強震儀機械擺自動化裝配流水線的實現

苑金金 吳瓊 廖奎 張瑾鵬 申喆

摘要：目前，由勞動者手工作業的裝配任務可由機器人代替，并且裝配質量更好，效率更高，但在機械擺的裝配上還未能實現。我國是地震頻發的國家，隨著科技發展，國家富強，需要生產出一批質量上層、高精度的地震計。自動化裝配減少了人為因素，提升了生產環境。文章通過an sys模擬仿真，PLC控制系統，組裝調試，實現了機械擺自動化裝配。

關鍵詞：自動化裝配；機械擺；強震儀

近十幾年的發展中，國內國外涉及強震儀的技術都在迅速發展著，從一代輸出模擬電信號，由模數轉換器直接轉變成數字量信號之后記錄在數字磁帶上，到二代強震儀較一代新增自動增益控制和事前存儲功能，它改進了觸發算法，從而大大提高了儀器的可靠性，然后是三代的強震儀，它用處理器芯片替換了控制邏輯，使得地震儀不僅可以用在地震工程上，而且使其他相關地震的應用也變成了可能，最后到四代改用固態存貯器，大大方便了數據存儲。

隨著對強震儀性能要求的提高，機械擺自動化裝配變得迫切。目前強震儀機械擺的裝配，仍然主要采用手工作業以及半自動化的作業方式，這就使得在涉及裝配工藝的時候具有一定的盲目性，這兩種裝配方式往往由于都是采用先組裝、后測試的方式，再加上裝配人員的操作方式和習慣、熟練程度，從而導致生產出一批一致性差、效率低，匹配不合格的強震儀機械擺[1]。針對這種現象，就需要我們了解傳統裝配工藝，尋找出強震儀機械擺裝配過程中的不確定因素，對裝配的不確定因素進行分析，然后提出可行的控制方法，最后依托工業機器人技術，研究出符合現代要求的一條行之有效的強震儀機械擺自動化裝配流水線。

1 方案概述

本設計的目的是研究出符合現代要求的一條行之有效的強震儀機械擺自動化裝配流水線。本次項目主要設計的流水線包括三大模塊（見圖1）：（1）上料模塊，主要負責完成強震儀機械擺元器件的傳遞運輸，從而使各部分元器件能夠移動到自己的工作范圍內。（2）取料模塊，主要負責把強震儀機械擺的組成部件從上料模塊上移動到工作臺上，起到一個中間過渡過程。（3）組裝模塊，它是這3個模塊中最重要的部分，該部分是用螺絲J1或焊槍把各個部分固定好，在這些元器件的配合下實現自動化裝配。

2 自動化裝配流水線實現過程

2.1強震儀機械擺儀器誤差

儀器誤差的來源有很多，按照誤差出現的規律，可以把誤差分為系統誤差和隨機誤差，系統誤差是在條件改變時按一定規律變化的誤差，引起該類誤差的主要因素是材料、零部件及工藝的缺陷，而隨機誤差是多次測量一個值時，以不可預定的方式變化的誤差，它主要是由連接件的彈性形變以及制造引起的，隨機誤差與設計本身和材料本身、加工尺寸、相互位置等儀器的制造過程有關，隨機誤差是不可避免的[2]，而在強震儀機械擺自動化裝配過程中，主要產生的是隨機誤差，除去儀器零部件的制造精度會產生誤差外，裝配過程中各零部件之間的相互位置、零部件之間的貼合程度等都是產生誤差的原因[3]。

2.2前期自動化裝配

用solidworks軟件做出強震儀的整體模型（見圖2），再導入到ansys軟件中進行有限元分析，將整體劃分成網格，在電容板螺紋孔周圍添加約束，給簧片施加不等的應力，分別得出簧片受力情況。然后進行數據分析和合理編程，從而使機械手臂對各部分元器件進行相應施力，最后實現自動化裝配流水線。

2.3后期裝配過程

我國目前采用的裝配方式大多為人工裝配，即手工操作，而我們采用的自動化流水線裝配則是通過芯片控制、機械裝置等將零件進行組裝。如此一來，既解放了勞動力，又能提高生產環境和工作效率，能大批量生產出高質量、穩定性強、一致性良好的強震儀機械擺[4]，自動化流水線由兩部分組成：控制和執行，控制部分采用PLC，一種可編程的控制器：而執行模塊則由工業機器人、機械裝置等構成。自動化裝配組成如圖3所示。

控制單元：采用可以自我控制、能量自給的工業機器人，基本由主體、驅動系統、控制系統組成，基座與執行機構構成主體，包括手部、腕部、臀部、運動自由度；而驅動系統就是肌肉和骨頭，與它們共同配合完成任務；控制系統則相當于大腦，發出控制指令。當它接收寫入的程序后，如同人類手臂接收大腦指令一般，可自行按照指令完成任務。他可隨著指令的不同改變任務內容。 執行單元：編輯控制器PLC為主，構成控制器，主要由處理器、存儲單元、I/O端口、電源、通信、擴展接口等模塊構成，且程序編寫簡單，體積小，抗擾強等。大多配合邏輯控制器件使用，一般組成部分是傳感器、氣爪、馬達等[5]。

2.4裝配過程

地震計機械擺自動化裝配流水線主要由供料單元、檢測單元、加工單元、搬運單元、分揀傳送單元、提取安裝單元以及操作手單元這7個不同的模塊單元組成，每個單元的具體作用需根據實際情況進行調節。

上料模塊由上料開關控制，就如前面說的來一個上料信號，上料模塊就上料一次，按第一下開關時，擋門打開，上送線圈，按第二下時開關，簧片壓片料斗擋門打開，上一組簧片壓片，按第三下上料開關時，電容板3料斗打開，上電容板3，按第四下上料開關時，簧片壓片料斗打開，上一組簧片壓片，按第五下上料開關時，簧片料斗打開，上一組簧片，按第六下上料開關時，簧片壓片料斗打開，上一組簧片壓片，按第七次上料開關時，電容板2料斗打開，上電容板2，按第八次上料開關時，小柱料斗打開，上一組小柱，按第九次上料開關時，電容板1料斗打開，上電容板1，按第十次上料開關時，又是線圈料斗打開，上線圈。流水線模塊簡圖如圖4所示。裝配過程如圖5所示。

取料模塊如圖6所示，機器手最初位于在A的上面，打開取料開關后，機器手先下降，降到設計的地方，再拾取物件，拾取到后再往上移動，移動到射擊的位置后再向右，到位后再往下移動，到位后再放開，放開后再向上移動，到位后再往左回到原來的位置，做完這些，就實現了物件從臺A到臺B的搬動。

組裝模塊如圖7所示。如果l表示向右移動，2表示向左移動，3表示下降，4表示上升，5表示組裝，那么按下組裝開關后，組裝模塊會完成1-3-5-4-2這組動作，直到下一次按下組裝開關，則又重復完成這一組動作。

3 結語

本文由強震儀機械擺原始的手工裝配的現狀以及缺點，引出自動化流水線裝配的優點，設計原理、結構及實現過程。根據強震儀的結構，用solidworks軟件模擬出強震儀基本模型，再用ansys分析受力，從而得出理想受力情況，最后將結果引入可編程的PLC程序中，配合所設計的流水線結構和特殊的工業機器人完成自動化流水線的裝配，其中流水線的設計和可編程語言的設計是本文的重點。

[參考文獻]

[1]張習文.微小型加速度計的精密裝配及影響性能的因素研究[D].大連：大連理工大學，2013

[2]林賢軍，劉志偉，劉建啟，等裝配扭矩影響因素分析研究[J].機車車輛工藝，2014 （2）：6-8

[3]宗光華，孫明磊，畢樹生，等.宏-微操作結合的自動微裝配系統[J].中國機械工程，2005 （23）：2125-2130

[4]趙建朋基于PLC控制的化油器自動化生產線研究[D].沈陽：沈陽航空航天大學，2011

[5]姜家宏.平面關節型機器人結構優化研究[D].沈陽：東北大學，2010