油氣懸掛液壓系統裝配防錯設計應用

吳亞渝，高立強，符 亭，薛 磊，劉 芳，唐中帥，羅其貴

(1.重慶鐵馬工業集團有限公司，重慶 400050；2.中國兵器工業新技術推廣研究所，北京 100089)

在傳統的裝配生產中，很多裝配檢測工序和控制質量的環節都是通過人工目測完成，但是車間工人長期進行高強度的重復工序會產生疲勞感，很容易引發錯誤，這樣一來，產品裝配質量不穩定，導致產品不合格率上升[1]。隨著工業的不斷發展和自動化水平的提高，高端智能制造與先進檢測技術已經成為裝備制造業一個重要的發展方向[2]。傳感器技術的發展已經非常成熟，利用不同類別的傳感器的合理組合配置，可實現不同功能的防錯設計及應用。

1 油氣懸掛液壓系統裝配介紹

油氣懸掛液壓系統裝配中主要裝配動作有：研磨、測量、壓裝、擰緊、涂膠、注脂等，目前完全依靠人工作業，工人勞動強度大，產品質量控制差。

針對裝配過程中的拿取動作、有無判斷、正反識別、物料信息等合理配置各類傳感裝置實現防錯控制(見圖1)，利用接近傳感器判斷工裝拿取動作、光電傳感器判斷工件有無、視覺拍照判斷密封圈凸臺朝向、掃碼識別物料信息等[3]。防錯控制設計的要義是“自然”，即適宜順其自然的裝配動作，無多余操作，無錯誤判斷。

圖1 防錯控制

2 防錯技術介紹

防錯是指在裝配作業過程中，能夠識別、警示并消除錯誤的人工和自動操作的技術手段、管理方法，實現方式有多種，比如：限位開關、視覺系統、條形碼系統、智能料架、光電傳感器、機械防錯等[4]。應用于機械零件裝配過程的防錯技術主要有如下幾類[5]。

1)定性的防錯。

通過圖像識別技術及光電傳感器、限位開關、壓力傳感器、接近開關等檢測設備的邏輯判斷控制等達到防錯的目的，主要應用場合有傳感器感應檢測、壓力行程檢測、導向擋塊、光柵防錯和輔助工裝夾具防錯等。

2)定量的防錯。

通過探測用的感應傳感器或者其他測量技術檢測不同產品中較大差異的零部件參數，從而達到防錯的目的。

3)物料防錯。

物料防錯包括使用掃描槍、色標、分區域等措施實現待裝零件的分類存儲、有方向性的擺放以及預防零件的拿取錯誤，確保裝配零件的正確性[6]。

4)人工防錯。

人工防錯包括建立標準的操作流程和范圍、零件目檢及在線測量糾錯等措施。

防錯技術的特征[7]：1)能夠發現潛在問題，防錯技術本身就具備較強的預防性，其存在的意義之一就是能夠及時發現潛在問題，可以說防錯技術創立的主要邏輯之一就是發現問題、分析問題、解決問題、總結分析；2)消除產品產生缺陷的影響因素，防錯技術對產品的錯誤生產進行預防，能夠減少相應的經濟損失[8]。但是倘若想從根本上避免錯誤的發生，就應該從根本上消除或者預防錯誤產生的原因[9]。防錯技術的應用恰好能夠從源頭分析錯誤產生的原因，對這些不利因素進行合理、恰當的處理[10]。

3 防錯應用實例

3.1 基于光電傳感器的防錯控制

3.1.1 關節軸承裝配過程分析

關節軸承裝配過程如圖2所示，包括軸承壓裝和上下兩個擋圈裝配。一方面如果裝配時工件未放置水平，會出現軸承壓裝損傷的情況；另一方面，軸承兩端均需壓裝擋圈，裝配過程易出現擋圈漏裝的情況。這兩方面的情況影響裝配質量。

圖2 關節軸承裝配過程

3.1.2 關節軸承防錯控制邏輯設計

利用紅外線傳感器檢測工件放置水平狀態和放置位置狀態，控制器接收紅外線傳感器檢測信號，控制邏輯設計如圖3所示。系統初始化，裝配開始，放置工件；控制器讀取紅外線傳感器檢測信號，判斷工件放置是否水平；若結果為否，則系統鎖定并發出調整工件位置信號；若結果為是，則放置擋圈至指定位置，控制器讀取紅外線傳感器檢測信號，判斷擋圈放置是否到位；若結果為否，則系統鎖定并發出重新放置擋圈信號；若結果為是，則控制器輸出氣缸和伺服電動機控制信號，執行裝配動作；180°翻轉工件放置；控制器讀取紅外線傳感器檢測信號，判斷工件放置是否水平；若結果為否，則系統鎖定并發出調整工件位置信號；若結果為是，則放置關節軸承、擋圈至指定位置，控制器讀取紅外線傳感器檢測信號，判斷關節軸承、擋圈放置是否到位；若結果為否，則系統鎖定并發出重新放置關節軸承、擋圈信號；若結果為是，則控制器輸出氣缸和伺服電動機控制信號，執行裝配動作；控制器發出裝配完成信號。

圖3 關節軸承裝配防錯控制邏輯

3.2 基于視覺傳感器的防錯控制

3.2.1 密封圈裝配過程分析

密封圈裝配過程如圖4所示，包括內層密封圈和外層密封環裝配，有裝配順序和裝配方向的要求，在裝配過程中，存在漏裝、錯裝問題，影響裝配質量。

圖4 密封圈裝配過程

3.2.2 密封圈裝配防錯控制邏輯設計

利用圖像識別傳感器(視覺相機)捕獲密封圈裝配放置狀態信息，壓力傳感器匹配輔助工裝放置狀態信息；控制器通過讀取圖像識別傳感器信號，判斷密封圈裝配是否正確；控制器通過讀取壓力傳感器信號，判斷輔助裝配工裝拿取、放回是否正確；若結果為否，則系統鎖定并發出警示信號；若結果為是，則發出控制信號執行裝配。控制邏輯設計如圖5所示，選擇裝配產品型號，匹配正確的密封圈裝配信息，所述的裝配信息包括輔助裝配工裝信息、密封圈顏色、密封圈裝配放置方向、裝配流程，形成裝配信息庫；拿取錐形導向工裝，控制器讀取壓力傳感器信號，判斷錐形導向工裝是否拿取正確；若結果為否，則系統鎖定并發送工裝拿取錯誤信號；若結果為是，則開始放置內層黑色密封圈，控制器通過讀取圖像識別傳感器信號，判斷密封圈裝配放置是否正確；若結果為否，則系統鎖定并發出重新放置密封圈信號；若結果為是，則控制器輸出伺服壓機控制信號，執行裝配動作；放置外層密封環，控制器通過讀取圖像識別傳感器信號，判斷密封圈裝配放置是否正確；若結果為否，則系統鎖定并發出重新放置密封圈信號；若結果為是，則控制器輸出伺服壓機控制信號，執行裝配動作；放回錐形導向工裝，控制器讀取壓力傳感器信號，判斷錐形導向工裝放回是否到位；若結果為否，則系統鎖定并發出工裝放回未到位信號；若結果為是，則拿取整形工裝，控制器讀取壓力傳感器信號，判斷整形工裝是否拿取正確；若結果為否，則系統鎖定并發出工裝拿取錯誤信號；若結果為是，則控制器輸出伺服壓機控制信號，執行裝配動作；放回整形工裝，控制器讀取壓力傳感器信號，判斷整形工裝放回是否到位；若結果為否，則系統鎖定并發出工裝放回未到位信號；若結果為是，則控制器發出裝配完成信號。

圖5 密封圈裝配防錯控制邏輯

4 結語

本文針對油氣懸掛液壓系統裝配中幾個關鍵工件，基于現代多種類別的傳感器組合應用，完成對應防錯控制邏輯設計，通過防錯設計應用，保障了系統裝配效率、裝配質量、裝配可靠性，實現了裝配工藝技術的提升。