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的傳遞是靠汽車線束搭橋連接起來的，汽車線束固定于整個車體上，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）標準中4.11~4.15條款規(guī)定：汽車線束應具有耐高低溫性能，耐溫度、濕度循環(huán)變化性能，耐振動性能，耐煙霧性能和耐工業(yè)溶劑性能。因此，線束的外保護起著至關(guān)重要的作用，合理的線束外保護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，廣泛應用于機械設(shè)備和汽車等行業(yè)，起保護線束的作用。波紋管工作溫度一般為–40℃~＋130℃，短時可達＋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。

為使汽車線束用波紋管起到很好的保護作用，日系車一般在切斷后的波紋管兩端加保護套，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。

目前一些中小型企業(yè)采用半自動方法切割德系汽車線束用波紋管，即利用固定的標尺確定波紋管的長度，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)的時間長，廢品數(shù)量多。由于需要手工移動波紋管位置，工人勞動強度大，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)采用德國產(chǎn)的全自動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)備價格高。因此，急需開發(fā)一種國產(chǎn)的全自動汽車線束用波紋管切割裝備，達到切割效率高、廢品率低，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，減少材料浪費，降低企業(yè)勞動力成本，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 

1 汽車線束波紋管自動加工系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 汽車線束波紋管自動加工系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

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

自動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確定位技術(shù)的理論研究，波紋管自動輸送、波紋管切割位置的準確定位、波紋管的切割、波紋管加工自動計數(shù)等的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、算法實現(xiàn)和自動控制。

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

（2）波紋管的自動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確定位技術(shù)包括波紋管位置動態(tài)控制技術(shù)的研究、波紋管位置動態(tài)控制元件的選取、波紋管位置動態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計。

1.2 汽車線束波紋管自動載料裝置的開發(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，可隨時調(diào)整它的高度和水平，底板中間連接有中空長方體，長方體每個側(cè)表面安裝2 臺電機，電機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。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送料裝置的開發(fā)

汽車線束用波紋管送料裝置：將勻速松開的波紋管通過槽輪機構(gòu)調(diào)整其運動方向，使其能夠依靠自動切割裝置被水平拉動、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關(guān)，用于檢測送料裝置運送波紋管輸入和輸出的速度，保證合理速度運送。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)有導向輪，立柱上均勻設(shè)有安裝光電開關(guān)的螺紋孔，用于等距安裝若干個接近開關(guān)，根據(jù)管材所處的線速限定區(qū)域檢測波紋管移動的速度，從而使得管材的輸送速度與波紋管切割機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快，波紋管切割機牽引速度過慢而導致管材堆積。

動作順序：成捆波紋管套在回轉(zhuǎn)筒上→引波紋管至槽輪機構(gòu)→繞過槽輪機構(gòu)至波紋管自動切割裝置。汽車線束用波紋管送料裝置簡圖如圖3 所示。

圖3 汽車線束用波紋管送料裝置簡圖

1.4 汽車線束波紋管自動切割裝置的開發(fā)

1.4.1 動作順序

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

1.4.2 波紋管夾緊及牽引機構(gòu)

波紋管引入：采用步進電機帶動齒形帶的方式牽引波紋管，對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，以一定速度運行，運動到指定位置后，停止運動。

1.4.3 定位及切割結(jié)構(gòu)

位置傳感器檢測波紋管波峰波谷位置，若位置傳感器未對中波紋管波峰位置，位置傳感器與刀具切割裝置小幅度（一個周期內(nèi)）隨動，與波紋管波峰波谷位置對中后，位置傳感器和刀具位置固定不動。其基本實現(xiàn)方式為：位置傳感器與刀具切割裝置相對位置不變，被切割的波紋管的長度或直徑發(fā)生變化時，通過控制程序自動調(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，進給電機運動，調(diào)整切割位置；首先滿足切割到波峰的要求，再滿足切割長度要求。針對波紋管準確定位，采用機械結(jié)構(gòu)定位和檢測元件檢測相結(jié)合的方法。針對波紋管波峰位置的在線識別，采用先檢測后跟蹤、卡爾曼算法和開發(fā)程序相結(jié)合，解決特征檢測的可靠性。針對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）作為測試元件，實現(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切割裝置的主視圖。

圖4 汽車線束用波紋管自動切割裝置

1.5 汽車線束波紋管自動排料裝置的開發(fā)

波紋管自動排料裝置包括傳送裝置、抓取裝置和裝箱臺。傳送裝置包括傳送機架和傳送機構(gòu)，抓取裝置包括抓取機構(gòu)和機械臂，裝箱臺包括裝箱基臺和裝箱托架。使用時，被切斷后的波紋管通過縱向輥輪滑到傳送帶的橡膠隔板中間處，通過傳送帶將波紋管送到抓取機構(gòu)下方，機械臂中的提升電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，提升機構(gòu)向下運行，至其抓取范圍內(nèi)，抓取驅(qū)動電機運行，抓取驅(qū)動電機通過傳動裝置轉(zhuǎn)動，提升機構(gòu)向上運行，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、適應不同長度波紋管裝箱要求，速度和效率穩(wěn)定。圖5 為汽車線束波紋管自動排料裝置。

1-傳送機架 2-傳送機構(gòu) 3-抓取機構(gòu) 4-機械臂 5-裝箱臺

圖5 汽車線束波紋管自動排料裝置

2 結(jié)論

（1）針對波紋管準確定位，提出將機械結(jié)構(gòu)定位和檢測元件檢測相結(jié)合的方法。針對波紋管波峰位置的在線識別，提出采用先檢測后跟蹤、卡爾曼跟蹤算法和開發(fā)程序相結(jié)合，解決特征檢測的可靠性。針對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）開發(fā)的汽車線束波紋管切割機自動控制系統(tǒng)，它具有上料自動、切割自動、快速無損輸送、自動檢測、精確定位等功能。采用高精度PLC 控制，操作簡單；采用步進電機雙動力送料；激光位移傳感器對射檢測，檢測快速準確。