Робототехнический комплекс для сварки листоштамповочных элементов кузова автомобиля

 

Изобретение относится к сварке, а именно к робототехническим комплексам, которые могут встраиваться в линии для сборки-сварки кузовов автомобилей в качестве устройств для сварки кузовных подсборок, а также использоваться самостоятельно для сварки кузовов и кузовных узлов автомобилей малых серий. Робототехнический комплекс содержит поворотно-выкатные столы (ПВС) с приемными секциями 3, на позициях загрузки 8 которых расположены спутники 9 с возможностью их возвратно-поступательного перемещения и выката на планшайбы 13 ПВС. Сварочные работы 1 расположены между ПВС 2 для поочередной или одновременной сварки подсборок, находящихся в сварочных кондукторах 10. Кондукторы 10 смонтированы на спутниках 9. Спутники 9 после выката и фиксации на планшайбах 13 имеют возможность поворота на определенные углы в процессе сварки. Вертикально перемещающийся захват снабжен электромеханическим приводом ускоренного хода и в крайнем верхнем положении установлен на уровне, превышающем высоту сварочных роботов в рабочем положении. Приемные секции 3 могут быть расположены по одну или по обе стороны от ПВС, а также радиально относительно центра ПВС по обе стороны от сварочных роботов 1. Комплекс обеспечивает 100% загрузку сварочных роботов при существенном сокращении их количества, а также возможность сварки на одном комплексе нескольких подсборок разных типов и при необходимости - быстрой смены спутников с соответствующими сварочными кондукторами. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к сварке, а именно к робототехническим комплексам, которые могут встраиваться в линии сборки- сварки кузовов автомобилей в качестве устройств для сварки кузовных подсборок, а также использоваться самостоятельно для сварки кузовов и кузовных узлов автомобилей малых серий.

Известна автоматизированная линия для сборки и сварки кузовов автомобилей, в частности фургонов и микроавтобусов автомобиля "Газель", работающая на ГАЗе (см. пат. N 2102210, МКИ В 23 К 37/04).

Одной из главных особенностей данной линии, делающей ее компактной и технологичной, является выполнение транспорта для спутников в виде расположенных попарно относительно технологической оси линии поворотно-выкатных столов, каждый из которых размещен между сварочным кондуктором прихватки боковин (главным кондуктором) и кондуктором доварки кузова с одновременной приваркой крыши. На столах расположено по два спутника, которые наряду с возвратно-вращательным движением на 180^o совершают также возвратно-поступательные перемещения в противоположных направлениях, периодически выкатываясь на приемные секции поворотно-выкатных столов, находящихся в зоне расположения упомянутых главного кондуктора и кондуктора доварки кузова, где производится соответственно загрузка боковин и крыши. Затем с помощью размещенного по обе стороны приемных секций сварочного оборудования производится сварка элементов кузова автомобиля, причем на позиции доварки кузова один из роботов расположен с торца приемной секции. Энергоподводы для подачи электрической и пневматической энергии к спутникам выполнены в виде неразъемных рукавов и кабелей, смонтированных на цепях и соединяющих энергоразъемы спутников с источниками (магистралями) питания, подведенными к центрам поворотно-выкатных столов. Портальный манипулятор, относящийся к поворотно-выкатным столам, смонтирован вдоль оси, проходящей через центры последних, и предназначен для загрузки-разгрузки соответственно подсборок кузова и сваренного кузова со спутников, причем привод вертикально перемещающегося захвата, установленный на каретке портального манипулятора, выполнен пневматическим.

Обладая определенными достоинствами, сборочно-сварочные участки данной линии тем не менее имеют ряд существенных недостатков. Главным из них является потеря производительности и не полная загрузка сварочного оборудования, поскольку в известной компоновке каждый поворотно-выкатной стол используется только в качестве транспорта для спутников и обслуживает только относящееся к нему сварочное оборудование, в результате чего последнее простаивает при разгрузке-загрузке спутников и выкате их на приемные секции соответствующего поворотно-выкатного стола. При этом существенно возрастает само количество сварочного оборудования, в том числе количество входящих в него дорогостоящих сварочных роботов, расположенных к тому же с обеих сторон сварочных кондукторов (поскольку спутник во время сварки неподвижен), причем несмотря на наличие двух приемных секций одному поворотно-выкатному столу соответствует один тип свариваемой подсборки. При этом выполнение привода вертикально перемещающегося захвата пневматическим существенно увеличивает время подъема и опускания и делает неэффективным его использование на длинных ходах. К тому же последнее влечет за собой значительное возрастание габаритов пневмоцилиндров, трудности в управлении (быстрое торможение, останов на любой требуемой высоте), ухудшение экологии (выхлоп воздуха с маслом в атмосферу). Кроме того, не предусмотрена блокировка поворотно-выкатного стола против его несанкционированного поворота во время выката спутника на приемную секцию, в результате чего возможен обрыв неразъемных пневморукавов и электрических кабелей, смонтированных на цепях и связывающих энергоразъемы спутников с источниками питания.

Задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение производительности и надежности работы робототехнического комплекса, расширение его технологических возможностей и получение технического результата, заключающегося в 100% загрузке сварочных роботов при существенном сокращении их количества, а также возможность сварки на одном комплексе нескольких подсборок разных типов и при необходимости - быстрой смены спутников с соответствующими сварочными кондукторами.

Для решения вышеперечисленных задач и получения указанного технического результата в известном робототехническом комплексе, содержащем сварочные роботы, поворотно-выкатные столы с приемными секциями, на позициях загрузки которых расположены спутники с возможностью возвратно-поступательного перемещения и выката на планшайбы указанных столов, сварочные кондукторы, энергоподводы для подачи энергии к спутникам и портальный манипулятор, смонтированный вдоль оси, проходящей через центры поворотно-выкатных столов, каретка которого снабжена вертикально перемещающимся захватом, предназначенным для разгрузки готовых изделий с упомянутых столов, сварочные роботы размещены между поворотно-выкатными столами с возможностью поочередного или одновременного с ними взаимодействия, сварочные кондукторы смонтированы на спутниках, причем после выката и фиксации на планшайбе стола спутник имеет возможность поворота на определенные углы в процессе сварки, а захват каретки в крайнем верхнем положении установлен на уровне, превышающем высоту сварочных роботов в рабочем положении. При этом приемные секции поворотно-выкатных столов расположены по одну или по обе стороны от каждого стола в направлении, перпендикулярном перемещению каретки портального манипулятора, а также могут быть расположены радиально относительно центра поворотно-выкатных столов по обе стороны от сварочных роботов. Причем в первом случае, если энергоподводы выполнены в виде неразъемных рукавов и кабелей, смонтированных на цепях и соединяющих источники питания с энергоразъемами спутников, во избежание обрыва энергетических цепей при выкате спутника на приемную секцию и несанкционированном повороте стола, последний снабжен блокировочным устройством, выполненным в виде шарнирно установленного на планшайбе стола двуплечего рычага, на одном плече которого смонтирован ролик с возможностью взаимодействия с копиром спутника, а другое плечо шарнирно связано с пальцем, установленным с возможностью вертикального перемещения в планшайбе и взаимодействия с отверстием, выполненным в основании поворотно-выкатного стола. Кроме того, во всех вариантах расположения приемных секций относительно поворотно-выкатных столов энергоподводы могут быть выполнены в виде периодически соединяемых энергоразъемов, часть которых установлена на спутнике, а другая часть, соединенная с источниками питания, размещена на механизме возвратно-поступательного перемещения, который расположен на каждой позиции загрузки спутников и на планшайбе поворотно-выкатного стола. Следует также сказать, что смонтированные на спутниках сварочные кондукторы могут быть выполнены как для одного, так и для разного типа листоштамповочных элементов кузова автомобиля, например, для низкой и средней крыши, причем для перехода на какой-либо иной тип подсборки предусмотрен участок для хранения спутников с соответствующими сварочными кондукторами, которые достаточно быстро с помощью, например, цеховых автопогрузчиков устанавливаются на приемные секции поворотно-выкатных столов. При этом, в случае использования робототехнического комплекса для сварки кузовов автомобилей малых серий, возможно выполнение сварочных кондукторов, смонтированных на спутниках, с откидывающимися фермами для загрузки в них боковин. Кроме того, привод вертикально перемещающегося захвата выполнен электромеханическим ускоренного хода с возможностью останова захвата по высоте в любом требуемом положении.

Размещение сварочных роботов между поворотно-выкатными столами для поочередного или одновременного с ними взаимодействия путем сварки листоштамповочных элементов кузова автомобиля, закрепленных в сварочном кондукторе, смонтированном непосредственно на спутнике, причем последний во время сварки вместе с планшайбой стола поворачивается на определенные углы для проварки всех необходимых швов, позволяет на 100% загрузить сварочные роботы и одновременно с этим существенно сократить их количество. При этом захват каретки в крайнем верхнем положении установлен на уровне, превышающем высоту сварочных роботов в рабочем положении, что позволяет разгружать готовые изделия с одного поворотно-выкатного стола, не прерывая процесс сварки на другом. Причем выполнение привода вертикально перемещающегося захвата электромеханическим ускоренного хода с возможностью точного останова захвата по высоте в любом требуемом положении, благодаря примененному в приводе фотоэлектрическому преобразователю угловых перемещений, позволяет, во-первых, без потери производительности осуществлять подъем и опускание захвата (учитывая довольно высокое расположение портала манипулятора), а во-вторых - разгружать и загружать сваренные подсборки на любой высоте, что необходимо, например, при разгрузке подсборок разных типов или загрузке в дальнейшем готовых изделий в накопители. Расположение приемных секций по одну или по обе стороны от поворотно-выкатных столов, а также радиально относительно их центров позволяет с максимальной концентрацией операций и высокой производительностью на одном комплексе сваривать любое необходимое по программе количество подсборок или кузовов одного или разных типов, чем в свою очередь обеспечивается гибкость производства и расширяются технологические возможности комплекса. Причем, при переходе на какой-либо иной тип подсборки с участка для хранения спутников достаточно быстро с помощью цехового автопогрузчика доставляется спутник с соответствующим сварочным кондуктором. При этом, в случае применения периодически соединяемых энергоразъемов, по сравнению с неразъемными рукавами и кабелями, установка нового спутника на приемную секцию практически не вызывает никаких дополнительных операций. Кроме того, повышается надежность работы робототехнического комплекса, поскольку поворотно-выкатные столы, в случае применения энергетических цепей, связывающих спутник с источниками питания, снабжены блокировочными устройствами, исключающими несанкционированный поворот планшайбы стола при выкатившемся спутнике.

На фиг. 1 показан общий вид линии для сборки-сварки кузовов и кузовных узлов автомобиля "Соболь", в которую, в частности, входят робототехнические комплексы (РТК) I, II, III и участок смены спутников IV.

РТК 1 - предназначен для сварки каркаса заднего пола - с двумя приемными секциями по одну сторону от поворотно-выкатных столов, неразъемными энергетическими цепями и блокировочным устройствам стола.

РТК II - предназначен для сварки панели пола - аналогичен РТК I (предусмотрен вариант радиального расположения приемных секций с периодически соединяемыми энергоразъемами).

РТК III - предназначен для сварки низкой и средней крыши - с четырьмя приемными секциями по обе стороны от поворотно-выкатных столов и периодически соединяемыми энерноразъемами.

На фиг. 2 - РТК I на фиг. 1.

На фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 - блокировочное устройство поворотно-выкатного стола в положении фиксации планшайбы.

На фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2 - это же устройство в расфиксированном положении планшайбы.

На фиг. 5 - вид Б на фиг. 2.

На фиг. 6 - РТК III на фиг. 1.

На фиг. 7 - вид В на фиг. 6.

Робототехнический комплекс для сварки листоштамповочных элементов кузова автомобиля содержит сварочные роботы 1, размещенные между поворотно-выкатными столами 2 с приемными секциями 3. Вдоль оси, проходящей через центры поворотно-выкатных столов, смонтирован портальный манипулятор 4, каретка 5 которого снабжена вертикально перемещающимся захватом 6 с электромеханическим приводом ускоренного хода 7. Приемные секции 3 могут располагаться по одну или по обе стороны от поворотно-выкатных столов 2 (см. соответственно РТК I и РТК III) в направлении, перпендикулярном перемещению каретки 5 портального манипулятора 4, а также радиально относительно центра поворотно-выкатных столов по обе стороны от сварочных роботов 1 (см. предусмотренный вариант на РТК II). На позициях загрузки 8 приемных секций 3 расположены спутники 9, на которых смонтированы соответствующие конкретным элементам кузова автомобиля сварочные кондукторы 10, при этом спутники с помощью привода 11 имеют возможность возвратно-поступательного перемещения по направляющим 12 и выката на планшайбу 13 поворотно-выкатного стола 2. Привод может быть смонтирован и на самом спутнике. Вращение планшайбы 13 производится с помощью привода 14, причем по ее окружности в определенном угловом положении установлены элементы фиксации 15, взаимодействующие с механизмом фиксации 16, предназначенным для останова планшайбы 13 в необходимом угловом положении в процессе сварки и в момент выката спутников 9. На планшайбе 13 и на позициях загрузки 8 приемных секций 3 расположены соответственно фиксаторы спутников 17 и 18. Для подачи энергии к спутникам на РТК I и на РТК II энергоподводы выполнены в виде неразъемных пневматических рукавов 19 и электрических кабелей 20, которые смонтированы на цепи 21 и соединяют источники питания (не показаны) с энергоразъемами 22 спутников 9. На РТК III энергоподводы выполнены в виде периодически соединяемых энергоразъемов 23 и 24, установленных соответственно на спутниках 9 и механизмах возвратно-поступательного перемещения 25. Последние в свою очередь расположены на позициях загрузки 8 приемных секций 3 и на планшайбах 13 поворотно-выкатных столов 2. Кроме того, РТК I и РТК II снабжены блокировочными устройствами, каждое из которых выполнено в виде шарнирно установленного на планшайбе 13 двуплечего рычага 26, на одном плече которого смонтирован ролик 27 с возможностью взаимодействия с копиром 28 спутника 9, а другое плечо шарнирно связано с пальцем 29, установленным с возможностью вертикального перемещения в планшайбе 13 и взаимодействия с отверстием 30, выполненным в основании поворотно-выкатного стола 2. Для хранения спутников с соответствующими сварочными кондукторами предусмотрен участок IV.

Робототехнический комплекс работает следующим образом.

На позициях загрузки 8 приемных секций 3 листоштамповочные элементы кузова автомобиля загружаются в сварочный кондуктор 10 спутника 9. Загрузка производится вручную или с помощью специальных загрузочных устройств (не показаны), если на РТК свариваются кузова автомобилей малых серий и необходимо загружать боковины. Далее происходит зажим элементов кузова в сварочном кондукторе 10, причем на РТК I и РТК II энергия от источников питания к энергоразъемам 22 спутника 9 подводится через неразъемные пневматические рукава 19 и электрические кабели 20, смонтированные на цепи 21. На РТК III запитка спутников происходит путем соединения энергоразъемов 24, расположенных на механизме возвратно-поступательного перемещения 25, с энергоразъемами 23 спутников 9, после чего указанный механизм возвращается в исходное положение. Затем спутник 9 с помощью привода II по направляющим 12 выкатывается на планшайбу 13 поворотно-выкатного стола 2, где фиксатором 17 стопорится относительно последней. В этом положении (на РТК III) спутник 9 с помощью расположенного на планшайбе 13 механизма возвратно-поступательного перемещения 25 также запитывается электро- и пневмоэнергией для контроля зажима элементов кузова в процессе их сварки. После этого роботами 1 производится сварка элементов кузова. В это же время на позиции загрузки 8 приемной секции 3, относящейся к другому поворотно-выкатному столу 2, производится загрузка элементов очередной подсборки, после чего аналогичным образом спутник 9 выкатывается на соответствующий поворотно-выкатной стол. В процессе сварки планшайба 13 поворотно-выкатного стола 2 с помощью привода 14 поворачивается на определенные углы (до 270^o), позволяя тем самым роботам проваривать все необходимые сварные швы, причем в каждом угловом положении планшайба 13 надежно стопориться с помощью элементов фиксации 15 и механизма фиксации 16. По окончании процесса сварки на первом поворотно-выкатном столе роботы, разворачиваясь вокруг своей оси, сразу же начинают сварку на другом поворотно-выкатном столе, причем, если один из роботов закончил сварку раньше другого, то он, не дожидаясь последнего, начинает сварку на втором поворотно-выкатном столе, т.е. в данном случае сварка одними и теми же роботами ведется на двух столах одновременно. После окончания процесса сварки на любом поворотно-выкатном столе происходит разжим сваренных элементов кузова, на РТК III механизм 25 с энергоразъемами 24 возвращается в исходное положение, а сваренная подсборка с помощью захвата 6 разгружается с поворотно-выкатного стола 2. При этом захват 6 в крайнем верхнем положении останавливается на уровне, превышающем высоту сварочных роботов в рабочем положении, что позволяет беспрепятственно кареткой 5 портального манипулятора 4 транспортировать сваренную подсборку к месту выгрузки (на конвейер или в накопитель), в то время как на другом поворотно-выкатном столе идет процесс сварки. Кроме того, выполнение привода 7 вертикально перемещающегося захвата 6 электромеханическим ускоренного хода с возможностью останова захвата по высоте в любом требуемом положении позволяет быстро осуществлять процесс разгрузки (учитывая значительную высоту портального манипулятора 4), в том числе разных по высоте свариваемых изделий (средняя и низкая крыша на РТК III), требующих разной высоты останова захвата 6. После окончания процесса сварки разгруженный спутник 9 со сварочным кондуктором 10 выкатывается с поворотно-выкатного стола 2 на позицию загрузки 8 приемной секции 3, где стопорится с помощью фиксатора 18. В данном положении, во избежание обрыва энергетических цепей на РТК I и РТК II при несанкционированном повороте планшайбы 13, срабатывает блокировочное устройство, в результате чего палец 29 заходит в отверстие 30, выполненное в основании поворотно-выкатного стола 2, и надежно стопорит планшайбу 13. При выкате на стол спутника 9, его копир 28, наезжая на ролик 27, поворачивает рычаг 26, тем самым выводя палец 29 из отверстия 30, в результате чего планшайба 13 разблокируется.

Далее цикл работы робототехнического комплекса повторяется, причем вне зависимости от количества приемных секций и их расположения загрузка поворотно-выкатных столов выкатывающимися на них спутниками производится попеременно, чем в свою очередь обеспечивается 100% загрузка сварочных роботов.

Следует также сказать, что в случае перехода на какой-либо иной тип подсборки спутник с соответствующим сварочным кондуктором с участка IV с помощью цехового автопогрузчика быстро доставляется и устанавливается на приемную секцию поворотно-выкатного стола, а использованный ранее спутник отправляется на участок для его хранения.

Формула изобретения

1. Робототехнический комплекс для сварки листоштамповочных элементов кузова автомобиля, содержащий сварочные роботы, поворотно-выкатные столы с приемными секциями, на позициях загрузки которых расположены спутники с возможностью возвратно-поступательного перемещения и выката на планшайбы указанных столов, сварочные кондукторы, энергоподводы для подачи энергии к спутникам и портальный манипулятор, смонтированный вдоль оси, проходящей через центры поворотно-выкатных столов, каретка которого снабжена вертикально перемещающимся захватом, предназначенным для разгрузки готовых изделий с упомянутых столов, отличающийся тем, что сварочные роботы размещены между поворотно-выкатными столами для поочередного или одновременного с ними взаимодействия, сварочные кондукторы смонтированы на спутниках, причем после выката и фиксации на планшайбе стола спутник имеет возможность поворота на определенные углы в процессе сварки, а захват каретки в крайнем верхнем положении установлен на уровне, превышающем высоту сварочных роботов в рабочем положении.

2. Робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что приемные секции расположены по одну сторону от поворотно-выкатных столов в направлении, перпендикулярном перемещению каретки портального манипулятора.

3. Робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что приемные секции расположены по обе стороны от каждого поворотно-выкатного стола в направлении, перпендикулярном перемещению каретки портального манипулятора.

4. Робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что приемные секции расположены радиально относительно центра поворотно-выкатных столов по обе стороны от сварочных роботов.

5. Робототехнический комплекс по п.2, отличающийся тем, что энергоподводы выполнены в виде неразъемных рукавов и кабелей, смонтированных на цепях и соединяющих источники питания с энергоразъемами спутников.

6. Робототехнический комплекс по любому из пп.2 - 4, отличающийся тем, что энергоподводы выполнены в виде периодически соединяемых энергоразъемов, часть которых установлена на спутнике, а другая часть, соединенная с источниками питания, размещена на механизме возвратно-поступательного перемещения, который расположен на каждой позиции загрузки спутников и на планшайбе поворотно-выкатного стола.

7. Робототехнический комплекс по п.5, отличающийся тем, что поворотно-выкатные столы снабжены блокировочными устройствами, каждое из которых выполнено в виде шарнирно установленного на планшайбе стола двуплечего рычага, на одном плече которого смонтирован ролик с возможностью взаимодействия с копиром спутника, а другое плечо шарнирно связано с пальцем, установленным с возможностью вертикального перемещения в планшайбе и взаимодействия с отверстием, выполненным в основании поворотно-выкатного стола.

8. Робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что смонтированные на спутниках сварочные кондукторы выполнены для разного типа элементов кузова автомобиля.

9. Робототехнический комплекс по п.8, отличающийся тем, что он оснащен участком для хранения спутников с возможностью установки последних на приемные секции поворотно-выкатных столов с помощью, например, цеховых автопогрузчиков.

10. Робототехнический комплекс по п.1, отличающийся тем, что привод вертикально перемещающегося захвата выполнен электромеханическим ускоренного хода с возможностью останова захвата по высоте в любом требуемом положении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7