一种汽车焊接生产线的自动上件装置的制作方法
专利名称：一种汽车焊接生产线的自动上件装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车车身焊接自动化生产线的辅助设备，具体涉及一种辅助零部件的自动上件装置，其适用于汽车全自动化机器人焊接生产线。
背景技术：
目前，汽车的全自动化机器人焊接生产线上辅助零部件的上件一般采用人工上件方式，操作人员从物料框搬取工件，然后利用夹具将工件固定到车身上的指定位置。这种上件方法的缺点是员工劳动强度大，输送效率低，不能满足自动生产线的要求，并且操作人员的人身安全没有保障，存在安全隐患。为了解决上述问题，有人发明了自动上件装置，例如，在中国专利文献上公开的一种“汽车侧围外蒙皮上件翻转机构”，公开号为CN101474731A，包括基板、设在基板上的第一本体支座和第二本体支座、分别设在第一本体支座和第二本体支座顶部左边的第一翻转轴承和第二翻转轴承、分别设在第一本体支座和第二本体支座顶部右边的第一低限位柱和第二低限位柱、分别设在基板上并位于第一本体支座和第二本体支座左侧的第一高限位柱和第二高限位柱、分别设在基板上的第一气缸座和第二气缸座及第一和第二气缸，翻转本体的前部和后部分别与第一翻转轴承和第二翻转轴承连接第一和第二气缸与翻转本体连接。上件时，操作人员只需将工件放置在翻转本体上，然后通过气缸推动，翻转本体向上翻转，使工件到达指定的焊接位置。上述自动上件装置可保证操作人员的人身安全，降低事故隐患，并提高工件的输送效率，但同时存在以下不足由于工件是通过翻转的方式上升到指定位置的，因此需要有相应的夹持机构固定工件，因而无法采用生产线的机器人通过抓料夹具自动抓取，由于不同的车型以及工件之间所需的高度等位置参数是不同的，而工件的最终定位是直接通过上件装置完成的，因而上件装置不能适应不同车型、不同工件的上件需要。另外，上件过程是单件依次上件，不能一次多件，因此操作人员必须始终驻立在上件装置旁侧，并且操作人员需要不停地在放置工件的货架和上件装置之间来回走动，因而造成操作人员的劳动强度大。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的手工上件效率低、存在安全隐患，以及自动上件装置不能适应不同车型、不同工件的上件需要、并且操作人员的劳动强度大的问题，提供一种汽车焊接生产线的自动上件装置，该装置能适应生产线的机器人通过抓料夹具自动抓取工件，从而能满足不同车型、不同工件的上件需要，并且可显著降低操作人员的劳动强度。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座、可移动的物料架，所述物料架的上部设有若干有序排列的工件定位支架，所述基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔，容纳凹腔内设有导向机构，所述物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，基座上还设有顶升物料架的顶升装置以及控制顶升装置动作的控制器，在顶升装置与物料架之间设有定位物料架的定位机构。本发明的自动上件装置采用分体结构，其中的基座可固定设置在焊接生产线旁侦牝而放置工件的物料架可采用推车一类的可移动结构，并且物料架上可同时有序地放置多个工件，由于工件是水平地定位在物料架上的，并无固定夹持机构，因此，使其适用于机器人自动焊接生产线，并且一个基座可同时配置多个物料架，不同的物料架可放置不同车型的不同工件，使整个上件装置的适用面更广。焊接时，顶升装置将物料架顶升至预定高度，生产线上的机器人即可根据事先编制的程序逐个抓取工件，等全部工件抓取完后，物料架下降，操作人员即可将其从基座的容纳凹腔内拉出，并将另一放满工件的物料架推入容纳凹腔内，顶升装置重新将物料架顶升，并继续焊接工序，无聊加的交换过程简单快速，使其能适应焊接生产线的节拍。由于操作人员可在物料架上一次性放置多个工件，因而可避免在工件堆放区和上件装置之间频繁地来回走动，有利于减轻劳动强度，提高工作效率，同时，工件堆放区与焊接生产线之间可保持一定的距离，有利于工件堆放区的布置，避免因过于靠近焊接生产线造成场地的拥挤。基座上的容纳凹腔则有利于物料架的定位。作为优选，所述物料架上的工件定位支架呈矩形阵列布置，工件定位支架包括与工件表面适配的支撑面以及和工件工艺孔适配的定位销。工件定位支架呈矩形阵列布置有利于简化机器人程序的编制，并有利于保证机器人在抓取工件时定位的准确性。作为上述优选的一种替代方案，所述物料架上部水平地设有转盘，转盘由一个步进电机驱动，工件定位支架固定在转盘上并围绕转盘的转动中心呈环形阵列布置，在物料架与顶升装置的接合部设有插接式电缆连接器，所述插接式电缆连接器一端连接步进电机，另一端连接控制器。步进电机在控制器的控制下可配合生产线的节拍做固定角度的转动，从而使机器人在抓取工件时无需调整位置，因而可极大地简化其运行程序的编制，并有利于缩短机器人抓取工件时的移动行程，因而可相应地增加物料架上工件定位支架的数量，减少物料架的交换次数。作为优选，所述工件定位支架具有一个等待机器人抓取工件的抓取工位，所述物料架上对应抓取工位以及相邻的后一个工位处分别设有检测工件位置的位置传感器。位置传感器可检测抓取工位及后一个工位上是否有工件，从而通过控制器控制转盘转动，或使顶升装置下降以交换物料架，进而避免机器人在抓取物料时出现抓空现象。作为优选，所述物料架下部两侧具有支承面，所述顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸，所述顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板，所述定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔，锥形定位销的顶端低于支承面，所述顶升气缸的缸体两侧平行地设有导向套筒，导向套筒内滑动地设有上端与顶板连接的导向杆。通过活塞杆端部的顶板顶升设置在物料架两侧的支承面，使物料架在升降时更平稳可靠，顶板上锥形的定位销具有自动对中作用，有利于其自动导向进入支承面上的定位孔中。同时，缸体两侧设置导向套筒有利于增加顶升气缸在升降时的平稳性和刚性。
作为优选，所述顶板上表面的两端设有调节螺栓，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚，调节螺栓上还设有抵靠支撑脚底面的锁紧螺母，锥形定位销设置在支撑脚的顶面。螺纹连接的支撑脚可调整其高度，并通过锁紧螺母自锁定位，从而确保物料架在升降时的平稳支撑。作为优选，所述导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧的若干滚轮，而物料架下部两侧则设有条状的导向板，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，导向板的前端呈弧形地向内弯曲，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角。前端向内弧形弯曲的导向板在物料架进入基座的容纳凹腔时具有良好的引导作用，使物料架能快速地进入容纳凹腔内，而容纳凹腔内两侧的滚轮则有利于降低物料架进出容纳凹腔时的摩擦力。特别地，两侧导向板之间具有一个夹角，使其形成V字形，因而可尽量减小滚轮与导向板之间的间隙，当滚轮之间的间距轻微地小于导向板之间的距离时，两侧的滚轮会产生一个推挤作用，使物料架轻微地向上顶起，从而与地面分离，导向板则沿着滚轮前后移动，从而可极大地提高物料架的定位精度，确保物料架被顶升装置顺利顶起。作为优选，所述顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔，连接上升腔的管路上设有一个节流器，并在节流器上旁通一个单向阀。顶升气缸将物料架向上顶起时，该单向阀导通，压缩空气可通过单向阀进入上升腔内；当物料架下降时，上升腔内的压缩空气无法反向通过单向阀，此时节流器起到节流阻尼作用，使物料架能平稳地下降，避免产生冲击，有利于提高安全性能。作为优选，所述导向杆的外侧面沿轴向设有限位长槽，限位长槽的底面设有锯齿，所述导向套筒内设有与限位长槽配合的限位销，导向套筒的外侧竖直地设有一个自锁气缸，导向套筒的上端与一自锁拨叉的中部相铰接，自锁拨叉上设有扭簧，扭簧使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，自锁拨叉另一端则与一根过渡连杆的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体通过管路与顶升气缸的进气气路联通。为了确保在遇到突发性断气等情况时物料架不会突然坠落，本发明在导向杆上设有自锁机构，首先通过限位销和限位长槽的配合，使导向杆在升降过程中避免转动；而自锁拨叉和锯齿的配合产生类似棘轮棘爪的自锁作用，由于自锁拨叉通过过渡连杆与自锁气缸的活塞杆相连接，而自锁气缸的工作腔又是和顶升气缸的气路联通的，因此，在上件装置正常工作时，自锁气缸通过过渡连杆带动自锁拨叉，使其克服扭簧的作用力与锯齿分离，导向杆可自由地升降。当遇到突发性的断气事故时，自锁气缸不起作用，此时扭簧的弹力驱动自锁拨叉并紧紧地抵接锯齿，从而实现自锁，以确保安全。综上所述，本发明具有如下有益效果能满足不同车型、不同工件的上件需要，并且可显著降低操作人员的劳动强度，动作平稳，安全性能高。
图1是本发明实施例1的结构示意图。图2是本发明中顶升装置部分的结构示意图。
图3是本发明中滚轮部分的结构示意图。图4是本发明实施例2中转盘部分的结构示意图。图中1、基座 11、容纳凹槽 12、滚轮2、物料架 21、支承面 22、万向轮23、扶手24、导向板25、转盘3、工件定位支架31、支撑面32、定位销4、顶升装置41、顶升气缸42、顶板43、导向套筒44、导向杆45、调节螺栓46、支撑脚47、锁紧螺母48、锥形定位销49、定位孔51、限位长槽52、锯齿53、限位销54、自锁气缸55、转动座56、自锁拨叉57、过渡连杆
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明做进一步的描述。
实施例1 :如图1所示，本发明的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座1、可移动的物料架2，物料架为一个长方体形的框架结构，物料架的底部在长度方向的两侧向内缩小形成台阶，使其横截面呈倒凸字形，两侧台阶处的水平面则构成物料架下部两侧的支承面21，向内缩小的底部四个边角处装有四个万向轮22，并在宽度方向靠后的一侧设置扶手23，以方便其推行。物料架向外扩展的上部顶面设有8个工件定位支架3，8个工件定位支架排成二排呈矩形阵列布置，工件定位支架上设有与工件表面适配的支撑面31以及和工件工艺孔适配的定位销32，工件被放置在工件定位支架上时，支撑面对工件构成良好的支撑，而定位销则可对工件进行准确的定位。基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔11，从而使基座大致呈凹字形，容纳凹腔内设有导向机构，物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧呈线性排列的若干滚轮12，与之相对应地，物料架下部两侧则设有条状的导向板24，导向板的前端呈弧形地向内弯曲。如图3所示，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，并且两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角，上述夹角可设置成40度至50度，其优选值为45度。前端向内弧形弯曲的导向板在物料架进入基座的容纳凹腔时具有良好的引导和自动对中作用，使物料架能方便地进入容纳凹腔内，由于两侧导向板之间成V字形设置，因而可使两侧滚轮之间的间距小于两侧导向板之间的间距3至8毫米，这样，当物料架进入容纳口腔时，两端向内弧形弯曲的导向板仍然可方便地进入到两侧滚轮之间，而两侧倾斜设置的滚轮对导向板的推力中会产生一个向上的分力，从而将物料架向上略微抬起，其四个万向轮则与地面分离，并完全消除导向板与滚轮之间的配合间隙，从而可极大地提高物料架的定位精度。此外，基座上还设有顶升物料架的顶升装置4以及控制顶升装置动作的控制器，控制器与机器人焊接生产线的主控制器相连接，从而使其可根据机器人焊接生产线的工作节拍发出相应的动作指令，以实现两者之间的动作协调一致。如图2所示，顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸41，顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板42，两侧顶板之间的距离刚好等于物料架两侧的支承面之间的距离，从而当物料架进入到基座的容纳凹腔内时，顶板可顶起支承面。顶升气缸的缸体两侧分别平行地设置一个导向套筒43，导向套筒内滑动地设置上端与顶板连接的圆柱形的导向杆44。当顶板在顶升气缸的带动下上下移动时，导向杆可同时在导向套筒内上下移动，以增加顶升气缸在升降时的平稳性和刚性。为了控制顶升气缸的动作，可在基座的容纳凹腔内设置相应的行程开关(图中未示出)，当物料架完全进入到容纳凹腔内时，行程开关即可向控制器发出信号，而控制器即可控制顶升气缸动作。需要说明的是，本发明中的顶升装置也可采用油缸代替。进一步地，如图2所示，在顶板上表面的两端固定设置调节螺栓45，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚46，通过转动支撑脚即可方便地调整其高度，确保顶板在顶起物料架时的平稳可靠。并且在调节螺栓上设置一个锁紧螺母47，当转动锁紧螺母使其抵靠在支撑脚底面时，即可对支撑脚锁定。为避免物料架在升降过程中的移位，在顶升装置与物料架之间还设有定位物料架的定位机构，定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销48、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔49，锥形定位销可直接设置在支撑脚的顶面，并且分别在两侧顶板上各设置一个，两个锥形定位销可实现物料架的完全定位，同时锥形定位销的顶端应低于支承面，以避免物料架在进入容纳凹腔时与锥形定位销发生干涉。如图2所示，为了确保在遇到突发性断气等情况时物料架不会突然坠落，本发明在导向杆上设有自锁机构，首先在导向杆的外侧面沿轴向设置限位长槽51，限位长槽的底面设置锯齿52，导向套筒内则径向地设置与限位长槽配合的限位销53，使导向杆在升降过程中避免转动。其次，在导向套筒的外侧竖直向上设置一个自锁气缸54，导向套筒的上端设有U形的转动座55，一个大致呈V形的自锁拨叉56的中部铰接在导向套筒的上端的转动座内，并且在自锁拨叉上设置扭簧(图中未示出)，扭簧的弹力使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，以便对导向杆自锁，避免其向下移动。自锁拨叉的另一端则与一根过渡连杆57的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，从而构成一个多连杆机构，避免自锁气缸的活塞杆在动作时被卡死。自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体为工作腔，该工作腔通过管路与顶升气缸的进气气路联通。因此，在上件装置正常工作时，自锁气缸的工作腔始终充满压缩空气，活塞杆通过过渡连杆拉动自锁拨叉，并使自锁拨叉克服扭簧的作用力而与锯齿分离，此时的导向杆可自由地升降。当遇到突发性的断气事故时，自锁气缸的工作腔与顶升气缸同步断气，此时扭簧的弹力即可驱动自锁拨叉复位并紧紧地抵接锯齿，从而实现自锁，以确保安全。在顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔。当物料架需要上升时，压缩空气进入上升腔内，从而通过活塞杆推动物料架上升；当物料架需要下降时，压缩空气进入下降腔内，从而通过活塞杆带动物料架下降。压缩空气的切换可通过一个现有技术的电磁换向阀实现，在此不做赘述。由于物料架本身重力的作用，使其在上升和下降时所需的作用力相差极大，在上升时，顶升气缸的作用力需要克服物料架(包括工件)的重力以及摩擦阻力，而下降时，物料架的重力与顶升气缸一起变成作用力，因此会明显地大于摩擦阻力，从而导致物料架的快速下降，一方面会产生较大的冲击，另一方面会有安全隐患，容易对操作人员造成伤害。为了确保物料架的平稳下降，在连接上升腔的管路上设置一个节流器，优选地可选用可调式节流器，以根据工件的重量变化等相应地调整其流量，同时在节流器上旁通设置一个单向阀，该单向阀的导通方向与顶升气缸在上升时的气路方向一致，因而当顶升气缸需要将物料架向上顶起时，该单向阀处于导通状态，压缩空气可通过单向阀进入顶升气缸的上升腔内，实现正常速度的上升；当物料架下降时，由于单向阀的反向截止作用，此时节流器起到节流阻尼作用，使物料架能平稳地下降，避免产生冲击，有利于提高安全性能。
本发明的自动上件装置中，基座可固定设置在焊接生产线旁侧，而放置工件的物料架可设置至少两个，首先将两个物料架移动到放置工件的货架旁，在物料架上依序放置8个工件，当一个物料架进入基座的容纳凹腔内被顶升时，另一个物料架随时准备和基座内的物料架换位。当基座内的物料架被换出后，操作人员可随即在该物料架上放置工件，以便随时和基座内的物料架换位，如此循环即可保持工件的连续上件。当然，为了适应不同车型、不同工件的上件需要，每种型号的工件均可设置相应的至少两个物料架。本发明在工作时，物料架从基座容纳凹腔的开口处进入到容纳凹腔内，此时物料架两侧的导向板与容纳凹腔两侧的滚轮形成滚动摩擦，并将物料架自动对中定位，当物料架完全进到容纳凹腔内时，行程开关起作用，向控制器发出一个到位信号，控制器即控制顶升气缸带动物料架上升至指定高度，此时焊接生产线上的机器人即可根据事先编制的程序从第一排的第一个工件开始逐个地抓取工件到指定位置进行自动焊接，其抓取顺序可按排依序进行，或者按列依序进行。当物料架上的8个工件全部抓取完后，控制器控制顶升气缸带动物料架下降，从而完成第一个上件程序，此时，操作人员即可将物料架从基座的容纳凹腔内拉出，并将另一放满工件的物料架推入容纳凹腔内，以重新开始第二个上件程序。当然，为了确保物料架的正常升降，我们还可在物料架上第八个工件定位支架下方设置一个位置传感器，当第八个工件被机器人抓取时，该位置传感器即向控制器发出一个信号，控制器即可控制升降气缸带动物料架下降以便交换。实施例2 :本发明的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，适用于机器人焊接生产线的上件，其基本结构与实施例1相同，参照附图1，包括基，1、可移动的物料架2，物料架为一个长方体形的框架结构，物料架的底部在长度方向的两侧向内缩小形成台阶，使其横截面呈倒凸字形，两侧台阶处的水平面则构成物料架下部两侧的支承面21，向内缩小的底部四个边角处装有四个万向轮22，并在宽度方向的一侧设置扶手23，以方便其推行。如图4所示，物料架向外扩展的上部顶面水平地设置一个转盘25，转盘由一个步进电机(图中未示出)驱动，以准确控制其转动角度。转盘上设有8个工件定位支架3，工件定位支架固定在转盘上并围绕转盘的转动中心呈环形阵列布置。工件定位支架上设有与工件表面适配的支撑面31以及和工件工艺孔适配的定位销32，工件被放置在工件定位支架上时，支撑面对工件构成良好的支撑，而定位销则可对工件进行准确的定位。工件定位支架具有8个工位，其中等待机器人抓取工件的为抓取工位，当位于抓取工位的工件被机器人抓取后，转盘转动一个角度，此时位于后面相邻的工位上的工件定位支架即到达抓取工位，以等待机器人的抓取。基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔11，从而使基座大致呈凹字形，容纳凹腔内设有导向机构，物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧呈线性排列的若干滚轮12，与之相对应地，物料架下部两侧则设有条状的导向板24，导向板的前端呈弧形地向内弯曲。如图3所示，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，并且两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角，上述夹角可设置成40度至50度，其优选值为45度。前端向内弧形弯曲的导向板在物料架进入基座的容纳凹腔时具有良好的引导和自动对中作用，使物料架能方便地进入容纳凹腔内，由于两侧导向板之间成V字形设置，因而可使两侧滚轮之间的间距小于两侧导向板之间的间距3至8毫米，这样，当物料架进入容纳口腔时，两端向内弧形弯曲的导向板仍然可方便地进入到两侧滚轮之间，而两侧倾斜设置的滚轮对导向板的推力中会产生一个向上的分力，从而将物料架向上略微抬起，其四个万向轮则与地面分离，并完全消除导向板与滚轮之间的配合间隙，从而可极大地提高物料架的定位精度。此外，基座上还设有顶升物料架的顶升装置以及控制顶升装置动作的控制器，控制器与机器人焊接生产线的主控制器相连接，从而使其可根据机器人焊接生产线的工作节拍发出相应的动作指令，以实现两者之间的动作协调一致。如图2所示，顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸41，顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板42，顶板之间的距离刚好等于物料架两侧的支承面之间的距离，从而当物料架进入到基座的容纳凹腔内时，顶板可顶起支承面。顶升气缸的缸体两侧分别平行地设置一个导向套筒43，导向套筒内滑动地设置上端与顶板连接的圆柱形的导向杆44。当顶板在顶升气缸的带动下上下移动时，导向杆可同时在导向套筒内上下移动，以增加顶升气缸在升降时的平稳性和刚性。为了控制顶升气缸的动作，可在基座的容纳凹腔内设置相应的行程开关(图中未示出)，当物料架完全进入到容纳凹腔内时，行程开关即可向控制器发出信号，而控制器即可控制顶升气缸动作。需要说明的是，本发明中的顶升装置也可采用油缸代替。进一步地，如图2所示，在顶板上表面的两端固定设置调节螺栓45，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚46，通过转动支撑脚即可方便地调整其高度，确保顶板在顶起物料架时的平稳可靠。并且在调节螺栓上设置一个锁紧螺母47，当转动锁紧螺母使其抵靠在支撑脚底面时，即可对支撑脚锁定。为避免物料架在升降过程中的移位，在顶升装置与物料架之间还设有定位物料架的定位机构，定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销48、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔49，锥形定位销可直接设置在支撑脚的顶面，并且分别在两侧顶板上各设置一个，两个锥形定位销可实现物料架的完全定位，同时锥形定位销的顶端应低于支承面，以避免物料架在进入容纳凹腔时与锥形定位销发生干涉。为便于控制器对步进电机的控制，在物料架与顶升装置的接合部设置插接式电缆连接器(图中未示出)，该插接式电缆连接器一端连接步进电机，另一端连接控制器。步进电机在控制器的控制下可配合生产线的节拍做固定角度的转动，从而使机器人在抓取工件时无需调整位置，简化了运行程序的编制。如图2所示，为了确保在遇到突发性断气等情况时物料架不会突然坠落，本发明在导向杆上设有自锁机构，首先在导向杆的外侧面沿轴向设置限位长槽51，限位长槽的底面设置锯齿52，导向套筒内径向地设置与限位长槽配合的限位销53，使导向杆在升降过程中避免转动。其次，在导向套筒的外侧竖直向上设置一个自锁气缸54，导向套筒的上端设有U形的转动座55，一个大致呈V形的自锁拨叉56的中部铰接在导向套筒的上端的转动座内，并且在自锁拨叉上设置扭簧(图中未示出)，扭簧的弹力使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，以便对导向杆自锁，避免其向下移动。自锁拨叉的另一端则与一根过渡连杆57的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，从而构成一个多连杆机构，避免自锁气缸的活塞杆在动作时被卡死。自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体为工作腔，该工作腔通过管路与顶升气缸的进气气路联通。因此，在上件装置正常工作时，自锁气缸的工作腔始终充满压缩空气，活塞杆通过过渡连杆拉动自锁拨叉，并使自锁拨叉克服扭簧的作用力而与锯齿分离，此时的导向杆可自由地升降。当遇到突发性的断气事故时，自锁气缸的工作腔与顶升气缸同步断气，此时扭簧的弹力即可驱动自锁拨叉复位并紧紧地抵接锯齿，从而实现自锁，以确保安全。在顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔。当物料架需要上升时，压缩空气进入上升腔内，从而通过活塞杆推动物料架上升；当物料架需要下降时，压缩空气进入下降腔内，从而通过活塞杆带动物料架下降。为了确保物料架的平稳下降，在连接上升腔的管路上设置一个节流器，优选地可选用可调式节流器，以根据工件的重量变化等相应地调整其流量，同时在节流器上旁通设置一个单向阀，该单向阀的导通方向与顶升气缸在上升时的气路方向一致，因而当顶升气缸需要将物料架向上顶起时，该单向阀处于导通状态，压缩空气可通过单向阀进入顶升气缸的上升腔内，实现正常速度的上升；当物料架下降时，由于单向阀的反向截止作用，此时节流器起到节流阻尼作用，使物料架能平稳地下降。本发明的自动上件装置中，基座可固定设置在焊接生产线旁侧，而放置工件的物料架可设置至少两个，首先将两个物料架移动到放置工件的货架旁，在物料架上依序放置8个工件，当一个物料架进入基座的容纳凹腔内被顶升时，另一个物料架随时准备和基座内的物料架换位。当基座内的物料架被换出后，操作人员可随即在该物料架上放置工件，以便随时和基座内的物料架换位，如此循环即可保持工件的连续上件。当然，为了适应不同车型、不同工件的上件需要，每种型号的工件均可设置相应的至少两个物料架。本发明在工作时，物料架从基座容纳凹腔的开口处进入到容纳凹腔内，此时物料架两侧的导向板与容纳凹腔两侧的滚轮形成滚动摩擦，并将物料架自动对中定位，当物料架完全进到容纳凹腔内时，行程开关起作用，向控制器发出一个到位信号，控制器即控制顶升气缸带动物料架上升至指定高度，此时焊接生产线上的机器人即可根据事先编制的程序从物料架上位于抓取工位处的第一个工件定位支架上抓取工件；然后控制器控制步进电机转动45度，此时，后面相邻工位上的第二个工件定位支架转到抓取工位，等待机器人的抓取。当物料架上的8个工件定位支架上的工件全部抓取完后，控制器控制顶升气缸带动物料架下降，从而完成第一个上件程序，此时，操作人员即可将物料架从基座的容纳凹腔内拉出，并将另一放满工件的物料架推入容纳凹腔内，以重新开始第二个上件程序。当然，为了确保物料架的正常升降，我们还可在物料架上设置两个位置传感器，其中一个位置传感器位于物料架上抓取工位的下方，另一个位置传感器则位于相邻的后一个工位的下方，当两个位置传感器同时发出信号时，证明物料架上所有的工件都已经被抓取，控制器即可控制升降气缸带动物料架下降以便交换。
权利要求
1.一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座(I)、可移动的物料架(2)，所述物料架的上部设有若干有序排列的工件定位支架(3)，所述基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔(11 )，容纳凹腔内设有导向机构，所述物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，基座上还设有顶升物料架的顶升装置(4)以及控制顶升装置动作的控制器，在顶升装置与物料架之间设有定位物料架的定位机构。
2.根据权利要求1所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述物料架上的工件定位支架呈矩形阵列布置，工件定位支架包括与工件表面适配的支撑面(31)以及和工件工艺孔适配的定位销(32)。
3.根据权利要求1所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述物料架上部水平地设有转盘(25)，转盘由一个步进电机驱动，工件定位支架固定在转盘上并围绕转盘的转动中心呈环形阵列布置，在物料架与顶升装置的接合部设有插接式电缆连接器，所述插接式电缆连接器一端连接步进电机，另一端连接控制器。
4.根据权利要求3所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述工件定位支架具有一个等待机器人抓取工件的抓取工位，所述物料架上对应抓取工位以及相邻的后一个工位处分别设有检测工件位置的位置传感器。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述物料架下部两侧具有支承面(21)，所述顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸(41)，所述顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板(42)，所述定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销(48)、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔 (49)，锥形定位销的顶端低于支承面，所述顶升气缸的缸体两侧平行地设有导向套筒(43)， 导向套筒内滑动地设有上端与顶板连接的导向杆(44)。
6.根据权利要求5所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述顶板上表面的两端设有调节螺栓(45)，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚(46)，调节螺栓上还设有抵靠支撑脚底面的锁紧螺母(47)，锥形定位销设置在支撑脚的顶面。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧的若干滚轮 (12)，而物料架下部两侧则设有条状的导向板(24)，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，导向板的前端呈弧形地向内弯曲，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角。
8.根据权利要求5所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔，连接上升腔的管路上设有一个节流器，并在节流器上旁通一个单向阀。
9.根据权利要求5所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述导向杆的外侧面沿轴向设有限位长槽(51)，限位长槽的底面设有锯齿(52)，所述导向套筒内设有与限位长槽配合的限位销(53)，导向套筒的外侧竖直地设有一个自锁气缸(54)，导向套筒的上端与一自锁拨叉(56)的中部相铰接，自锁拨叉上设有扭簧，扭簧使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，自锁拨叉另一端则与一根过渡连杆(57)的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体通过管路与顶升.气缸的进气气路联通。
全文摘要
本发明公开了一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座、可移动的物料架，所述物料架的上部设有若干有序排列的工件定位支架，所述基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔，容纳凹腔内设有导向机构，所述物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，基座上还设有顶升物料架的顶升装置以及控制顶升装置动作的控制器，在顶升装置与物料架之间设有定位物料架的定位机构。本发明的自动上件装置采用分体结构，能满足不同车型、不同工件的上件需要，并且可显著降低操作人员的劳动强度，动作平稳，安全性能高。
文档编号B23K37/00GK103010726SQ201210207239
公开日2013年4月3日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者王德胜, 王纪, 梁圆, 李红, 赵红贞, 韩纪银, 吉志宾, 陈伟锋, 王良, 程文安, 郑伟 申请人:济南吉利汽车有限公司, 浙江吉利控股集团有限公司
技术领域：
本发明涉及一种汽车车身焊接自动化生产线的辅助设备，具体涉及一种辅助零部件的自动上件装置，其适用于汽车全自动化机器人焊接生产线。
背景技术：
目前，汽车的全自动化机器人焊接生产线上辅助零部件的上件一般采用人工上件方式，操作人员从物料框搬取工件，然后利用夹具将工件固定到车身上的指定位置。这种上件方法的缺点是员工劳动强度大，输送效率低，不能满足自动生产线的要求，并且操作人员的人身安全没有保障，存在安全隐患。为了解决上述问题，有人发明了自动上件装置，例如，在中国专利文献上公开的一种“汽车侧围外蒙皮上件翻转机构”，公开号为CN101474731A，包括基板、设在基板上的第一本体支座和第二本体支座、分别设在第一本体支座和第二本体支座顶部左边的第一翻转轴承和第二翻转轴承、分别设在第一本体支座和第二本体支座顶部右边的第一低限位柱和第二低限位柱、分别设在基板上并位于第一本体支座和第二本体支座左侧的第一高限位柱和第二高限位柱、分别设在基板上的第一气缸座和第二气缸座及第一和第二气缸，翻转本体的前部和后部分别与第一翻转轴承和第二翻转轴承连接第一和第二气缸与翻转本体连接。上件时，操作人员只需将工件放置在翻转本体上，然后通过气缸推动，翻转本体向上翻转，使工件到达指定的焊接位置。上述自动上件装置可保证操作人员的人身安全，降低事故隐患，并提高工件的输送效率，但同时存在以下不足由于工件是通过翻转的方式上升到指定位置的，因此需要有相应的夹持机构固定工件，因而无法采用生产线的机器人通过抓料夹具自动抓取，由于不同的车型以及工件之间所需的高度等位置参数是不同的，而工件的最终定位是直接通过上件装置完成的，因而上件装置不能适应不同车型、不同工件的上件需要。另外，上件过程是单件依次上件，不能一次多件，因此操作人员必须始终驻立在上件装置旁侧，并且操作人员需要不停地在放置工件的货架和上件装置之间来回走动，因而造成操作人员的劳动强度大。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的手工上件效率低、存在安全隐患，以及自动上件装置不能适应不同车型、不同工件的上件需要、并且操作人员的劳动强度大的问题，提供一种汽车焊接生产线的自动上件装置，该装置能适应生产线的机器人通过抓料夹具自动抓取工件，从而能满足不同车型、不同工件的上件需要，并且可显著降低操作人员的劳动强度。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座、可移动的物料架，所述物料架的上部设有若干有序排列的工件定位支架，所述基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔，容纳凹腔内设有导向机构，所述物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，基座上还设有顶升物料架的顶升装置以及控制顶升装置动作的控制器，在顶升装置与物料架之间设有定位物料架的定位机构。本发明的自动上件装置采用分体结构，其中的基座可固定设置在焊接生产线旁侦牝而放置工件的物料架可采用推车一类的可移动结构，并且物料架上可同时有序地放置多个工件，由于工件是水平地定位在物料架上的，并无固定夹持机构，因此，使其适用于机器人自动焊接生产线，并且一个基座可同时配置多个物料架，不同的物料架可放置不同车型的不同工件，使整个上件装置的适用面更广。焊接时，顶升装置将物料架顶升至预定高度，生产线上的机器人即可根据事先编制的程序逐个抓取工件，等全部工件抓取完后，物料架下降，操作人员即可将其从基座的容纳凹腔内拉出，并将另一放满工件的物料架推入容纳凹腔内，顶升装置重新将物料架顶升，并继续焊接工序，无聊加的交换过程简单快速，使其能适应焊接生产线的节拍。由于操作人员可在物料架上一次性放置多个工件，因而可避免在工件堆放区和上件装置之间频繁地来回走动，有利于减轻劳动强度，提高工作效率，同时，工件堆放区与焊接生产线之间可保持一定的距离，有利于工件堆放区的布置，避免因过于靠近焊接生产线造成场地的拥挤。基座上的容纳凹腔则有利于物料架的定位。作为优选，所述物料架上的工件定位支架呈矩形阵列布置，工件定位支架包括与工件表面适配的支撑面以及和工件工艺孔适配的定位销。工件定位支架呈矩形阵列布置有利于简化机器人程序的编制，并有利于保证机器人在抓取工件时定位的准确性。作为上述优选的一种替代方案，所述物料架上部水平地设有转盘，转盘由一个步进电机驱动，工件定位支架固定在转盘上并围绕转盘的转动中心呈环形阵列布置，在物料架与顶升装置的接合部设有插接式电缆连接器，所述插接式电缆连接器一端连接步进电机，另一端连接控制器。步进电机在控制器的控制下可配合生产线的节拍做固定角度的转动，从而使机器人在抓取工件时无需调整位置，因而可极大地简化其运行程序的编制，并有利于缩短机器人抓取工件时的移动行程，因而可相应地增加物料架上工件定位支架的数量，减少物料架的交换次数。作为优选，所述工件定位支架具有一个等待机器人抓取工件的抓取工位，所述物料架上对应抓取工位以及相邻的后一个工位处分别设有检测工件位置的位置传感器。位置传感器可检测抓取工位及后一个工位上是否有工件，从而通过控制器控制转盘转动，或使顶升装置下降以交换物料架，进而避免机器人在抓取物料时出现抓空现象。作为优选，所述物料架下部两侧具有支承面，所述顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸，所述顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板，所述定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔，锥形定位销的顶端低于支承面，所述顶升气缸的缸体两侧平行地设有导向套筒，导向套筒内滑动地设有上端与顶板连接的导向杆。通过活塞杆端部的顶板顶升设置在物料架两侧的支承面，使物料架在升降时更平稳可靠，顶板上锥形的定位销具有自动对中作用，有利于其自动导向进入支承面上的定位孔中。同时，缸体两侧设置导向套筒有利于增加顶升气缸在升降时的平稳性和刚性。
作为优选，所述顶板上表面的两端设有调节螺栓，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚，调节螺栓上还设有抵靠支撑脚底面的锁紧螺母，锥形定位销设置在支撑脚的顶面。螺纹连接的支撑脚可调整其高度，并通过锁紧螺母自锁定位，从而确保物料架在升降时的平稳支撑。作为优选，所述导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧的若干滚轮，而物料架下部两侧则设有条状的导向板，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，导向板的前端呈弧形地向内弯曲，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角。前端向内弧形弯曲的导向板在物料架进入基座的容纳凹腔时具有良好的引导作用，使物料架能快速地进入容纳凹腔内，而容纳凹腔内两侧的滚轮则有利于降低物料架进出容纳凹腔时的摩擦力。特别地，两侧导向板之间具有一个夹角，使其形成V字形，因而可尽量减小滚轮与导向板之间的间隙，当滚轮之间的间距轻微地小于导向板之间的距离时，两侧的滚轮会产生一个推挤作用，使物料架轻微地向上顶起，从而与地面分离，导向板则沿着滚轮前后移动，从而可极大地提高物料架的定位精度，确保物料架被顶升装置顺利顶起。作为优选，所述顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔，连接上升腔的管路上设有一个节流器，并在节流器上旁通一个单向阀。顶升气缸将物料架向上顶起时，该单向阀导通，压缩空气可通过单向阀进入上升腔内；当物料架下降时，上升腔内的压缩空气无法反向通过单向阀，此时节流器起到节流阻尼作用，使物料架能平稳地下降，避免产生冲击，有利于提高安全性能。作为优选，所述导向杆的外侧面沿轴向设有限位长槽，限位长槽的底面设有锯齿，所述导向套筒内设有与限位长槽配合的限位销，导向套筒的外侧竖直地设有一个自锁气缸，导向套筒的上端与一自锁拨叉的中部相铰接，自锁拨叉上设有扭簧，扭簧使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，自锁拨叉另一端则与一根过渡连杆的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体通过管路与顶升气缸的进气气路联通。为了确保在遇到突发性断气等情况时物料架不会突然坠落，本发明在导向杆上设有自锁机构，首先通过限位销和限位长槽的配合，使导向杆在升降过程中避免转动；而自锁拨叉和锯齿的配合产生类似棘轮棘爪的自锁作用，由于自锁拨叉通过过渡连杆与自锁气缸的活塞杆相连接，而自锁气缸的工作腔又是和顶升气缸的气路联通的，因此，在上件装置正常工作时，自锁气缸通过过渡连杆带动自锁拨叉，使其克服扭簧的作用力与锯齿分离，导向杆可自由地升降。当遇到突发性的断气事故时，自锁气缸不起作用，此时扭簧的弹力驱动自锁拨叉并紧紧地抵接锯齿，从而实现自锁，以确保安全。综上所述，本发明具有如下有益效果能满足不同车型、不同工件的上件需要，并且可显著降低操作人员的劳动强度，动作平稳，安全性能高。
图1是本发明实施例1的结构示意图。图2是本发明中顶升装置部分的结构示意图。
图3是本发明中滚轮部分的结构示意图。图4是本发明实施例2中转盘部分的结构示意图。图中1、基座 11、容纳凹槽 12、滚轮2、物料架 21、支承面 22、万向轮23、扶手24、导向板25、转盘3、工件定位支架31、支撑面32、定位销4、顶升装置41、顶升气缸42、顶板43、导向套筒44、导向杆45、调节螺栓46、支撑脚47、锁紧螺母48、锥形定位销49、定位孔51、限位长槽52、锯齿53、限位销54、自锁气缸55、转动座56、自锁拨叉57、过渡连杆
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明做进一步的描述。
实施例1 :如图1所示，本发明的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座1、可移动的物料架2，物料架为一个长方体形的框架结构，物料架的底部在长度方向的两侧向内缩小形成台阶，使其横截面呈倒凸字形，两侧台阶处的水平面则构成物料架下部两侧的支承面21，向内缩小的底部四个边角处装有四个万向轮22，并在宽度方向靠后的一侧设置扶手23，以方便其推行。物料架向外扩展的上部顶面设有8个工件定位支架3，8个工件定位支架排成二排呈矩形阵列布置，工件定位支架上设有与工件表面适配的支撑面31以及和工件工艺孔适配的定位销32，工件被放置在工件定位支架上时，支撑面对工件构成良好的支撑，而定位销则可对工件进行准确的定位。基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔11，从而使基座大致呈凹字形，容纳凹腔内设有导向机构，物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧呈线性排列的若干滚轮12，与之相对应地，物料架下部两侧则设有条状的导向板24，导向板的前端呈弧形地向内弯曲。如图3所示，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，并且两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角，上述夹角可设置成40度至50度，其优选值为45度。前端向内弧形弯曲的导向板在物料架进入基座的容纳凹腔时具有良好的引导和自动对中作用，使物料架能方便地进入容纳凹腔内，由于两侧导向板之间成V字形设置，因而可使两侧滚轮之间的间距小于两侧导向板之间的间距3至8毫米，这样，当物料架进入容纳口腔时，两端向内弧形弯曲的导向板仍然可方便地进入到两侧滚轮之间，而两侧倾斜设置的滚轮对导向板的推力中会产生一个向上的分力，从而将物料架向上略微抬起，其四个万向轮则与地面分离，并完全消除导向板与滚轮之间的配合间隙，从而可极大地提高物料架的定位精度。此外，基座上还设有顶升物料架的顶升装置4以及控制顶升装置动作的控制器，控制器与机器人焊接生产线的主控制器相连接，从而使其可根据机器人焊接生产线的工作节拍发出相应的动作指令，以实现两者之间的动作协调一致。如图2所示，顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸41，顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板42，两侧顶板之间的距离刚好等于物料架两侧的支承面之间的距离，从而当物料架进入到基座的容纳凹腔内时，顶板可顶起支承面。顶升气缸的缸体两侧分别平行地设置一个导向套筒43，导向套筒内滑动地设置上端与顶板连接的圆柱形的导向杆44。当顶板在顶升气缸的带动下上下移动时，导向杆可同时在导向套筒内上下移动，以增加顶升气缸在升降时的平稳性和刚性。为了控制顶升气缸的动作，可在基座的容纳凹腔内设置相应的行程开关(图中未示出)，当物料架完全进入到容纳凹腔内时，行程开关即可向控制器发出信号，而控制器即可控制顶升气缸动作。需要说明的是，本发明中的顶升装置也可采用油缸代替。进一步地，如图2所示，在顶板上表面的两端固定设置调节螺栓45，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚46，通过转动支撑脚即可方便地调整其高度，确保顶板在顶起物料架时的平稳可靠。并且在调节螺栓上设置一个锁紧螺母47，当转动锁紧螺母使其抵靠在支撑脚底面时，即可对支撑脚锁定。为避免物料架在升降过程中的移位，在顶升装置与物料架之间还设有定位物料架的定位机构，定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销48、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔49，锥形定位销可直接设置在支撑脚的顶面，并且分别在两侧顶板上各设置一个，两个锥形定位销可实现物料架的完全定位，同时锥形定位销的顶端应低于支承面，以避免物料架在进入容纳凹腔时与锥形定位销发生干涉。如图2所示，为了确保在遇到突发性断气等情况时物料架不会突然坠落，本发明在导向杆上设有自锁机构，首先在导向杆的外侧面沿轴向设置限位长槽51，限位长槽的底面设置锯齿52，导向套筒内则径向地设置与限位长槽配合的限位销53，使导向杆在升降过程中避免转动。其次，在导向套筒的外侧竖直向上设置一个自锁气缸54，导向套筒的上端设有U形的转动座55，一个大致呈V形的自锁拨叉56的中部铰接在导向套筒的上端的转动座内，并且在自锁拨叉上设置扭簧(图中未示出)，扭簧的弹力使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，以便对导向杆自锁，避免其向下移动。自锁拨叉的另一端则与一根过渡连杆57的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，从而构成一个多连杆机构，避免自锁气缸的活塞杆在动作时被卡死。自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体为工作腔，该工作腔通过管路与顶升气缸的进气气路联通。因此，在上件装置正常工作时，自锁气缸的工作腔始终充满压缩空气，活塞杆通过过渡连杆拉动自锁拨叉，并使自锁拨叉克服扭簧的作用力而与锯齿分离，此时的导向杆可自由地升降。当遇到突发性的断气事故时，自锁气缸的工作腔与顶升气缸同步断气，此时扭簧的弹力即可驱动自锁拨叉复位并紧紧地抵接锯齿，从而实现自锁，以确保安全。在顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔。当物料架需要上升时，压缩空气进入上升腔内，从而通过活塞杆推动物料架上升；当物料架需要下降时，压缩空气进入下降腔内，从而通过活塞杆带动物料架下降。压缩空气的切换可通过一个现有技术的电磁换向阀实现，在此不做赘述。由于物料架本身重力的作用，使其在上升和下降时所需的作用力相差极大，在上升时，顶升气缸的作用力需要克服物料架(包括工件)的重力以及摩擦阻力，而下降时，物料架的重力与顶升气缸一起变成作用力，因此会明显地大于摩擦阻力，从而导致物料架的快速下降，一方面会产生较大的冲击，另一方面会有安全隐患，容易对操作人员造成伤害。为了确保物料架的平稳下降，在连接上升腔的管路上设置一个节流器，优选地可选用可调式节流器，以根据工件的重量变化等相应地调整其流量，同时在节流器上旁通设置一个单向阀，该单向阀的导通方向与顶升气缸在上升时的气路方向一致，因而当顶升气缸需要将物料架向上顶起时，该单向阀处于导通状态，压缩空气可通过单向阀进入顶升气缸的上升腔内，实现正常速度的上升；当物料架下降时，由于单向阀的反向截止作用，此时节流器起到节流阻尼作用，使物料架能平稳地下降，避免产生冲击，有利于提高安全性能。
本发明的自动上件装置中，基座可固定设置在焊接生产线旁侧，而放置工件的物料架可设置至少两个，首先将两个物料架移动到放置工件的货架旁，在物料架上依序放置8个工件，当一个物料架进入基座的容纳凹腔内被顶升时，另一个物料架随时准备和基座内的物料架换位。当基座内的物料架被换出后，操作人员可随即在该物料架上放置工件，以便随时和基座内的物料架换位，如此循环即可保持工件的连续上件。当然，为了适应不同车型、不同工件的上件需要，每种型号的工件均可设置相应的至少两个物料架。本发明在工作时，物料架从基座容纳凹腔的开口处进入到容纳凹腔内，此时物料架两侧的导向板与容纳凹腔两侧的滚轮形成滚动摩擦，并将物料架自动对中定位，当物料架完全进到容纳凹腔内时，行程开关起作用，向控制器发出一个到位信号，控制器即控制顶升气缸带动物料架上升至指定高度，此时焊接生产线上的机器人即可根据事先编制的程序从第一排的第一个工件开始逐个地抓取工件到指定位置进行自动焊接，其抓取顺序可按排依序进行，或者按列依序进行。当物料架上的8个工件全部抓取完后，控制器控制顶升气缸带动物料架下降，从而完成第一个上件程序，此时，操作人员即可将物料架从基座的容纳凹腔内拉出，并将另一放满工件的物料架推入容纳凹腔内，以重新开始第二个上件程序。当然，为了确保物料架的正常升降，我们还可在物料架上第八个工件定位支架下方设置一个位置传感器，当第八个工件被机器人抓取时，该位置传感器即向控制器发出一个信号，控制器即可控制升降气缸带动物料架下降以便交换。实施例2 :本发明的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，适用于机器人焊接生产线的上件，其基本结构与实施例1相同，参照附图1，包括基，1、可移动的物料架2，物料架为一个长方体形的框架结构，物料架的底部在长度方向的两侧向内缩小形成台阶，使其横截面呈倒凸字形，两侧台阶处的水平面则构成物料架下部两侧的支承面21，向内缩小的底部四个边角处装有四个万向轮22，并在宽度方向的一侧设置扶手23，以方便其推行。如图4所示，物料架向外扩展的上部顶面水平地设置一个转盘25，转盘由一个步进电机(图中未示出)驱动，以准确控制其转动角度。转盘上设有8个工件定位支架3，工件定位支架固定在转盘上并围绕转盘的转动中心呈环形阵列布置。工件定位支架上设有与工件表面适配的支撑面31以及和工件工艺孔适配的定位销32，工件被放置在工件定位支架上时，支撑面对工件构成良好的支撑，而定位销则可对工件进行准确的定位。工件定位支架具有8个工位，其中等待机器人抓取工件的为抓取工位，当位于抓取工位的工件被机器人抓取后，转盘转动一个角度，此时位于后面相邻的工位上的工件定位支架即到达抓取工位，以等待机器人的抓取。基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔11，从而使基座大致呈凹字形，容纳凹腔内设有导向机构，物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧呈线性排列的若干滚轮12，与之相对应地，物料架下部两侧则设有条状的导向板24，导向板的前端呈弧形地向内弯曲。如图3所示，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，并且两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角，上述夹角可设置成40度至50度，其优选值为45度。前端向内弧形弯曲的导向板在物料架进入基座的容纳凹腔时具有良好的引导和自动对中作用，使物料架能方便地进入容纳凹腔内，由于两侧导向板之间成V字形设置，因而可使两侧滚轮之间的间距小于两侧导向板之间的间距3至8毫米，这样，当物料架进入容纳口腔时，两端向内弧形弯曲的导向板仍然可方便地进入到两侧滚轮之间，而两侧倾斜设置的滚轮对导向板的推力中会产生一个向上的分力，从而将物料架向上略微抬起，其四个万向轮则与地面分离，并完全消除导向板与滚轮之间的配合间隙，从而可极大地提高物料架的定位精度。此外，基座上还设有顶升物料架的顶升装置以及控制顶升装置动作的控制器，控制器与机器人焊接生产线的主控制器相连接，从而使其可根据机器人焊接生产线的工作节拍发出相应的动作指令，以实现两者之间的动作协调一致。如图2所示，顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸41，顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板42，顶板之间的距离刚好等于物料架两侧的支承面之间的距离，从而当物料架进入到基座的容纳凹腔内时，顶板可顶起支承面。顶升气缸的缸体两侧分别平行地设置一个导向套筒43，导向套筒内滑动地设置上端与顶板连接的圆柱形的导向杆44。当顶板在顶升气缸的带动下上下移动时，导向杆可同时在导向套筒内上下移动，以增加顶升气缸在升降时的平稳性和刚性。为了控制顶升气缸的动作，可在基座的容纳凹腔内设置相应的行程开关(图中未示出)，当物料架完全进入到容纳凹腔内时，行程开关即可向控制器发出信号，而控制器即可控制顶升气缸动作。需要说明的是，本发明中的顶升装置也可采用油缸代替。进一步地，如图2所示，在顶板上表面的两端固定设置调节螺栓45，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚46，通过转动支撑脚即可方便地调整其高度，确保顶板在顶起物料架时的平稳可靠。并且在调节螺栓上设置一个锁紧螺母47，当转动锁紧螺母使其抵靠在支撑脚底面时，即可对支撑脚锁定。为避免物料架在升降过程中的移位，在顶升装置与物料架之间还设有定位物料架的定位机构，定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销48、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔49，锥形定位销可直接设置在支撑脚的顶面，并且分别在两侧顶板上各设置一个，两个锥形定位销可实现物料架的完全定位，同时锥形定位销的顶端应低于支承面，以避免物料架在进入容纳凹腔时与锥形定位销发生干涉。为便于控制器对步进电机的控制，在物料架与顶升装置的接合部设置插接式电缆连接器(图中未示出)，该插接式电缆连接器一端连接步进电机，另一端连接控制器。步进电机在控制器的控制下可配合生产线的节拍做固定角度的转动，从而使机器人在抓取工件时无需调整位置，简化了运行程序的编制。如图2所示，为了确保在遇到突发性断气等情况时物料架不会突然坠落，本发明在导向杆上设有自锁机构，首先在导向杆的外侧面沿轴向设置限位长槽51，限位长槽的底面设置锯齿52，导向套筒内径向地设置与限位长槽配合的限位销53，使导向杆在升降过程中避免转动。其次，在导向套筒的外侧竖直向上设置一个自锁气缸54，导向套筒的上端设有U形的转动座55，一个大致呈V形的自锁拨叉56的中部铰接在导向套筒的上端的转动座内，并且在自锁拨叉上设置扭簧(图中未示出)，扭簧的弹力使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，以便对导向杆自锁，避免其向下移动。自锁拨叉的另一端则与一根过渡连杆57的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，从而构成一个多连杆机构，避免自锁气缸的活塞杆在动作时被卡死。自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体为工作腔，该工作腔通过管路与顶升气缸的进气气路联通。因此，在上件装置正常工作时，自锁气缸的工作腔始终充满压缩空气，活塞杆通过过渡连杆拉动自锁拨叉，并使自锁拨叉克服扭簧的作用力而与锯齿分离，此时的导向杆可自由地升降。当遇到突发性的断气事故时，自锁气缸的工作腔与顶升气缸同步断气，此时扭簧的弹力即可驱动自锁拨叉复位并紧紧地抵接锯齿，从而实现自锁，以确保安全。在顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔。当物料架需要上升时，压缩空气进入上升腔内，从而通过活塞杆推动物料架上升；当物料架需要下降时，压缩空气进入下降腔内，从而通过活塞杆带动物料架下降。为了确保物料架的平稳下降，在连接上升腔的管路上设置一个节流器，优选地可选用可调式节流器，以根据工件的重量变化等相应地调整其流量，同时在节流器上旁通设置一个单向阀，该单向阀的导通方向与顶升气缸在上升时的气路方向一致，因而当顶升气缸需要将物料架向上顶起时，该单向阀处于导通状态，压缩空气可通过单向阀进入顶升气缸的上升腔内，实现正常速度的上升；当物料架下降时，由于单向阀的反向截止作用，此时节流器起到节流阻尼作用，使物料架能平稳地下降。本发明的自动上件装置中，基座可固定设置在焊接生产线旁侧，而放置工件的物料架可设置至少两个，首先将两个物料架移动到放置工件的货架旁，在物料架上依序放置8个工件，当一个物料架进入基座的容纳凹腔内被顶升时，另一个物料架随时准备和基座内的物料架换位。当基座内的物料架被换出后，操作人员可随即在该物料架上放置工件，以便随时和基座内的物料架换位，如此循环即可保持工件的连续上件。当然，为了适应不同车型、不同工件的上件需要，每种型号的工件均可设置相应的至少两个物料架。本发明在工作时，物料架从基座容纳凹腔的开口处进入到容纳凹腔内，此时物料架两侧的导向板与容纳凹腔两侧的滚轮形成滚动摩擦，并将物料架自动对中定位，当物料架完全进到容纳凹腔内时，行程开关起作用，向控制器发出一个到位信号，控制器即控制顶升气缸带动物料架上升至指定高度，此时焊接生产线上的机器人即可根据事先编制的程序从物料架上位于抓取工位处的第一个工件定位支架上抓取工件；然后控制器控制步进电机转动45度，此时，后面相邻工位上的第二个工件定位支架转到抓取工位，等待机器人的抓取。当物料架上的8个工件定位支架上的工件全部抓取完后，控制器控制顶升气缸带动物料架下降，从而完成第一个上件程序，此时，操作人员即可将物料架从基座的容纳凹腔内拉出，并将另一放满工件的物料架推入容纳凹腔内，以重新开始第二个上件程序。当然，为了确保物料架的正常升降，我们还可在物料架上设置两个位置传感器，其中一个位置传感器位于物料架上抓取工位的下方，另一个位置传感器则位于相邻的后一个工位的下方，当两个位置传感器同时发出信号时，证明物料架上所有的工件都已经被抓取，控制器即可控制升降气缸带动物料架下降以便交换。
权利要求
1.一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座(I)、可移动的物料架(2)，所述物料架的上部设有若干有序排列的工件定位支架(3)，所述基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔(11 )，容纳凹腔内设有导向机构，所述物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，基座上还设有顶升物料架的顶升装置(4)以及控制顶升装置动作的控制器，在顶升装置与物料架之间设有定位物料架的定位机构。
2.根据权利要求1所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述物料架上的工件定位支架呈矩形阵列布置，工件定位支架包括与工件表面适配的支撑面(31)以及和工件工艺孔适配的定位销(32)。
3.根据权利要求1所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述物料架上部水平地设有转盘(25)，转盘由一个步进电机驱动，工件定位支架固定在转盘上并围绕转盘的转动中心呈环形阵列布置，在物料架与顶升装置的接合部设有插接式电缆连接器，所述插接式电缆连接器一端连接步进电机，另一端连接控制器。
4.根据权利要求3所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述工件定位支架具有一个等待机器人抓取工件的抓取工位，所述物料架上对应抓取工位以及相邻的后一个工位处分别设有检测工件位置的位置传感器。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述物料架下部两侧具有支承面(21)，所述顶升装置包括竖直向上设置在基座容纳凹腔两侧的顶升气缸(41)，所述顶升气缸向上的活塞杆端部连接一水平的顶板(42)，所述定位机构包括设置在顶板上的锥形定位销(48)、以及对应地设置在物料架支承面上的定位孔 (49)，锥形定位销的顶端低于支承面，所述顶升气缸的缸体两侧平行地设有导向套筒(43)， 导向套筒内滑动地设有上端与顶板连接的导向杆(44)。
6.根据权利要求5所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述顶板上表面的两端设有调节螺栓(45)，调节螺栓上端螺纹连接有柱形的支撑脚(46)，调节螺栓上还设有抵靠支撑脚底面的锁紧螺母(47)，锥形定位销设置在支撑脚的顶面。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述导向机构包括分别沿物料架进出方向设置在基座的容纳凹腔两侧的若干滚轮 (12)，而物料架下部两侧则设有条状的导向板(24)，两侧导向板外侧面从下往上向着物料架外侧倾斜，导向板的前端呈弧形地向内弯曲，两侧滚轮的转动轴线从下往上向着物料架外侧倾向，两侧导向板之间的夹角等于两侧滚轮转动轴线之间的夹角。
8.根据权利要求5所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述顶升气缸的缸体内位于活塞下部为上升腔，而位于活塞上部的是下降腔，连接上升腔的管路上设有一个节流器，并在节流器上旁通一个单向阀。
9.根据权利要求5所述的一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其特征是，所述导向杆的外侧面沿轴向设有限位长槽(51)，限位长槽的底面设有锯齿(52)，所述导向套筒内设有与限位长槽配合的限位销(53)，导向套筒的外侧竖直地设有一个自锁气缸(54)，导向套筒的上端与一自锁拨叉(56)的中部相铰接，自锁拨叉上设有扭簧，扭簧使自锁拨叉的一端抵接在限位长槽的锯齿上，自锁拨叉另一端则与一根过渡连杆(57)的一端相铰接，过渡连杆的另一端与自锁气缸的活塞杆铰接，自锁气缸靠近过渡连杆一侧的腔体通过管路与顶升.气缸的进气气路联通。
全文摘要
本发明公开了一种汽车焊接生产线的自动上件装置，其适用于机器人焊接生产线的上件，包括基座、可移动的物料架，所述物料架的上部设有若干有序排列的工件定位支架，所述基座的一侧具有一个向内凹陷的容纳凹腔，容纳凹腔内设有导向机构，所述物料架可在导向机构的引导下从基座的一侧进入容纳凹腔内，基座上还设有顶升物料架的顶升装置以及控制顶升装置动作的控制器，在顶升装置与物料架之间设有定位物料架的定位机构。本发明的自动上件装置采用分体结构，能满足不同车型、不同工件的上件需要，并且可显著降低操作人员的劳动强度，动作平稳，安全性能高。
文档编号B23K37/00GK103010726SQ201210207239
公开日2013年4月3日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者王德胜, 王纪, 梁圆, 李红, 赵红贞, 韩纪银, 吉志宾, 陈伟锋, 王良, 程文安, 郑伟 申请人:济南吉利汽车有限公司, 浙江吉利控股集团有限公司
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