北京奔馳在未使用自動智能裝配技術(shù)之前，各個白車身生產(chǎn)線均采用手工裝配形式。手工裝配線也廣泛存在于國內(nèi)汽車主機廠，但是存在較多問題，具有代表性的是以下兩大問題。

1）質(zhì)量問題。傳統(tǒng)手工裝配線，采用手工裝配工藝，裝配精度及一致性低，容易產(chǎn)生間隙平順度及關(guān)門力超差等質(zhì)量問題。

2）人員成本。手工裝配線需大量人員安裝及調(diào)整四門兩蓋，返修工作量大，人員成本高。

自動智能裝配原理

1.常用傳感器

自動智能裝配硬件系統(tǒng)主要由機器人、VMT 電腦、抓手及傳感器等組成，如圖1所示。軟件使用了VMT的系統(tǒng)作為自動智能裝配的軟件。機器人為北京奔馳所使用的標(biāo)準(zhǔn)的庫卡機器人。

自動智能裝配的測量主要是通過各種各樣的傳感器來實現(xiàn)的，常用的傳感器分為三種：點傳感器、線傳感器、圓形傳感器。

（1）點傳感器 也稱為距離傳感器，如圖2所示，型號為Micro-Epsilon optoNCDT1402，用于測量零件在某一方向的尺寸距離，常應(yīng)用于測量車門鉸鏈Y向的安裝深度等。

點傳感器的檢測原理為傳感器發(fā)射出光線到被測物體，然后計算出被測物體在某一方向與傳感器的距離，如圖3所示。

（2）線傳感器 常用于檢測間隙與平順度，如圖4所示，型號為MEL M2-iLAN 和P+F LR300 Dual Head Sensor。

當(dāng)線傳感器照射車門或車身的輪廓出來的線是如圖5所示粗黑線形狀時，通常用如下理論來計算間隙與平順度。如圖5所示，可以看出在這條線上有一個曲率最大點②，在粗線的拐角頂點①定義成真實的間隙點，在距離點②確定兩個距離的位置求出兩個點進(jìn)而畫出這條粗線的切線，通過點①向這條切線做垂線求出虛擬間隙點③。系統(tǒng)通過計算點③的距離來得到間隙與平順度，如圖6所示。

（3）圓形傳感器 也稱為照相機傳感器，型號為GIGE CCD Camera，主要功能是為了確定孔的具體位置。圓形傳感器（見圖7）的工作原理是根據(jù)明暗對比，建立半徑不同的同心圓，進(jìn)而找到了某個確定的點的位置，如圖8所示。

2.外覆蓋件與白車身裝配

外覆蓋件與白車身裝配主要有以下兩種情形：

1）裝配尺寸發(fā)生偏差，如圖9所示。此種情況較為簡單，可以通過計算模擬，消除誤差達(dá)到理論位置。

2）裝配零件本身有制造誤差，如圖10所示。此種情形尺寸偏差無法消除，只能通過計算，盡可能減小偏差，達(dá)到最佳裝配尺寸狀態(tài)。

3.運算邏輯

自動智能裝配的運算邏輯主要通過以下步驟來進(jìn)行設(shè)定和完成。

1）步驟一，定義示教位置。機器人抓著車門到達(dá)車身處，手工測量出最佳的位置，系統(tǒng)記錄此位置數(shù)據(jù)，保存示教位置為機器人位置，保存參考值為傳感器值，如圖11所示。

2）步驟二，示教。機器人沿X、Y、Z軸小角度旋轉(zhuǎn)時，有兩個變量產(chǎn)生，機器人位置變化量（Δ 機器人）和傳感器測量值變化量（Δ 傳感器），將這兩個變化量保存。經(jīng)過數(shù)學(xué)微積分，可以算出Δ 機器人/Δ 傳感器之間變化關(guān)系，來驗證示教位置是否合理。如果最終的評判結(jié)果為0.9～1.0，此位置可以作為示教基礎(chǔ)位置。

3）步驟三，運算。將示教位置傳感器的數(shù)值作為參照數(shù)據(jù)，將實際零件裝配的傳感器數(shù)值盡量向示教數(shù)值接近，最終完成運算。

4.后車門裝配工藝

自動智能裝配在北京奔馳也稱為“Best-fit”，指的是機器人通過激光傳感器測量白車身的尺寸，通過軟件計算模擬，實現(xiàn)車身與外覆蓋件的最佳匹配狀態(tài)。以后車門裝配工藝為例，Best-Fit自動智能裝配的工藝流程如圖12所示。

自動智能裝配具體工藝過程內(nèi)容如下：

1）機器人抓手激光傳感器測量車身尺寸。

2）測量每輛白車身的實際狀態(tài)，通過大數(shù)據(jù)智能運算，實時調(diào)整車門位置。

3）當(dāng)車門與白車身達(dá)到“最佳匹配”狀態(tài)后，機器人通過EC-工具自動擰緊槍進(jìn)行車門與車身擰緊。

4）機器人再次測量車門與車身間隙及面差，數(shù)據(jù)上傳PLUS系統(tǒng)進(jìn)行存儲。

工藝應(yīng)用

新一代GLC/E級的車型仍然在北京奔馳MRA廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)，焊裝車間在原有的生產(chǎn)線廠房進(jìn)行利舊改造。待新產(chǎn)線完成改造和調(diào)試后，預(yù)期具備15萬輛的產(chǎn)能。

1.裝配線工藝流向

北京奔馳裝配線的工藝流向一般都是從車身后側(cè)向前側(cè)方向按順序安裝，新一代GLC/E級車也符合這個原則。通過產(chǎn)品下發(fā)的連接順序文件，進(jìn)行工藝流向的具體規(guī)劃。

新一代GLC/E級車的裝配線的工藝流向如圖13所示，據(jù)工藝流向及車間布局，GLC/E級車焊裝車間裝配線的布局如圖14所示。

2.裝配具體工藝內(nèi)容

1）ST100工位為舉升門裝配。101RB_300從舉升門料框中抓取舉升門后放置到鉸鏈裝配工裝中，101RB_100從鉸鏈上件緩存胎中抓取鉸鏈去與舉升門進(jìn)行裝配，通過“Best-fit”算法后鉸鏈固移動到最優(yōu)位置。101RB_300從螺釘送料器中抓取螺栓從而完成鉸鏈與舉升門的裝配。100RB_100抓取舉升門，通過“Bestfit”算法后將舉升門移動到與車身匹配的最佳位置上，100RB_400通過螺母送料器抓取螺母，完成舉升門與車身的裝配。如圖15所示。

2）ST150工位為后車門裝配。工人從后車門料框中取出后車門放置到上件胎中，151RB_300將后車門從上件胎中取出，放置到鉸鏈裝配夾具上。151RB_500從鉸鏈緩存轉(zhuǎn)臺中抓取鉸鏈，移動至鉸鏈裝配工裝處，通過“Best-fit”算法后將鉸鏈移動至與車門裝配的最佳位置。151RB_300通過螺栓送料器抓取螺栓，完成鉸鏈與車門的裝配。150RB_100將后車門抓取并移動至車身處，通過“Best-fit”算法后將車門移動至與車身裝配的最佳位置。150RB_300通過螺母送料器抓取螺母并完成后車門與車身的裝配。如圖16所示。

3）ST200工位為前車門裝配工位，與后門裝配工藝類似，不再進(jìn)行具體介紹。

4）ST350工位為發(fā)動機蓋裝配。351RB_100從鉸鏈緩存轉(zhuǎn)臺中抓取鉸鏈并放置到鉸鏈裝配工裝中，351RB_300從發(fā)動機蓋料框中取出發(fā)動機蓋放置到發(fā)動機蓋裝配夾具中完成發(fā)動機蓋與鉸鏈的裝配。350RB_100抓取發(fā)動機蓋并移動至車身處，通過“Bestfit”算法后將發(fā)動機蓋移動至與車身裝配的最佳位置。350RB_300和350RB_400通過螺栓送料器完成螺栓的抓取，移動至車身完成翼子板雙頭螺栓和發(fā)動機蓋的裝配擰緊。如圖17所示。

5）ST400工位為翼子板裝配。工人從翼子板料框中取出翼子板放置到旋轉(zhuǎn)上件胎中，401RB_100將翼子板從上件胎中取出，移動至車身側(cè)進(jìn)行“Best-fit”算法模擬。待完成算法后翼子板移動至與車身匹配最佳位置處，400RB_100、400RB_300、400RB_500及400RB_700等機器人完成翼子板與車身連接螺栓的擰緊，從而完成翼子板的裝配工作。如圖18所示。

現(xiàn)場調(diào)試

調(diào)試時間一般為兩周，完成Best-fit裝配技術(shù)對應(yīng)相關(guān)調(diào)試工作。

調(diào)試流程一般為三坐標(biāo)完成測點的畫線車，準(zhǔn)確地將檢測點標(biāo)注在車身。然后通過此車身測點的位置來調(diào)整機器人抓手傳感器的位置。依次調(diào)整機器人抓手的示教位、安裝位以及最后的測量位，最后通過若干輪次的MFU（即設(shè)備重復(fù)性能力）驗證完成調(diào)試。

通過尺寸與節(jié)拍的不斷優(yōu)化，最終將自動智能裝配技術(shù)成功應(yīng)用于GLC級/E級裝配線，不僅實現(xiàn)了裝配線產(chǎn)能的提升，還保持了裝配質(zhì)量的穩(wěn)定性。

結(jié)語

本文通過描寫自動智能裝配技術(shù)在焊裝裝配線的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)裝配工藝存在的若干問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）實現(xiàn)覆蓋件與車身的自動最佳匹配，車身裝配精度高，一致性好，裝配質(zhì)量穩(wěn)定。

2）采用機器人取代人工裝配，大量節(jié)省操作工人數(shù)量，并有效降低人員勞動強度。

3）車身裝配一次性合格率高，返修量大大減少，最大程度降低返修成本。

4）整個裝配過程采用機器人自動化技術(shù)，避免了人工裝配過程中出現(xiàn)的磕傷等缺陷。

此項技術(shù)的成功應(yīng)用，重點解決了困擾北京奔馳不斷上漲的人工成本問題。按照傳統(tǒng)裝配工藝，裝配線的人數(shù)是28人/次，人均成本為33萬元/年。自動智能裝配線的投資成本為7600萬元，北京奔馳的產(chǎn)品生命周期一般為7年，則在產(chǎn)品生命周期內(nèi)預(yù)計可節(jié)省5336萬元，極大節(jié)省了企業(yè)的運營成本。

文章來源：汽車工藝師