德國全自動壓機線的金屬零件傳輸主要依靠自主開發的高速傳輸機械手Speedbar 來完成，而最近幾年，瑞士的Gudel 自動化裝備開始陸續出現在國內的壓機線上，Gudel 自動化裝備的更輕量化和更高程度的自動化，滿足了用戶的不同需求，并以更高的傳輸效率，在國內的壓機線上推廣，獲得更多汽車廠商的青睞。

隨著汽車合資品牌不斷進入中國市場，汽車的制造成本是各大汽車廠商比較關注的課題，如何能大幅度的降低汽車成本？沖壓設備是整個制造環節中，耗資較大的一環，伴隨著產量的不斷提升，各大汽車廠商多數選擇德國的壓機線，以保證生產的穩定性，因此需要付出更高的成本代價。瑞士的Gudel自動化裝備結合著國產的JIER品牌壓機，以更高的性價比打造出全新的自動化生產線，同樣滿足了各大廠商高效率的生產訴求，同時降低了沖壓設備方面的投資成本。

沖壓自動化生產線GUDEL 裝備框架

圖1 全自動壓機線Gudel 自動化裝備分布圖

自動化沖壓線主要分為三部分，線首的拆垛系統，壓機間的板材傳輸系統，線尾的成品件輸送系統(圖1)。三個部分Gudel 采用最簡潔的布局方式，并跟JIER 壓機緊密配合，可實現整線15 ～18 次/分的高速行程。同時實現自動化部分的端拾器全自動更換，整線換模時間最快3 分30 秒。所有的自動化控制裝置采用目前最先進的Beckhoff 軟PLC 控制系統，同時采用PSS3000 安全控制系統，保障安全控制的穩定性。

GUDEL 自動化裝備的功能介紹

全自動磁力分張器

金屬板材在進行拆垛前，要進行磁性分張，目的是防止單次拆垛出現抓取兩張以上的板材，Gudel 采用全自動的磁力分張器(圖2)，一側的拆垛單元有20 個磁力分張器，分張器內置有高強度磁鐵，在氣動活塞的作用下，自動的通磁與斷磁，這種結構在每次板材的節拍提升時，可以實現有效的邏輯控制，不與板材發生干涉。同時這20 個分張器對置分布，可以實現多種板材尺寸的有效分張。

圖2 全自動磁力分張器

分張器的控制系統采用Rexroth 的驅動單元，并配備了Rexroth 的同步伺服電機，在位置環的精確控制下，高精度的貼合在板材表面，實現有效的分層，分張器的磁頭部分，分布安裝有碰撞傳感器，一旦出現分張器和板材發生干涉碰撞，會及時的向系統發出報警，防止出現碰撞損壞。并且，為了實現鋁板材的生產，在分張器的兩側裝配了分層氣嘴，以實現鋁板材的有效分張。

線首拆垛機械手

圖3 線首拆垛機械手

與德國壓機線的拆垛機器人不同，Gudel 在板材的拆垛上采用自己研發的Gantry 拆垛機械手(圖3)，機械手有以下特點。

(1)拆垛效率高。 只有X/Z 兩個維度的運行軌跡，相比較機器人，可以有效的避免多軸的聯合運行，快速運行到板材上方，進行拆垛。

(2)控制系統精確。 采用Beckhoff 的控制系統，利用TwinCAT NC的高速精確控制，同時采用Rexroth 的高版本驅動控制器，搭配Rexroth 的高精度同步伺服電機，實現每2ms 的掃描周期，確保目標位置的精確度。

(3)機械手端拾器更換便捷。 為了提升換模效率，Gudel 設計了自動更換機械手端拾器系統，即每次在更換生產產品的端拾器時，只需要提前將端拾器安裝在備用橫桿上，在換模時，機械手就可以自動運行到備用橫桿上方，并通過氣動耦合盤實現自動的更換端拾器。

(4)機械 結構輕量化，材料的耐磨性高。 采用Gudel 自己研發的齒條和減速器，整體結構設計緊湊且輕量化，并且材料經過特殊處理，耐磨性高，且系統噪聲小。

同時，在機械手上安裝了靜態的雙料檢測系統，每次抓取到板材后，都會實時的檢查板材的厚度狀態，如果出現雙張板材，機械手不會直接將板材放下，它會按照程序的設定，將板材放回原料垛，并進行再次的分張和抓取，進行三次的抓取如果仍不能成功的抓取單張板材，拆垛單元會觸發停機，進行人工干預。

圖像識別，光學對中系統

Gudel 自動化系統中采用德國Tichawa 線性光學攝像頭(圖4)，垂直物流方向倒置安裝2 個攝像頭，同時具備了單料和雙料的生產能力。攝像頭倒置安裝可以有效的避免在傳輸過程中對攝像頭的污染，并且可以不受外部光照的影響，穩定成像。集成的操作界面可以便捷的對攝像頭成像參數進行調整，并且可以在進行雙料單側生產時，快速啟動生產。

圖4 德國Tichawa 線性攝像頭

成像后的對中功能，Gudel 采用動作更迅速的對中臺，融合著皮帶傳輸功能，直接實現X(垂直物流運動)、Y(物流方向運動)、C(旋轉運動)三個維度的矯正功能，在收到矯正坐標后，迅速的做出矯正動作，如圖5 所示。

圖5 攝像頭與對中臺控制系統邏輯框架

板材經過傳輸皮帶B 到傳輸皮帶C 上的過程中，攝像頭A 根據成像啟動信號，對經過的板材進行圖像拍攝，經過總線E 將圖像信息傳輸回攝像頭的工控服務器，工控服務器通過實時以太網G，將需要矯正的空間坐標傳輸給拆垛站的工控服務器，拆垛站的工控服務器經過Sercos 光纜環將目標位置傳輸給對中臺的驅動控制器，驅動控制器控制各軸的電機D，將板材矯正到標準的待抓取位置，同時將矯正信息通過總線F 傳輸給攝像頭的集成操作界面，實時顯示矯正的坐標數據。

雙臂高速傳輸機械手

雙臂高速傳輸機械手(圖6)，橫桿采用輕量化的碳纖維材料，在保證了硬度的前提下，大幅度的降低了整體機械手的重量。機械手共由10 個電機驅動，驅動系統采用Rexroth 高端產品HMS 系列，搭配Beckhoff CP 系列的高端上位機，實現機械手的高速精確控制，確保了整體傳輸的精度。機械手可以實現舉升，進給、橫移、旋轉、傾斜5 個動作，更靈活的適應模具的多種形態，并基于實時的監控壓機運行角度，通過flying saw(飛鋸)功能，和壓機實現完美的耦合，避免和壓機的碰撞，完成零件的傳輸工作。

圖6 雙臂高速傳輸機械手結構示意圖

(1)舉升動作。 舉升動作由4 臺同步伺服電機實現，左右兩側各分布2 臺，電機采用循環水冷系統，消除了傳統風冷帶來的后期維護成本，動力傳輸機構采用螺旋絲杠直接帶動橫桿的大臂實現上升和下降，兩側的電機通過Beckhoff 做了精準的耦合運行，保證兩側電機運行的一致性。 舉升可實現0 ～430mm 的升降行程，保證橫桿在模具中的通過性。

(2)進給動作。 進給動作由2 臺同步電機實現，左右兩側各分布1 臺，同樣電機采用循環水冷系統，通過齒輪齒條機構，帶動橫桿在模具之間運行，運行最大長度為5800mm。 進給系統實時檢查電機編碼器的數值與穿梭裝置上外置編碼器的數值，防止因傳動系統的失效，導致執行端動力缺失，而引起的橫桿偏差過大。 進給齒條上采用間歇性潤滑系統，機械手每運行800 個行程，會啟動潤滑泵，保證傳動系統的有效潤滑。

(3)橫移動作。 為保證機械手輕量化，機械手的整體設計非常緊湊，在狹小的空間里，獨具匠心的設計出了橫移電機的安裝位置，通過橫移電機帶動絲杠，可以實現端拾器在模具中有±160mm 的運動區間，這就在一些有孔的零件傳輸中，可以通過橫移動作的修正，實現完美的貼合。 因為機械手要實現自動更換橫桿，而在更換之后，橫移電機的絕對位置會丟失，因此，Gudel設計了自動示教零點的功能，在每次更換完橫桿之后，利用橫移機構的碰撞力矩，自動的找到橫移機構的零點，保障位置的精確性，也避免了人工進行操作，大大提升了換模效率。

(4)旋轉動作。 在穿梭裝置上，左右各安裝了一個旋轉電機，通過齒輪傳動，以實現±45°的旋轉動作，在一些模具表面較復雜的工況下，通過橫桿的旋轉，有效的避開干涉點，實現零件的傳輸。

(5)傾斜動作。 有一些模具，內部表面左右不對稱，在放零件時，需要實現橫桿的傾斜才能順利完成動作。 傾斜動作沒有裝備單獨的控制電機，而是通過左右兩側舉升電機的非同步控制，實現橫桿±15°的傾斜。

線尾出料裝置

對比德國沖壓線，最后一序的雙臂高速機械手，直接將成形的零件放置在出料傳輸皮帶上，這樣零件在皮帶上的位置，就受限于到機械手的旋轉和橫移的動作量，因此會出現零件距離生產擺件人員過大，造成不符合人機工程。而Gudel 采用的方案是，在線尾單獨增加一組全自動化零件傳輸裝置(圖7)，最后一序機械手會將零件放在穿梭裝置Shuttle上，Shuttle運載著零件，運行到線尾機械手的下方，機械手抓取零件后，可以實現橫向移動和旋轉動作，以將零件放置在最適合生產人員拾取的位置。同樣，這套自動化裝置可以根據生產零件的不同，全自動更換端拾器，提升換模效率。

圖7 線尾出料裝置

人機界面HMI

圖8 人機界面HMI

人機界面(圖8)采用全系觸摸屏，并通過CPLink3(圖9)進行分屏數據的傳輸，方便設備操作人員使用。人機界面包括板材成形狀態、數據管理、故障診斷、用戶和服務等集成化功能，設備維護人員通過人機界面可以便捷地進行操作的處理和生產信息的查看，并根據生產要求進行必要的操作。

結束語

本文通過詳細的功能介紹，講述了瑞士Gudel 自動化裝備在全自動沖壓線的解決方案，隨著技術的不斷進步，Gudel 也在不斷的進行功能的優化與迭代，面對新的市場環境，降成本將成為永恒的話題，價格合理，性能優越，維護方便的自動化設備，將是各大汽車廠商永恒的追求，伴隨著各大車企的數字化轉型，自動化設備的維護方式也將出現天翻地覆的變化，目前Gudel自動化設備已經廣泛應用在全國主流的汽車廠商，也給自動化行業帶來新的思考與挑戰。

圖9 CP-Link3 分屏顯示