精密测量和自动化装配解决方案

王虎 张庆光 刘振

山推工程机械 股份 有限公司   山东 济宁   272000

摘要：进入新时代后，随着社会经济快速发展，机械装配得到了人们的广泛关注，而要想进一步提高生产效率与装配水平，就必须增强其自动化程度。因此，必须了解机械装配自动化实现的意义，并从运用状况、制造环节运用、具体运用范围以及运用形式等方面入手，详细探究现代化背景下的机械装配自动化及运用，确定机械装配自动化的发展趋势，提高机械装配质量，从而促进我国机械生产行业更好发展。

关键词：机械装配自动化；精密测量；解决方案

引言

随着我国社会的不断进步，工程机械行业得到了快速的发展，对我国的国民经济的提升起到了重要的积极意义。与过去的模式相比较，在进行焊接、机械加工、装配时，要借助更多的辅助设施。所以，就需要较长的加工周期和生产周期。在如今竞争激烈的市场环境中，要想取得一席之地，就要进行改革和创新。因此，必须优化工程机械装配工艺。

1现代化的机械装配自动化概念及意义

机械部件是现代机器维护和生产领域生产设备的重要组成部分。它主要使用装配技术以逻辑方式连接或装配符合特定机械部件要求的机械零部件，最后得到具有所需功能的机械设备。在机械行业中，手动装配过程越来越重要，这是由于工作人员的实际运行时间和生产效率无法满足工厂要求的复杂和劳动密集型行业知识。因此，现代机械部件越来越重要，因为机械部件的自动化程度逐渐提高，管理和生产成本降到最低，适应现代化的速度。另一方面，自动实现为水线模型的实现提供了强有力的保障。这部分通过机械化降低了员工的劳动强度。如果将其应用到生产工作量上，可以有效地满足利益需求，最大限度地减少生产过程中意外结果的不利影响，如疏忽、疲劳、情绪或客观性。

2装配工艺的特点

装配工艺对于制造机器是必不可少的。本节虽然没有特别高的处理要求，但也必须引起注意。装配工艺的可靠性直接保证了机械制造的后处理。能够降低人工成本，提高生产率。第一，近年来，我国城市化进程迅猛发展，项目数量增加。与此同时，市场需要的机器越来越大。当主体变大时，元件也会变大，从而使移动变得更加困难和灵活。第二，机构一旦达到中等以上的零件，就会有不同的、不同的类型和元件作用不同。零件数量非常大且复杂，包括数万个零件。如果需要精度，则设备还必须具有关联零件，例如橡胶塑料。不难看出，把各种角色、形状和大部分从小组合成一个整体是多么劳动密集型。在装配过程中，还必须确保每个部件的合法性和有效性以及最终产品的可靠性。即使拥有足够的人力、充足的时间和过高的硬件质量，装配质量仍然是一个难题。市场发展的需求今天再也不能满足了。某些工程设备太大，通常使用较少，无法产生大量输出。比如商用起重机，工厂生产数百个，少于几十个，十个；最后，机械部件不仅包括机械零部件的装配，还包括电子零部件的装配。它涉及许多形式。

3零部件精密快速测量功能

在产品装配之前，往往需要对各零部件进行检测，主要包括各零部件外形尺寸、接口尺寸、平面度、垂直度等的检测，确保其进入装配过程前各项机械尺寸符合设计要求，若不合格则进行剔除并替换，保证最终能完成产品整体装配。另一方面，测量结果可以导入数据库建立产品数据文档，以用于虚拟装配以及质量追溯。零部件精密快速测量主要采用影像测量和激光扫描的方法，使用影像分析处理技术对零部件的二维尺寸进行非接触式几何量测量，具有精度高、性能稳定、功能强大的特点。影像测量通过机、光、电、软件等几大领域的一体化设计，采用非接触的光学测量方法，测量各种零部件的几何尺寸，如长度、高度、深度、轮廓、表面形状、角度和位置等。尤其适用于各种精密工件的精确测量与质量控制，如电子零配件、精密模具、冲压件、塑胶件、PCB、LCD、螺纹、齿轮、成形刀具等。激光扫描主要采用直角坐标滑台配合激光扫描仪对零部件进行扫描，通过分析得到的三维点云数据可以计算出零部件的平面度、垂直度等三维特征参数。

4解决自动化成本较高的方案

(1)预定义的高价值项目优先。创建自动化的分层计划，以便按可行性和价值分析工厂中的多个操作系统。从简单高效的项目开始，例如：大型自动位移、自动检测和吸引制动盘，然后积累经验，挑战困难项目。(2)通过提高机器人利用率和减少自动投资，减少机器人数量。通过现场编程与布局优化相结合，可以确保布局简单灵活，从而最大限度地发挥机器人的价值。(3)使用工作站自动化减少工作站浪费。有效利用自动停机站，开发工作站自动化。通过调整作业调度，可以将不同的部件组合到一个工作站中。这就是通过机器人的三维布局实现仪表板与全景天窗装配的集成自动化。

5自动装配及实时精密测量功能

自动装配及实时精密测量功能主要实现产品关键零部件的自动精密装配，通过视觉测量的方法确定装配位置，并对机械臂进行引导从而完成装配，装配过程中可通过传感器实时感知装配压力，避免对零件造成损伤。为保证整个自动化装配过程的精度，本解决方案采用了大量的测量手段辅助引导机器人进行装配。在零部件装配前先由视觉相机对待装配零件进行拍照，配合激光扫描仪对零件接口位置进行定位，同时利用激光测距仪及校准相机对待装配零件的平面度、垂直度、位置偏差进行测量，计算得出待装配零件需要调整的姿态参数后指导机器人进行抓取和装配。

6解决自动化精度控制要求较高的方案

(1)各种可视化技术，如三维相机、激光等，可以用来解决定位和检测精度问题。要解决设备本地化和检测精度问题，需要进一步尝试应用视觉技术。与3D相机系统和激光视觉系统相比，我们发现3D相机虽然更灵活，但外部干扰更大。激光视觉系统精确但不灵活。结合了这两个自动化项目的优势，具体方法是根据现场需求组合视觉系统，或结合从简单定位PLC控制到机器人编程再到集成3D相机和激光可视化的自动化，以利用机器人的“眼睛”来解决定位和发现问题。(2)通过开发协作机器人应用程序来补充自动化。如果最终装配过于复杂，很难用机器人代替，则应考虑使用机器人进行协作。对于那些提出更高精度要求的人来说，机器人将从“安全笼子”中解放出来，人类和机器人和谐地连接在一起，使人类和机器人能够在工作中利用自己的优势。协作机器人在粘接、吸引、跟踪和装载等领域提供了更大的应用潜力。

7整机精密快速测量功能

产品总装完成后，需要对各零部件的空间结构以及其他尺寸特征进行检测，本解决方案主要采用摄影测量的方法来完成。根据不同产品结构测量需求，测量时在产品待测特征表面布设圆形定向反光标志RRT，利用核线匹配原理对各标志点进行同名点匹配，通过整体光束平差法统一进行解算，计算所有标志点的坐标，即可得到产品空间结构以及其他尺寸特征。

结束语

该解决方案中涉及的非接触大尺寸精密测量技术、视觉—机械臂精确引导技术、大负载高精度双电机同步驱动技术、复杂逻辑控制技术等成果可为目前各个行业的智能制造升级系统提供设计框架、技术与规范，提高产品生产组装的数字化、智能化水平，避免大量的重复性装配工作，缩短研制和生产周期，提升产品生产效率和企业的经济效益。可在航空航天、钢铁、3C等行业的智能组装设备中深化和推广。

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