汽車車身焊裝實時在線檢測裝置的製作方法
2023-05-12 01:59:46 2
專利名稱：汽車車身焊裝實時在線檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型主要涉及到汽車生產領域，特指一種汽車車身焊裝實時在線檢測裝置。
背景技術：
現有技術中，汽車車身一般都是薄板衝壓件，對薄板衝壓成型後的工件進行拼裝就組成了白車身。衝壓件的各個拼焊工位都是通過焊接夾具來保證工件相互的位置精度。現在汽車車身生產批量都比較大，夾具經過一段時間工作以後很有可能會降低定位精度，因此經常要對夾具進行校核。目前的汽車生產，都是採用流水線作業，所以就帶來了下面兩個問題一是必須要進行焊接夾具位置的檢測，因為整個汽車生產分為如下四個過程衝壓、焊接、塗裝、總成。根據目前的汽車生產發展趨勢，衝壓已經被汽車企業外包出去了。所以對於汽車企業來講，焊接就是第一個生產階段，而衝壓件的定位就是第一個工序。假如在第一個工序就出現幾毫米定位的誤差，隨著後續工序定位誤差的累積，當最後整車下線時，車身所達到的誤差將會達到十幾毫米。這對於汽車企業來講，就是不合格產品，所以因此而造成的時間和經濟上的損失是非常大的；二是不可以長時間的停下生產線進行夾具位置精度的測量。因為焊接生產線停下之後，後續的生產線都因上一道工序的工件沒有送到，而無法進行加工，從而導致生產效率的降低，並且從現在的汽車市場的形式來講，時間和效率對於汽車企業來講就是金錢。
現有的汽車車身廠家都是定期校核夾具或者對焊接後的工件進行抽檢，每次校核夾具都需要花費較多的時間，而且抽檢工件需要開發專用的檢具，主要的校核手段有三坐標測量儀、測量機械手、雷射跟蹤儀、樣板檢具等，這些檢測手段都是定期檢查夾具的關鍵控制點或者對產品進行抽檢，都需要停機檢測，不屬於實時在線檢測，並且檢測時需要花費比較長的時間，另外這些檢測方法所使用的設備成本非常高，而且不易維護。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題就在於針對現有技術存在的技術問題，提供一種結構簡單、操作簡便、成本低廉、特別是能夠在車身生產流水線上對焊裝夾具的位置進行實時檢測的一種汽車車身焊裝實時在線檢測裝置。
為了解決上述技術問題，本實用新型提出的解決方案為一種汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，其特徵在於它包括與汽車車身生產流水線上的焊裝夾具相連的探頭以及控制盒，該探頭通過電纜與控制盒相連；所述控制盒包括控制器、模數轉換單元、存儲單元、人機對話單元以及電源單元，模數轉換單元一端與探頭相連，另一端與控制器相連，存儲單元和人機對話單元與控制器相連，用來給控制盒各部件供電的電源單元與控制器相連。
所述檢測裝置還可進一步包括報警單元，該報警單元與控制器相連。
所述探頭採用回彈式探頭。
所述人機對話單元包括鍵盤和顯示屏。
與現有技術相比，本實用新型的優點在於1、本實用新型的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置的方法原理簡單，將檢測部分與夾具部分連接在一起，將檢測與流水線融合成為一體，這樣不僅能夠實時檢測到車身生產流水線上工件的位置信息，對焊裝夾具的定位精度進行判斷，而且能夠在整條流水線上各個重要環節都進行即時的檢測，從而避免了由於焊裝夾具精度的下降導致流水線上出現成批不合格產品的現象，對於夾具可以進行在線監測，當夾具定位點偏移許可位置時，系統會報警，同時顯示偏移數據，對單個定位點進行調整就可以達到實時糾錯的效果，從而省略了對夾具進行定期校核的必要性；對於焊接工件可以進行在線實時測量，達到精確測量工件關鍵控制點的目的，從而省略後段的檢具測量；2、本實用新型的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，結構簡單、操作簡便，可以方便地嵌入到夾具裡面，和夾具結為一體，從而使檢測系統的測量頭能夠對夾具定位點或者工件的關鍵控制點進行實時地高精度測量和誤差監視，直接在焊裝生產線上完成對夾具或者工件的測量。對於夾具可以進行在線監測，當夾具定位點偏移許可位置時，系統會報警，同時顯示偏移數據，對單個定位點進行調整就可以達到實時糾錯的效果，從而省略了對夾具進行定期較核的必要性；對於焊接工件可以進行在線實時測量，達到精確測量工件關鍵控制點的目的，從而省略後段的檢具測量。
圖1是本實用新型檢測裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型檢測裝置電路控制盒的框架原理示意圖；圖3是本實用新型檢測裝置控制器的電路原理示意圖；圖4是本實用新型檢測裝置模數單元的電路原理示意圖；圖5是本實用新型檢測裝置人機對話單元的電路原理示意圖；圖6是本實用新型檢測裝置存儲單元的電路原理示意圖；圖7是本實用新型檢測裝置報警單元的電路原理示意圖。
圖例說明1、工件2、定位銷3、探頭伸縮部 4、基體
5、夾具基座6、屏蔽電纜7、控制盒 8、探頭具體實施方式
以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。
如圖1和圖2所示，本實用新型實施例中的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置包括探頭8和控制盒7，該探頭通過屏蔽電纜6與控制盒相連，該控制盒包括控制器、模數轉換單元、存儲單元、人機對話單元以及電源單元，本實施例中，採用三個結構相同的探頭8，模數轉換單元一端與探頭8相連，另一端與控制器相連，將三個探頭8(D1、D2、D3)收集到的位置信息經過選擇開關單元和A/D轉換並傳送給控制器；存儲單元和人機對話單元與控制器相連，人機對話單元包括鍵盤和顯示屏，該顯示屏上能將探頭8(D1、D2、D3)採集到的位置信息並行的顯示出來，如圖中所示的A1、B1或A2、B2或A3、B3。該探頭8內設有位置信息採集裝置，例如位移傳感器等，在較佳實施例中採用「回彈式」的探頭8，該探頭8內的傳感器採用京海泉傳感科技有限公司生產的MA-2.5型號的傳感器，探頭伸縮部3可在探頭8的基體4內，正常狀態下，伸出探頭基體4外。這種「回彈式」的探頭8使用壽命長，工作可靠，其使用壽命一般可以達到千萬次數量級，而且探頭8最高測量精度可以達到0.01mm，檢測精度高，也可以根據需要選用不同精度的探頭8；通過該探頭8以及與其相連的控制盒7可完全實現車身焊接生產線的100％實時檢測並進行定性和定量識別，減少後續的檢具檢測工作，針對某些工件1甚至可以取消焊接後的檢具檢測工序。該探頭8可以採用固定式或移動式的連接方式與焊接夾具相連，固定座採用「固定式」和「移動式」兩種。「固定式」是通過採用在周圍固定件上鑽孔來固定「回彈式探頭」，這種方式適用於剛性生產線，即所焊接的車型固定不變，優點是成本低，缺點是一經固定，不易拆卸。「移動式」是利用一種類似於磁性表座的磁性裝置，通過利用轉動開關來控制固定吸力的有無，並且固定吸力大，方向集中，不會干擾「回彈式探頭」的工作。其優點是移動方便，適合柔性化加工的生產線。缺點是成本相對要高一些。
如附圖3所示，本實用新型控制盒7的控制器U1採用89S52晶片。為了提高抗幹擾性，使用了四腳晶振U2。為了今後系統的擴展和二次開發，擴展了外部數據存儲器U3採用62256晶片和數據地址鎖存器U4採用74LS373晶片。控制器U1晶片內部具有8K的Flash ROM，可以不再外擴片外ROM。控制器U1的P0和P2口用於對數據地址鎖存器U4和外部數據存儲器U3進行數據的讀取和存儲。因為控制器U1晶片的P0口是地址數據分時復用，所以必須另加數據地址鎖存器U4進行地址鎖存，才能保證正確的讀寫外部數據存儲器U3中的數據。為了能最大限度的保證為單片機提高一個穩定的系統時鐘信號，使用了四腳晶振U2。
如附圖4所示，本實用新型控制盒7的模數轉換單元，將連續的模擬量(位移)轉換為離散的、控制器U1可以處理的數字量。模數轉換模塊中要注意以下兩個問題一是傳感器和模數轉換模塊之間的輸出量和輸入量之間的匹配問題，另外就是實際需要的精度和模數轉換模塊的解析度之間的搭配問題。為了能達到0.01毫米的精度，我們選用了高解析度的AD晶片。該AD晶片U5採用-TLC1550晶片，為了提高系統的性價比，採用了兩塊多路選通開關晶片U6、U7-DM74150。這樣就可以通過控制多路選通開關晶片U6和U7來選擇不同的輸入模擬信號來進行轉換，最終實現用一片AD晶片U5就可完成多路模擬信號的轉換。同時利用控制器U1的P1口中的P1_0、P1_1、P1_2、P1_4、P1_5、P1_6來進行對U6和U7的控制。對AD晶片U5的控制是通過U1的P0口和P2_0、P2_1、P2_2、P2_3來完成的。
如圖5所示，本實用新型控制盒7的人機對話單元，人機界面模塊由鍵盤和顯示裝置組成。顯示部分主要是給操作人員提供必要的信息，如工件位移量的變化實際位移量和給定位移量之間的差值以及顯示出操作人員所設定的某些參數等等。鍵盤為操作人員修改系統參數提供了途徑。為了提高系統的性價比和減小整個系統的體積，使用了集鍵盤顯示功能一體的集成晶片U8-HD7279。該晶片功能強大，由一塊晶片即可完成顯示和鍵盤的所有功能，所需外部元器件少，外部連接電路簡單。只使用了控制器U1的P1_7和P1_6兩個IO口。
如圖6所示，本實用新型控制盒7的存儲單元，為了能夠在系統斷電之後也能保持數據，使用了電可擦寫ROM晶片U9-24C16。電可擦寫ROM晶片U9容量達到32K，可以存儲大量的數據，而且使用方便，所要求的I/O口線少，僅僅使用了兩根。為了提高晶片在讀寫時的穩定性，使用了上拉電阻。
如圖7所示，本實用新型控制盒的報警單元，使用發光二極體進行報警，利用控制器U1-89S52的P1_5來進行控制，圖中U10為高亮度發光二極體。
工作原理本實用新型的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置採用的檢測方法為首先將帶有位置信息採集裝置的探頭8與汽車車身生產流水線上的焊裝夾具連接在一起，當焊裝夾具對工件1進行定位時，利用探頭8採集夾具上所夾工件1或夾具的位置信息，然後將該位置信息傳送到與探頭8相連的控制器，控制器上將對位置信息轉化後的信號進行誤差識別和判斷，並將結果輸出。該檢測方法主要對汽車車身焊裝進行在線檢測，在車身生產的流水線上，當具有焊接關係的多個零件被安裝到夾具上夾緊完成工件1的定位時，利用嵌入或以其他方式與夾具相連的探頭8接觸工件1或者夾具的檢測點，通過探頭8內的位置信息採集裝置將收集到的位置信息轉化為位置信號傳送給控制器，然後通過控制器進行誤差識別和判斷，並將結果輸出。該輸出的結果信息可以反饋給焊接機械手作為工作信號，也可以直接顯示出來為生產線工人提供參考。對於檢測到的數據可以定量的顯示結果，也可以定性的進行結果輸出，並且還可進一步進行聲光報警。參見圖1所示的實施例，在車身生產的流水線上，當工件1放在夾具上時，由夾具的定位銷(鉗)2定位完成工件1的夾裝定位，本實用新型檢測裝置採用一個或多個「回彈式探頭」置於各個檢測點，該「回彈式探頭」的基體4則安裝在夾具基座5上，探頭伸縮部3則固定在定位銷2上，工件1完成裝夾定位後「回彈式探頭」就可立刻測量到定位銷2的位置，並將該位置信息轉化為位置信號通過屏蔽電纜6將信號輸入到控制盒7，完成檢測結果的輸出，即顯示測量結果，並進行誤差識別。在控制盒內，當工件1在夾具上完成定位後，控制器首先上電自檢，然後調用人機對話單元獲得相應的設置參數，比如各個位移傳感器的相對零點和最大運行誤差，接下來調用數據存儲模塊，通過人機界面所設置的數據保存在EEPROM中；探頭內的位置信息採集裝置，將採集到的工件1或夾具的位置信息轉化為位置信號，然後通過數據轉化單元將該位置信號轉化為數位訊號並傳送給控制器，確定相應的輸出量後調用人機對話單元，將相應的輸出量輸出。為了方便操作，使用了將關鍵設定數據進行存儲，在系統斷電之後不會丟失，在系統重新上電之後，將會把上一次所設定和保存的數據復原，從而節省了時間。還可通過人機對話單元在控制盒的存儲單元內設置能夠設定報警的上下限，當超過該範圍之後，利用報警單元發出燈光或聲音報警，提示操作人員進行檢查，避免在車身焊接過程中產生超出許可範圍的偏差從而影響整車的焊接精度。
權利要求1.一種汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，其特徵在於它包括與汽車車身生產流水線上的焊裝夾具相連的探頭以及控制盒，該探頭通過電纜與控制盒相連；所述控制盒包括控制器、模數轉換單元、存儲單元、人機對話單元以及電源單元，模數轉換單元一端與探頭相連，另一端與控制器相連，存儲單元和人機對話單元與控制器相連，用來給控制盒各部件供電的電源單元與控制器相連。
2.根據權利要求1所述的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，其特徵在於所述檢測裝置還可進一步包括報警單元，該報警單元與控制器相連。
3.根據權利要求1或2所述的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，其特徵在於所述探頭採用回彈式探頭。
4.根據權利要求1或2所述的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，其特徵在於所述人機對話單元包括鍵盤和顯示屏。
5.根據權利要求3所述的汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，其特徵在於所述人機對話單元包括鍵盤和顯示屏。
專利摘要本實用新型公開了一種汽車車身焊裝實時在線檢測裝置，它包括與汽車車身生產流水線上的焊裝夾具相連的探頭以及控制盒，該探頭通過電纜與控制盒相連；所述控制盒包括控制器、模數轉換單元、存儲單元、人機對話單元以及電源單元，模數轉換單元一端與探頭相連，另一端與控制器相連，存儲單元和人機對話單元與控制器相連，用來給控制盒各部件供電的電源單元與控制器相連。本實用新型結構簡單、操作方便、成本低廉、能夠實現在車身生產流水線上對焊裝夾具的定位進行實時檢測。
文檔編號B23Q17/22GK2841224SQ20052005259
公開日2006年11月29日 申請日期2005年11月30日 優先權日2005年11月30日
發明者韓旭, 莫旭輝, 劉桂榮, 李自強 申請人:湖南大學