，滿足高精度装配，高柔性适配主线和车身与部件主体功能的设备。
夹具
定位精度要求高，定位销较小只有9mm线体不能完全保证车身与安装设备的相对位置，偏差在0到10mm。联合产品设计对顶棚天窗加强框进行初始导向定位孔销配合设计，设计直径为18mm的孔，设计直径为15mm锥形销，初定位销导向可吃掉8mm相对偏差。根据PCM图设计定位支架，将整个架构置于保持初始位置可浮动基座上，在车身相对安装设备偏差大时可进行修正。最终满足定位精度-0.25mm到+0.25mm要求的装配。（见图1、图2）
检测系统
综合传感器识别系统，运行过程中，增加各类感应开关保证设备自动安全运行。通过超声波开关确保入车到位，接近开关保证各高位及固定行走位动作，光电开关保证设备退车出车位置固定及设备升降不会撞车，激光扫描仪防止光电开关失效，检测前车尾门保证设备运行安全，增加触须开关，当光电开关和机关扫描仪失效后，作为稳定的机械触发开关防线以确保安全。
功能原理
采用双向双轨道保障设备吊挂强度实现安装区域的覆盖；X、Y方向行走采用带抱闸电机驱动，有离合功能，离合打开能手拉行走；Z向升降采用垂直升降提升装置， Z向能够在最高位、中间位、最低位精确平稳停止；安装夹具有X、Y向轻微浮动机构，有与车身和天窗的定位销，从前风挡进入车身后的顶升安装用气缸驱动，顶升力的大小和顶升速度可调；有检测尾门干涉的安全扫描仪和触须式检检测开关；操作者将机械手送至进车位后，通过发射键开启机械手追赶、减速、脱开行走轮、接触车身，机械手与车身随行随行，通过定位销使机械手连同天窗相对车身连接定位后，可进行天窗的安装工作；当所有紧固工作完毕后，机械手上的定位销从车身上的孔内撤出来，然后操作者通过发射键开启将机械手自动退出车身功能，机械手自动退出检测进入提升安全区域后随线速前行，同时向上升起致高位随后向线边横向移动，移动至线边机械手自动退至上料位下降至上料高度。
设计细节描述
1.轨道上有装配位置横（Y）向的相对定位装置。
2.天窗相对于安装设备和车身的定位必须依靠天窗框上的工艺定位孔来保证。
3.天窗在安装设备上定位后，天窗和夹具相对于安装设备主体应当有一定的活动自由度。以免两者的刚性连接造成天窗安装过程中的卡死或弹性变形。
4.为保证操作者能够方便的操纵机械手相对车身定位，避免主线车身偏差，机械手相对车身有粗定位装置，在粗定位的基础上，利用定位销的锥形末端进一步实现机械手相对车身的精确定位。
5.天窗机械手的操纵力小，灵活轻便，X、Y、Z方向上的运动，能轻松自如，不因为设备移动困难，影响机械手的正常精确定位。
6.安装定位机械手有可以浮动的机构，此浮动机构具有原始位置、原始角度，在浮动弥补偏差时轻便灵活，能前后左右轻松的活动，保证定位的精准快速。
7.机械手需在满足强度的基础上采用轻质材料，减轻整体设备的重量，设备更加轻便，使整体结构更加稳固和有足够抗变形性能。
8.天窗安装设备在主线设备与承载的车身钣金和天窗的公差带区间合理浮动，当天窗和钣金在公差带范围内有较大偏差时，能使用机械手精准快速的进行天窗定位安装。
9.由车身和主线输送设备引起的公差必须通过机械手在X向，Y向和Z向来补偿。
*夹具可绕Z轴旋转调节。
*X/Y向位置偏差通过预对中销，工艺定位销带动浮动托盘调节。
*机械手承载天窗与车身钣金的角度偏差，夹具可围绕X、Y轴调节
10.预对中销和工艺定位销：预对中装置的作用是使夹具托举全景天窗更加容易的与车身钣金工艺定位孔对中。 预对中销提前于工艺定位销，在工艺定位销之前进入到车身顶棚加强钣金框架内。在Z向的位置差的均衡是通过压缩弹簧来实现的。工艺定位销是用来对安装设备上的全景天窗进行位置定位以及准确的在车身上进行定位的。集成在夹具上的拧紧枪自动拧紧预置螺钉。
可靠性
MTTR= 5分钟（1个故障的平均持续时间）
MTBF=400小时（2次故障间隔平均时间）
使用开动率
合同规定的开动率系数计算方式：
D=（MTBF-MTTR）/MTBF
D=（400-0.08333）/400=0.9998
要求的设备开动率：D≥0.9998
工作高度
车身在大平板上的高度：500mm。
作业尺寸范围
手的最大高度：1300mm。
手的最小高度：700 mm。
相对手的最大深度：300mm。
噪音
允许设备产生的最大噪音级别：60-65分贝 在1000HZ以下。
停止和运行模式
能够手动启动所有动作。
在故障情况下，必须能很容易将设备撤离装配部位。
急停开关的控制方式：按下急停开关时，应断开动力电源，设备立即停止。
对各种机械或电气故障应具有报警和停机保护功能。
结束语
国内主流车辆生产厂商以人工操作普通助理设备为主，本文论证了一种克服现场限制条件满足天窗由车内装配的设计方法。实现自动化安全运行，各类感应开关的组合逻辑运用。具有新技术应用领域开创型意义。该装配设备已在神龙汽车有限公司一、二工厂总装车间使用，并在四工厂建设中推广应用，使用效果良好，达到国内领先，国际先进水平。未来同类天窗车型上推广运用，并且据其装配方法原理可衍生出类似装配解决方案。
