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0.引言机械式计数器作为计量表重要的数字计量部件，其装配性能的稳定性不仅依赖于良好的驱动结构设计，还依赖于先进的制造设备。目前，燃气计量表、水表等所用的机械式计数器装配校准方法因其复杂性仍采用人工装配方式，所需人员较多，因每道工序单一、高频次使得装配校准操作人员易产生疲劳，制约了生产效率与装配质量，已无法适应我国计量表数字化发展方向，迫切需要自动化生产制造技术的出现。1.机械式计数器构成如图1所示，机械式计数器由外壳、指示盘组、传动齿轮、齿轮、从动齿轮等零部件组成，各零件装入后应保证所有指示盘数字“0”正对外壳窗口。图1　机械式计数器构成图指示盘组包括开关轮轴、开关轮、计数器架以及黑色字轮、红色字轮、首字轮、数字轮轴、磁钢字轮，如图2所示。图2　指示盘数字轮结构2.自动化装配方案设计2.1自动化装配工艺流程设计机械式计数器属于典型的齿轮拟合传动链结构，装配逻辑清晰，流程明确，按照装配顺序分为数字轮组自动装配、开关轮组自动装配和计数器成品自动装配，工艺流程如图3所示。图3　自动化装配工艺流程2.2技术方案分析通过工艺流程可知，自动化装配主要包括：自动化上料、移载定位组对、精密装配、成品压装、质量自动检测等环节。（1）上料自动化。由于齿轮、字数轮均为圆形工件，具有批量大、尺寸结构小、质量轻等特点，可以采用震动料盘（）、自动筛选结构（）实现自动化上料，如图4所示。其中最大的难点在于磁钢轮上料，由于自身具有磁性，集中存放会相互吸附，无法采用振动料盘结构，需要设计磁钢轮定向上料抓取移载机构，如图5所示。图4　震动料盘自动筛选自动化上料图5　磁钢轮定向上料盘设计（2）自动移载定位组对设计。设置两个夹爪气缸（）抓取数字轮轴及数字轮移载至工位（）工装内，抓取机构（）通过左右限位板（）将数字轮轴对中定位，柱塞（）顶住数字轮外圆防止转动，同时气缸（）驱动推块（）推动末位字轮消除字轮间隙，设置位移传感器（）进行末位字轮位置检测，从而解决移载定位组对设计，如图6所示。图6　自动移载定位组对设计（3）精密装配自动化设计。7个开关轮通过震动料盘（）和震动料盘（）自动上料，移载机械手（）抓取开关轮放置在。旋转盘（）工装内，同时开关轮轴通过震动料盘（）移载送至轴分料机构，推轴机构将开关轮轴与开关轮在。旋转盘（）工装内装配完成后，。旋转盘（）旋转。，移载机械手（）抓取开关轮组件移载至装配工装内，从而实现字数轮整体自动化精密装配。如图7所示。图7　精密装配自动化设计（4）成品自动化压装设计。通过装配分度盘旋转将已完成精密装配的数字轮组件和开关轮组件移载至计数器支架自动上料压装工位（见图8），计数器支架通过震动料盘自动供料至接料机构，抓取机构（）通过无杆气缸（）移载至中间检测工位，通过位移传感器（）检测计数器支架（）内槽口宽度后进一步移载至装配工装内，夹紧限位机构（）将装配工装内的数字轮轴（）和开关轮轴（）进行对中定位，保证计数器支架压装准确无误。图8　成品自动化压装设计（5）质量自动检测。装配分度盘旋转移载数字轮工装将计数器成品旋转至视觉检测工位（见图9），对计数器成品数字显示进行检测，对字轮显示有特殊需求的产品经拨轮机构拨低位字轮完成。检测完成后，装配分度盘旋转移载分度盘内侧工装内计数器成品旋转至计数器下线工位，机械手抓取成品移载放置下线料道；自动喷码装置对合格品计数器支架表面指定区域进行喷码，完成后计数器送至成品料盒。通过以上数字轮自动上料装置、带磁钢轮自动上料装置、数字轮穿轴装置、数字轮移载装置、开关轮组穿轴装置、数字轮拨位装置、计数器支架自动压装装置、视觉检测装置、计数器下线装置、喷码装置、分度盘以及工装，实现了自动上料、移载、穿轴上料、拨位、压装、视觉质检和下线喷码等全自动化精密装配生产工艺生产。机械式计数器自动化装配整体设计方案如图10所示。图9　质量视觉检测图10　机械式计数器自动化装配整体设计2.3采用的关键技术2.3.1视觉传感技术在质量检测环节加入视觉传感系统，借助于高精度摄像头将获取的图形经过一定的算法处理快速地显示图象和输出数据，执行机构根据相关指令完成位置调整、产品筛选、数据统计等自动化流程。视觉系统总体结构采用“PC机+相机系统”的架构方案，系统的运算、处理部分由PC机承担，PC机中安装Haclcon图像软件以及VisualC++程序开发软件，相机与PC机通过千兆网络进行通信，PC机与控制器通过网络进行命令和信息传输，如图11所示。图11　视觉传感系统结构2.3.2智能传感器系统方案设计中应用到多种数据传感器，主要包括光电传感器、接近传感器、激光测距传感器、压力传感器，主要是实现自动化装配过程中系统性的精确定位控制；温度传感器主要应用在成表测试恒温车间，用于监控调节环境温度；流量计、真空计和泄露测试仪主要用于检测成表性能。这种成套传感系统的设计满足了计数器自动化装配对智能制造管理信息数据的采集与分析需求。2.3.3柔性制造控制系统计数器自动化装配设计兼顾了智能制造发展需求，采用基于X86架构（即通用PC平台）软件控制系统，分为硬实时和非实时。硬实时系统具确定性任务执行周期（1ms以内），可用于高精度高实时的运动控制；而非实时系统一般用于对实时性要求不高（50~ms以内）的逻辑控制，如一般的PLC控制场合。基于通用PC的软件控制系统基于M实时工业以太网控制总线，具备自己的基于以太网的远程I/O模块，并能够集成多种第三方的远程I/O模块、仪表以及主流品牌的PLC系统，能够替代传统硬件PLC完成更强大的逻辑控制功能。3.应用效果3.1技术性能（1）采用双分度盘镜像对称串、并行协同混合装配方式，在6.5s以内完成一套燃气计量表计数器的全自动装配与检测；（2）集成多机协同及视觉引导机械手智能抓取技术，实现了柔性生产线装配合格率达到99.7%以上；（3）采用基于物联网的车间制造过程数据采集与监控系统设计技术，通过合并分析优化方法将采集的生产数据、检测数据与管理流程进行集成分析，实现制造周期内关键信息可追溯与远程维护。3.2经济效益项目投产后，使企业计数器生产周期缩短10.4%，生产费用降低14.2%。产品返修率由5%降低到0.3%以下，年产量由万台增长到约万台，车间整体从业人数减少近人，同比减少30%。大幅提升了产品质量、产能及生产效率。项目中的多项技术成果可广泛推广应用于水电气三表生产行业规模化生产中，市场潜力巨大，拥有显著的经济和社会效益。作者：冯小敏毛明本文刊发于《中国高新科技》杂志年第22期（转载请注明来源）

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