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伺服機械手為車輪生產帶來新突破
更輕鬆、更靈活

【作者: 台灣雄克提供】   2018年04月24日 星期二

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小至 Smart,大至悍馬,消費者對汽車的個性化需求越來越高,汽車製造商為了滿足大眾的需求,也不斷推出新的車型,導致對車輪的生產靈活性要求隨之倍增,這些輪胎在大小、重量、花紋、顏色等大量細節上,都存在差異。不僅如此,產品品質和安全要求也日益提高。


應對這樣的挑戰,位於德國達姆施塔特的申克(Schenck RoTec)公司安裝了一條完整的車輪裝配生產線,以期在符合最新品質和安全標準的前提下,高效生產各種類型的輪框和輪胎組合。針對平衡花紋的機器人輔助黏合作業,申克的平衡和診斷專家選擇使用德國雄克(SCHUNK)的高靈活度伺服機械手。



圖1 : 專為申克開發的雄克伺服電動車輪機械手,能夠靈活抓取各類型輪胎,確保精確定位及過程監控。
圖1 : 專為申克開發的雄克伺服電動車輪機械手,能夠靈活抓取各類型輪胎,確保精確定位及過程監控。

在黏合過程中,機械手會將不同的車輪置於黏合設備上方。與系統脈衝調諧的高精度黏合機器人會從環形配重線圈上截取一定重量的配重,並將其放置到輪框上由平衡系統定義的精確位置。基於此,感測器可以監控接觸壓力,最大限度提高生產流程的可靠性。和手動或半自動平衡站相比,全自動系統可以將生產率提高30%,且確保了黏合牢固可靠,新的配重可以大大減少殘餘不平衡。


機械手手指精確定位

專為該應用設計的雄克機械手系統的核心元件是雄克Delta系列主軸線性模組,該模組可滿足高力矩負荷線性運動的苛刻需求,其內置的雙輪廓型材導軌能確保最大的剛性和精度,承受高負載自然不在話下。



圖2 : 申克公司希望盡可能消除車輪的殘餘不平衡。擁有高重複精度的雄克機械手對於實現這一目標功不可沒。
圖2 : 申克公司希望盡可能消除車輪的殘餘不平衡。擁有高重複精度的雄克機械手對於實現這一目標功不可沒。

為了提高這一超平滑模組的可靠性和使用壽命,雄克專門加裝了一個固定的塑膠封條,以保持導軌和驅動元件的清潔。可調模組具有極高的恒定輸出力矩和誤差僅為+/- 0.03 mm的高重複精度,且每個鉗口的靈活行程為 285 mm,如此可以由操作人員對其進行自由程式設計,並配備不同類型的伺服電機,從而將其簡單整合到現有的控制設計中。


結合機器人製造商生產的電機,它可以迅速、便捷地整合至機器人控制器中充當第七軸,就像申克所做的那樣。除了定位機械手手指、進行在位監測之外,雄克抓取系統還能通過電流控制手指的抓取力。這樣一來,可以在抓取過程中調節胎壓,消除因輪輞空腔或閥門漏泄等因素造成的壓力損失。


圖3 : 一旦發現車輪某處不平衡,單獨定義的平衡塊就會固定到粘合站。可以通過預先設置機械手手指來匹配不同尺寸的車輪,從而優化週期時間。
圖3 : 一旦發現車輪某處不平衡,單獨定義的平衡塊就會固定到粘合站。可以通過預先設置機械手手指來匹配不同尺寸的車輪,從而優化週期時間。

申克公司車輪生產線經理Andreas Peinelt認為,和傳統的氣動方案相比,機電式抓取系統具有相當大的優勢:「我們選擇了雄克的伺服電動機械手是因為它可以整合多種功能。通過接收由伺服驅動器發送的位置回饋,我們可以預先設置機械手手指的位置,從而實現週期時間的最優控制。保持力矩能確保車輪在緊急停機或防護門打開的情況下被牢牢抓住,不會掉落。」此外,和氣動機械手相比,機電抓取系統更為小巧靈便,安裝成本也低得多。



圖4 : 在全自動操作中,車輪機械手按隨機順序抓取各類車輪,並把它們精確地固定到粘合機器人上方。
圖4 : 在全自動操作中,車輪機械手按隨機順序抓取各類車輪,並把它們精確地固定到粘合機器人上方。

雖然目前車輪平衡仍需通過人工方法實現(工人將不同大小的平衡塊黏貼到標記的位置),但現代系統越來越趨向實施全自動化的解決方案。「沒有哪名工人能連續 8 個小時以完全相同的接觸壓力貼裝平衡塊。這就是為何越來越多的原始設備製造商希望採用接觸壓力可驗證、可記錄的全自動化解決方案。」


機電一體化優勢眾多

據申克公司的專家估計,機器人技術和機電一體化是車輪生產的大勢所趨,其原因在於,越來越多的車輪專案佈局需求無法通過單純的機械化解決方案實現。尤其在高端市場,客戶巨細靡遺地要求個性化,這種趨勢對整體車輪的影響比對任何其他汽車組件的影響都大。


「如果想在同一條生產線上混合生產各種獨具特徵的車輪,機器人和機電元件需要高度靈活,在最大化差異的同時實現最高層次的標準化。像這樣的應用可以由兩個機器人的全自動化方案或一個機器人配合工人的定制化方案來實現。」在後一種方案中,車輪會被機器人旋入,再由工人將平衡塊黏貼到由鐳射標記定位的補償點上。這種方式的優點在於符合人體工程學,車輪位置可以根據具體的工人身材而逐個調整。



圖5 : 機器人技術和機電一體化是車輪生產的大勢所趨(圖片來源:Schenck RoTec)
圖5 : 機器人技術和機電一體化是車輪生產的大勢所趨(圖片來源:Schenck RoTec)

此外,機電式機械手系統還具有較高的能源效率,磨損率也因能源鏈的精簡而降低,而且能實施監控,在系統維護或癱瘓的情況下能快速切換模組,釋放的噪音和顆粒更少,切斷電源還能節約能源,並始終對生產過程進行記錄。由於機電元件價格正大幅度下降,Andreas Peinelt 預測,機電式抓取系統的份額在未來幾年內將明顯擴大。


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