基于自动就位的气扳机在线测量设备的研发与应用

宋香富，江源，孙承秋

(1.福建省明溪县气动工具产品研究所，福建 三明365200；2.青岛前哨风动工具制造技术有限公司,山东 青岛266045)

1 概述

在汽车制造、家电组装等行业，设备紧固件大部分采用螺纹连接，通常用气扳机快速拧紧，而气扳机的输出扭矩值则用拧紧扳手来校准。对于重复性高、生产节拍快的装配作业，需要快速、准确测量气扳机输出扭矩的大小。汽车制造，家电组装等装配现场，班前操作者都需要测量本班次使用的气扳机，观察气扳机的扭矩是否符合拧紧的要求,这就要求测量快速、可靠。当前气扳机扭矩的快速测量一般采用MTT 系列拧紧测试台来完成，如图1所示，该测试台由应变片式传感器、扭矩仪表、PLC、上位机组成，可快速测量并存储数据。

MTT系列扭矩测试台能快速测量气扳机的性能，但因以下因素，测量值大小不一：（1）握气扳机开关力度的大小；（2）气扳机与扭矩传感器接触角度不一致；(3)供气气源的压力在测试时波动,流量不达标。

图1 气扳机测试台

2 解决方案

针对MTT 系列扭矩测试台存在的缺点与不足, 我们研制了一款气扳机在线测量设备,很好地解决了这个问题(见图2)。气扳机在线测量设备由智能储气罐单元、自动抓取单元、自动就位单元、自动测量单元组成。

3 气扳机准确测量的功能实现

3.1 智能储气罐单元设计

智能储气罐单元由200 L 的储气罐、配套的气路配件、传感器、PLC、上位机组成。智能储气罐单元一方面保证了气扳机测量时的气体流量,另一方面为测试气扳机提供了准确的压力。

3.2 自动就位单元设计

自动就位单元由往复运动的传送带和定位工装组成。传送带由伺服电机和链板输送带组成,伺服电机实现了准确定位，见图3。

3.3 自动抓取单元设计

图2 智能储气罐及气扳机在线测量设备

图3 自动就位单元

自动抓取单元由三轴龙门运动单元和末端执行器组成。三轴龙门运动单元有XYZ 三伺服轴组成,行程分别为800×1200×1000 mm,定位精度为0.03 mm。末端执行器由电磁阀和组合气缸夹具组成,安装在Z 轴上,实现对气扳机的精确抓取,并传送到传感器内方口中,实现精确定位,实现测量的高重复性,见图4。

图4 三轴龙门运动单元和末端执行器

3.4 自动控制单元设计

自动测量单元由扭矩仪表、PLC、A/D、上位机组成。扭矩仪表与扭矩传感器相连,显示扭矩值并输出相应的模拟值给PLC；PLC 一方面采集到扭矩的模拟值后经逻辑运算，在上位机显示扭矩,保存数据(见图5)；另一方面PLC 输出脉冲控制三轴龙门运动单元、传送带，分别实现三轴的运动和传送带的准确控制。

3.5 扭矩校准单元设计

图5 自动控制单元

扭矩校准单元由扭矩传感器、500 mm 杠杆、砝码组成，见图6。扭矩传感器的量程为300 N.m和1000 N.m，垂直分布，校准时500 mm 杠杆与扭矩传感器水平放置，500 mm 杠杆末端挂钩上吊相应的砝码。

图6 扭矩校准单元

4 设备性能试验

使用气扳机B1431 和B1632 进行设备的在线测量，得出设备的整体测试精度≤5%，达到设计要求，见表1。

表1 测试精度验证

5 结论

基于自动抓取,自动就位,扭矩精确测量,数据存储,自动控制,扭矩校准的功能,开发了一种气扳机在线测量设备。该设备的重复性测量试验表明，设备性能达到了设计要求。

气扳机在线测量设备在气扳机生产厂，汽车制造，家电装配等领域，具有广阔的市场前景。