前言

汽車電路是汽車的重要組成部分，而汽車電路中的功能與信號(hào)的傳遞是靠汽車線束搭橋連接起來(lái)的，汽車線束固定于整個(gè)車體上，線束的損壞直接影響汽車電路性能。汽車用低壓電線束技術(shù)條件（QC/T29106-2004）標(biāo)準(zhǔn)中4.11~4.15條款規(guī)定：汽車線束應(yīng)具有耐高低溫性能，耐溫度、濕度循環(huán)變化性能，耐振動(dòng)性能，耐煙霧性能和耐工業(yè)溶劑性能。因此，線束的外保護(hù)起著至關(guān)重要的作用，合理的線束外保護(hù)材料和包扎方式不但可以保證線束品質(zhì)，而且可以降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

汽車線束用波紋管是由PA（尼龍6）、PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）等材料加熱擠出成型，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備和汽車等行業(yè)，起保護(hù)線束的作用。波紋管工作溫度一般為–40℃~＋130℃，短時(shí)可達(dá)＋140℃。內(nèi)部和外表均為波浪形，具有柔韌性好，抗扭曲，彎曲性能好和耐油性等特點(diǎn)。

為使汽車線束用波紋管起到很好的保護(hù)作用，日系車一般在切斷后的波紋管兩端加保護(hù)套，德系車一般要求切斷位置處于波峰中央處。圖1 為汽車線束用波紋管主視圖。表1 為普通波紋管的規(guī)格和型號(hào)。

目前一些中小型企業(yè)采用半自動(dòng)方法切割德系汽車線束用波紋管，即利用固定的標(biāo)尺確定波紋管的長(zhǎng)度，采用專用模具初步確定波紋管的軸向位置，手工輔助波紋管的軸向定位與夾緊，保證位置基本不變。這種方法需要初調(diào)的時(shí)間長(zhǎng)，廢品數(shù)量多。由于需要手工移動(dòng)波紋管位置，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，廢品率高，生產(chǎn)安全得不到保障。少數(shù)企業(yè)采用德國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)汽車線束用波紋管切割設(shè)備切割效率高，廢品率低，但設(shè)備價(jià)格高。因此，急需開(kāi)發(fā)一種國(guó)產(chǎn)的全自動(dòng)汽車線束用波紋管切割裝備，達(dá)到切割效率高、廢品率低，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，減少材料浪費(fèi)，降低企業(yè)勞動(dòng)力成本，提高企業(yè)效率和效益。

圖1 汽車線束用波紋管主視圖

表1 普通波紋管的規(guī)格和型號(hào) 

1 汽車線束波紋管自動(dòng)加工系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

1.1 汽車線束波紋管自動(dòng)加工系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)

整套汽車線束波紋管全自動(dòng)切割裝置包括載料裝置、自動(dòng)送料裝置、自動(dòng)切割裝置、自動(dòng)排料裝置四部分。自動(dòng)切割裝置是核心裝備。

自動(dòng)切割裝置涉及的主要技術(shù)內(nèi)容包括：波紋管切割位置的準(zhǔn)確定位技術(shù)的理論研究，波紋管自動(dòng)輸送、波紋管切割位置的準(zhǔn)確定位、波紋管的切割、波紋管加工自動(dòng)計(jì)數(shù)等的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、算法實(shí)現(xiàn)和自動(dòng)控制。

（1）波紋管準(zhǔn)確輸送技術(shù)的理論研究包括理論研究方法的選擇、準(zhǔn)確定位技術(shù)的理論分析、準(zhǔn)確定位算法的實(shí)現(xiàn)。

（2）波紋管的自動(dòng)輸送裝置包括波紋管的輸送裝置、定位裝置、夾緊裝置等。

（3）波紋管切割位置的準(zhǔn)確定位技術(shù)包括波紋管位置動(dòng)態(tài)控制技術(shù)的研究、波紋管位置動(dòng)態(tài)控制元件的選取、波紋管位置動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1.2 汽車線束波紋管自動(dòng)載料裝置的開(kāi)發(fā)

汽車線束用波紋管載料裝置：底板下部四角設(shè)有支承座，可隨時(shí)調(diào)整它的高度和水平，底板中間連接有中空長(zhǎng)方體，長(zhǎng)方體每個(gè)側(cè)表面安裝2 臺(tái)電機(jī)，電機(jī)連接蝸輪蝸桿減速器，減速器輸出連接回轉(zhuǎn)筒，將出廠的成捆筒狀汽車線束波紋管套在回轉(zhuǎn)筒上，然后軸向固定。其中減速器選擇蝸輪蝸桿減速器，選擇與之匹配的交流電機(jī)。圖2 是汽車線束用波紋管載料裝置的三維效果圖。

圖2 汽車線束用波紋管載料裝置三維效果圖

1.3 汽車線束波紋管自動(dòng)送料裝置的開(kāi)發(fā)

汽車線束用波紋管送料裝置：將勻速松開(kāi)的波紋管通過(guò)槽輪機(jī)構(gòu)調(diào)整其運(yùn)動(dòng)方向，使其能夠依靠自動(dòng)切割裝置被水平拉動(dòng)、且不能出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。在送料裝置立柱的上下有光電開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)送料裝置運(yùn)送波紋管輸入和輸出的速度，保證合理速度運(yùn)送。其基本結(jié)構(gòu)是：方形底架上中部設(shè)有立柱，立柱上設(shè)有橫梁，立柱底部和橫梁上設(shè)有導(dǎo)向輪，立柱上均勻設(shè)有安裝光電開(kāi)關(guān)的螺紋孔，用于等距安裝若干個(gè)接近開(kāi)關(guān)，根據(jù)管材所處的線速限定區(qū)域檢測(cè)波紋管移動(dòng)的速度，從而使得管材的輸送速度與波紋管切割機(jī)牽引管材的速度相協(xié)調(diào)，避免管材被扯壞或扯斷，也可避免管材輸送速度過(guò)快，波紋管切割機(jī)牽引速度過(guò)慢而導(dǎo)致管材堆積。

動(dòng)作順序：成捆波紋管套在回轉(zhuǎn)筒上→引波紋管至槽輪機(jī)構(gòu)→繞過(guò)槽輪機(jī)構(gòu)至波紋管自動(dòng)切割裝置。汽車線束用波紋管送料裝置簡(jiǎn)圖如圖3 所示。

圖3 汽車線束用波紋管送料裝置簡(jiǎn)圖

1.4 汽車線束波紋管自動(dòng)切割裝置的開(kāi)發(fā)

1.4.1 動(dòng)作順序

波紋管夾緊→波紋管輸送→波紋管隨同輸送裝置移動(dòng)到刀具切割位置→機(jī)械定位裝置定位及調(diào)整→位置傳感器檢測(cè)刀具切割位置是否為波峰→若刀具切割對(duì)準(zhǔn)波峰，刀具切割；若刀具切割未對(duì)準(zhǔn)波峰，刀具相對(duì)于波紋管移動(dòng)到正確位置→刀具切割。

1.4.2 波紋管夾緊及牽引機(jī)構(gòu)

波紋管引入：采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒形帶的方式牽引波紋管，對(duì)于不同直徑的波紋管，采用調(diào)整齒形帶輪間距的方式。波紋管引入后，以一定速度運(yùn)行，運(yùn)動(dòng)到指定位置后，停止運(yùn)動(dòng)。

1.4.3 定位及切割結(jié)構(gòu)

位置傳感器檢測(cè)波紋管波峰波谷位置，若位置傳感器未對(duì)中波紋管波峰位置，位置傳感器與刀具切割裝置小幅度（一個(gè)周期內(nèi)）隨動(dòng)，與波紋管波峰波谷位置對(duì)中后，位置傳感器和刀具位置固定不動(dòng)。其基本實(shí)現(xiàn)方式為：位置傳感器與刀具切割裝置相對(duì)位置不變，被切割的波紋管的長(zhǎng)度或直徑發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)控制程序自動(dòng)調(diào)整位置傳感器與刀具切割裝置的正確性，如果位置不正確，進(jìn)給電機(jī)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整切割位置；首先滿足切割到波峰的要求，再滿足切割長(zhǎng)度要求。針對(duì)波紋管準(zhǔn)確定位，采用機(jī)械結(jié)構(gòu)定位和檢測(cè)元件檢測(cè)相結(jié)合的方法。針對(duì)波紋管波峰位置的在線識(shí)別，采用先檢測(cè)后跟蹤、卡爾曼算法和開(kāi)發(fā)程序相結(jié)合，解決特征檢測(cè)的可靠性。針對(duì)波紋管波峰位置的閉環(huán)控制算法，采用光電編碼器（初步定位）與激光位移傳感器（精確定位）作為測(cè)試元件，實(shí)現(xiàn)基于伺服控制器的位置閉環(huán)控制。圖4 為汽車線束用波紋管自動(dòng)切割裝置的主視圖。

圖4 汽車線束用波紋管自動(dòng)切割裝置

1.5 汽車線束波紋管自動(dòng)排料裝置的開(kāi)發(fā)

波紋管自動(dòng)排料裝置包括傳送裝置、抓取裝置和裝箱臺(tái)。傳送裝置包括傳送機(jī)架和傳送機(jī)構(gòu)，抓取裝置包括抓取機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂，裝箱臺(tái)包括裝箱基臺(tái)和裝箱托架。使用時(shí)，被切斷后的波紋管通過(guò)縱向輥輪滑到傳送帶的橡膠隔板中間處，通過(guò)傳送帶將波紋管送到抓取機(jī)構(gòu)下方，機(jī)械臂中的提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，提升機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行，至其抓取范圍內(nèi)，抓取驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，抓取驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，提升機(jī)構(gòu)向上運(yùn)行，旋轉(zhuǎn)底座旋轉(zhuǎn)至裝箱托盤上方，在裝箱托架上放入專用束管箱。它具有不損傷波紋管、適應(yīng)不同長(zhǎng)度波紋管裝箱要求，速度和效率穩(wěn)定。圖5 為汽車線束波紋管自動(dòng)排料裝置。

1-傳送機(jī)架 2-傳送機(jī)構(gòu) 3-抓取機(jī)構(gòu) 4-機(jī)械臂 5-裝箱臺(tái)

圖5 汽車線束波紋管自動(dòng)排料裝置

2 結(jié)論

（1）針對(duì)波紋管準(zhǔn)確定位，提出將機(jī)械結(jié)構(gòu)定位和檢測(cè)元件檢測(cè)相結(jié)合的方法。針對(duì)波紋管波峰位置的在線識(shí)別，提出采用先檢測(cè)后跟蹤、卡爾曼跟蹤算法和開(kāi)發(fā)程序相結(jié)合，解決特征檢測(cè)的可靠性。針對(duì)波紋管波峰位置的閉環(huán)控制算法，采用光電編碼器（初步定位）與激光位移傳感器（精確定位）作為測(cè)試元件，基于伺服控制器的位置閉環(huán)控制保證切割波峰。

（2）開(kāi)發(fā)的汽車線束波紋管切割機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它具有上料自動(dòng)、切割自動(dòng)、快速無(wú)損輸送、自動(dòng)檢測(cè)、精確定位等功能。采用高精度PLC 控制，操作簡(jiǎn)單；采用步進(jìn)電機(jī)雙動(dòng)力送料；激光位移傳感器對(duì)射檢測(cè)，檢測(cè)快速準(zhǔn)確。