黄 海，王 磊，李志强，雷秀清，石海波

(广州德恒汽车装备科技有限公司，广东 广州 510800)

0 引言

随着汽车生产方式由传统的少车型大批量生产变为多车型小批量生产，生产系统也必须由原来的单一、固定式的生产系统升级为适合生产多车型的柔性生产系统，从而有效地缩短产品开发周期、降低生产成本。柔性定位是一种应用在自动化生产线中的柔性制造技术，主要突出产品柔性和运行柔性，可应用于白车身焊接的底板生产线和白车身合装线的工件定位，可与标准的机器人配合使用，实现多车型柔性化生产，在不同车型之间简便、快速、精确地切换与定位，使生产作业节拍和生产效率都得到大幅度提高[1-3]。

白车身柔性焊装生产线关键技术是对不同车型进行定位和夹紧，传统的定位方式为固定式，通过固定在底板上的定位机构来定位车身定位孔，但该机构定位孔位置大小固定，只能适用于同一定位孔尺寸的单一车型平台，下一车型变化需要迁就定位孔位置和尺寸大小，不利于车型多样化[4-5]。目前较多的定位方式为可切换柔性定位方式，采用多轴伺服柔性定位单元对车身及其零部件进行柔性定位，该方式定位车型平台种类多，理论上在行程范围内可以定位任意尺寸车型，但多轴伺服柔性定位单元结构复杂，控制困难，造价较高，维修保养难度大，且车身定位孔直径大小不能改变，不能对应不同孔径多车型车身生产[6]。为此，本文设计了一种风车柔性定位装置，能适应车身定位孔直径大小改变，能对应不同孔径多车型车身生产。

1 风车柔性定位装置方案设计

1.1 总体方案

柔性定位技术是指可以根据不同车型数据自动切换从而对车身工件进行定位夹紧，实现多车型共线生产[7-8]。风车柔性定位装置包括检修插销、转位感应器、超程感应器、在席感应器、定位组件、风车机构等，如图1所示。检修插销用于风车柔性定位装置故障时的安全阻挡，当装置正常运行时，检修插销置于插销支架上；当装置出现故障需停机检修时，检修插销放入插销导向座内，用于固定风车机构，防止装置检修时风车机构带动定位组件转动而造成安全事故，故障排除完毕，检修插销从插销导向座取出，并置于插销支架上。在席感应器用于判别检修插销是否已从插销导向座取出，以确认装置是否恢复正常。转位感应器置于转位感应支架上，用于风车机构的转角控制。超程感应器采用双感应模式，对应风车机构两个不同旋转方向，用于风车机构行程的安全保护。

1-底座；2-机架；3-检修插销；4-插销支架；5-转位感应器；6-转位感应支架；7-超程感应器；8-插销导向座；9-在席感应器;10-定位组件;11-风车机构

不同车型定位组件随风车机构旋转，通过转位感应器采集信号向控制单元传递，对车型定位组件切换和转盘停止精确控制，实现产线自动化作业。风车机构采用伺服驱动和电磁制动，与转位感应器相配合，控制准确平稳。定位组件装于风车机构的转盘上，转盘以90°分度，可同时布置4个定位组件，形成汽车生产的4个平台，各平台的车型定位孔大小与位置尺寸均可不同，根据不同车型定位需求，风车柔性定位装置自动切换定位组件，以适应汽车4平台多车型共线生产。

风车柔性定位机构解决了白车身焊装生产线新增车型时由于车身定位孔径的大小和位置不一致所引起的无法共线生产难题，解决了不同汽车生产平台无法共线生产的难题，降低了新车型新平台开发成本。

1.2 感应识别

风车柔性定位装置设置多重感应识别，如图2所示。感应识别主要包括用于转盘转角控制的4套转位感应器W1～W4、用于安全保护控制的超程感应器和在席感应器、用于工件定位锁紧的含感应检测的4套定位组件P1～P4。

1-转位感应器W1；2-转位感应器W2；3-转位感应器W3；4-转位感应器W4；5-超程感应器；6-在席感应器；7-定位组件P1；8-定位组件P2；9-定位组件P3; 10-定位组件P4

风车转盘的旋转角度由转位感应器控制，转位感应器W1～W4分别感应转盘的4个角度(即4个汽车制造平台)，当转盘置于正确角度位置时，即定位装置处于正确的汽车制造平台时，定位装置可对同平台工件进行定位与夹紧。转位感应器W1～W4并排竖向布置在转位感应支架外侧，风车转盘在面向转位感应器的平面上设置4个对应的感应圆柱，感应圆柱分别对应4个不同定位平台的定位组件P1～P4，平台切换时，通过转位感应器W1～W4感应转盘上的感应圆柱来确定定位装置所处平台，由相应的定位组件P1～P4自带的感应检测工件的定位状态。定位组件的气电管线经转盘中心孔穿过，气电管线随转盘的旋转而扭转，为防止气电管线扭转损坏，转盘正反方向旋转的角度由超行程感应器控制在设定角度范围内，当定位装置调试或工作运行出现故障时，转盘转角超出设定值，超行程感应器将协同PLC和风车机构控制转盘停转，电控系统发出声光报警。检修插销将转盘固定连接在机架导向座上，防止检修设备时转盘转动造成安全事故，故障排除后，转盘固定连接需解除，在席感应器检测检修插销是否拔出，若转盘与机架导向座固定连接未解除，则定位装置无法启动运行，防止未拔出检修插销开机导致设备损坏。

1.3 平台切换

风车柔性定位装置共设4个位姿，每个位姿对应一个制造平台，对应定位尺寸一致的不同车型生产。平台可进行转盘的顺时针“-”旋转或逆时针“+”旋转切换，切换角度按90°分度设置，转盘每旋转90°可切换一个相邻平台，相邻平台切换时间为2 s，平台切换最长路径转盘需旋转270°，平台最长切换时间为相邻平台切换时间的3倍，切换时间短，满足高节拍焊装线生产需求。4个平台切换的角度变换如表1所示。

表1 4个平台切换的角度变换

风车柔性定位装置的位姿由定位组件的朝向决定，如图3所示。定位组件P1～P4正朝向上的位姿分别对应汽车制造4个平台1～4，结合表1，各平台切换角度变换(以平台1与平台4相互切换为例)如下：初始平台1切换至终平台4时，平台间相对的变换角度为+270°，转盘逆时针旋转270°完成平台1至平台4的切换；初始平台4切换至终平台1时，平台间相对的变换角度为-270°，转盘顺时针旋转270°完成平台4至平台1的切换。

图3 定位装置位姿示意图

2 关键装置设计

2.1 风车机构

风车机构是柔性定位装置的关键部件，其包括伺服电机、行星减速机、转角减速机、转盘、定位孔系、插销孔、超程感应块、转位感应凸柱等，如图4所示。转盘装于转角减速机输出法兰上，跟随减速机转动，转盘上设置90°均匀间隔布置的4组定位孔系，分别用于安装不同平台的定位组件，定位组件在定位孔系的安装位置可调，可适应更大差异平台定位组件的安装需求。转盘上均匀分布4个插销孔，与4组定位孔系对应。

1-伺服电机；2-行星减速机；3-转角减速机；4-转盘；5-超程感应块；6-定位孔系；7-插销孔；8-转位感应凸柱

风车机构动力由伺服电机、转角减速机和行星减速机提供，伺服电机用于转盘旋转的精确角度与方向控制。采用转角减速机和行星减速机的二级减速配置既能提供大驱动力矩，又能减小风车柔性定位装置结构尺寸，便于多台定位装置的并排安装，扩大定位装置的适应范围。靠近减速机侧的转盘上设置4个转位感应凸柱和1个超程感应块，转位感应凸柱是转盘切换的平台到位检测捕获目标，用于平台切换的到位停止；超程感应块是定位装置非正常运行的转盘超程限制的检测捕获目标，用于定位装置故障时的停机。

2.2 定位组件

风车柔性定位装置最多可安装4组定位组件，定位组件的3种典型结构如图5所示。定位组件1和3常用于工件副销孔的定位及工件在席检测，定位组2常用于工件主销孔定位与夹紧。定位组件1包括定位销、定位感应器、角座、安装板等，定位组件2包括钩销缸和安装座，定位组件3包括调整座和副定位销。安装面板在转盘孔系的安装位置可根据不同车型的生产需求进行X向和Z向调整，以调整定位组件1定位销X向和Z向位置尺寸。角座用于进一步微调定位销的X、Y、Z向位置尺寸；安装座和调整座在转盘孔系的安装位置X向和Z向可调整，以调整定位组件2钩销缸或定位组件3副定位销X向和Z向位置尺寸；钩销缸或副定位销三维方向尺寸的微调可通过安装座或调整座内部调整。定位销组件的销尺寸大小与位置可任意设定与调整，通过定位销组件的切换，风车柔性定位装置可对各车型定位孔尺寸与位置各异的车身及其零部件定位，实现汽车多平台共线生产。

101-定位销；102-支架；103-定位感应器；104-感应器支架；105-角座；106-安装板；201-钩销缸；202-安装座；301-调整座；302-副定位销

3 产品应用

风车柔性定位装置通过工艺组合可适用于多车型制造柔性定位，实现多车型共线生产。如图6和图7所示，2风车柔性定位装置组合成双风车联动定位，再与三轴定位单元组建后地板4平台柔性定位系统，风车柔性定位装置负责后地板副销孔定位，通过切换定位装置制造平台，实现后地板分拼4车型后地板混流共线焊装生产。

图6 2风车组合 图7 后地板分拼线柔性定位

通过多台风车柔性定位装置组建的柔性定位系统可用于汽车车身主线和地板补焊线的定位，如图8所示。由8台定位装置组建的地板补焊线定位系统，其定位装置固定安装在台车上，由定位装置定位夹紧的地板随台车在滚床上同步移动。通过定位装置平台切换，实现地板主拼线4平台多车型汽车地板的混流共线焊装生产。

图8 地板主拼线柔性定位

4 结束语

本文设计了一种风车柔性定位装置，该装置设备成本低、结构简单、维修方便，解决了白车身焊装生产线新增车型时由于车身定位孔径大小和位置不一致所引起的无法共线生产和不同汽车生产平台无法共线生产的难题，降低了新车型新平台的开发成本，可为汽车多车型柔性定位的多元化解决方案提供借鉴。