CN107656453B - 汽车仪表指针压入设备及其方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车仪表指针压入设备，包括：用于将指针压至仪表盘马达转轴上的压针机构；用于在底部支撑所述仪表盘马达的高度自适应锁定装置；用于控制压头下压指针的压入速度、压入力以及压入高度的控制器，所述控制器与所述压头、压力传感器以及直线位移传感器连接。本发明通过压针机构下压指针，并通过高度自适应锁定装置对马达进行支撑，在下压过程中，采集直线位移传感器的收缩量，经过换算得到对应的压入高度，从而控制压入高度满足标准压入高度，只需计入指针本身的±0.2毫米累计误差即可，压入精度可以确保不超过±0.4毫米的实际需求，避免产品本身的误差而导致压入高度不符合标准压入高度。

Description

汽车仪表指针压入设备及其方法

技术领域

本发明属于汽车仪表制造技术领域，尤其涉及一种汽车仪表指针压入设备及其方法。

背景技术

在汽车电子生产制造行业中，如图8所示，汽车仪表的组装主要涉及对电路板2、液晶屏3以及灯箱4的组装，然后将指针5压在仪表盘6的步进马达8上，最后进行后盖7以及面罩的组装。

其中，把指针5压入步进马达8是专属于汽车仪表组装的独特工艺，压入工艺必需要严格遵照步进马达供应商给出的标准范围才能达到量产的良率。不同马达的型号其电性能参数各有不同，但压入工艺的标准除了压入力的范围不一样，其他都是相同的，比如厂家普遍使用的1.5mm金属单轴步进马达的要求为(见图9)：

1、压入方向必须垂直；

2、标准压入力：在25牛到120牛之间；

3、标准压入速度：800毫米/分钟；

4、标准压入高度(指针5底面离仪表盘6上表面的高度)：1毫米，允许误差为±0.4毫米；

5、马达底部必须有支撑。

这些参数的超标分别会导致产品的质量问题为：压入力小于25牛指针5易在转动过程中掉落，压入力大于120牛容易破坏步进马达结构，压入速度过慢指针5难以压入，压入速度过快步进马达8易承受超量冲击，压入高度过高易在转动过程中刮擦透明保护罩，压入高度过低易在转动过程中刮擦仪表盘6的上表面。

如图10所示，目前业内常用的解决方案如下：

利用可垂直移动的压头机构9保证指针5与马达轴的垂直压入，使用压力传感器来感知压入后的压力值，来判断工艺好坏，使用步进或伺服直线电机控制指针5压入速度，并且将指针5压至设定好的高度，使用马达底部支撑柱10来抵消下压产生的作用力，最后通过检测设备确认指针5高度是否在范围内。这样的方案能有效保证垂直度，压力值，压入速度，但压入高度和电机支撑往往因为产品个体差异的累计导致高度超标，最终高度检测设备报错产生零件报废。

压入高度控制超标的原因有如下几种可能：

由于压入完成后，指针5的高度是步进或伺服直线电机设定好的，故是一个定值，但是由于指针5自身的误差、仪表盘6的厚度误差、灯箱4塑料件的误差、电路板2的厚度误差，以及支撑柱10与马达底部的间隙都会对压入高度产生影响，其中，支撑柱10与马达底部的间隙会在指针5压入时使电路板2产生变形，并在压入结束后电路板反弹从而导致指针测量偏高，同理，如果支撑柱10过高，也会在产品固定过程中产生反向弯曲，致使压针结束解除锁定后电路板2回复平直，导致指针测量偏低。

步进或伺服直线电机以及测量误差通过选型都可以做到小于0.01毫米，基本可以忽略，故上述这些累计误差都是基于产品本身的误差而产生，通常会大于±0.4毫米的标准压入高度，如果按马达供应商标准管控，会使高度测量报错及返修率提高，如果按产品批次尺寸差异来调整电机压入高度，设备效率和可靠性会大大降低，如果放宽要求，则会增加客诉率，产量越大，品控就越难。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，提供一种汽车仪表指针压入设备及其方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种汽车仪表指针压入设备，包括：

用于将指针压至仪表盘马达转轴上的压针机构，所述压针机构包括可上下移动的压头、用于检测压入力的压力传感器以及用于检测所压指针的压入高度的直线位移传感器，所述压头的下表面向内形成与所述指针适配的负压型腔，所述压力传感器固定于所述压头上，所述直线位移传感器竖直布置，且与所述压头固定，其可更换测量头低于所压指针的底面，该可更换测量头与所述所压指针的底面间距大于标准压入高度；

用于在底部支撑所述仪表盘马达的高度自适应锁定装置，所述高度自适应锁定装置包括用于支撑所述仪表盘马达的顶升柱、用于带动所述顶升柱升降的传动件、用于驱动所述传动件升降的升降机构、弹簧以及用于对所述顶升柱的上下位置进行限位的限位机构，所述传动件与所述升降机构连接，且滑动套设于所述顶升柱上，所述顶升柱竖直布置，其上具有位于传动件下侧的第一止挡部以及位于传动件上侧的第二止挡部，所述弹簧套设于所述顶升柱上，且位于所述传动件与第二止挡部之间，所述限位机构位于所述顶升柱的侧面；

用于控制压头下压指针的压入速度、压入力以及压入高度的控制器，所述控制器与所述压头、压力传感器以及直线位移传感器连接。

所述压头由步进电机或者伺服直线电机驱动。

所述直线位移传感器通过螺母固定于一L形支架上，所述L形支架套接固定于所述压头上。

所述标准压入高度为1mm，其允许误差为±0.4mm。

所述顶升柱包括柱体以及柱头，所述柱头与所述柱体的顶部螺纹连接，所述第一止挡部形成于柱体的下端，所述第二止挡部形成于柱体的下部。

所述传动件为L形块体，所述L形块体的竖直部与所述升降机构连接，其水平部滑动套设于所述顶升柱的柱体的下部，所述弹簧位于所述水平部与第二止挡部之间，所述升降机构为升降气缸。

所述限位机构包括：

夹紧块，所述夹紧块包括竖直的两块夹紧板，所述两块夹紧板间隙布置，且该两块夹紧板的同侧固定于一竖直的固定块上，所述两块夹紧板在邻近所述同侧之间形成供所述顶升柱上下通过的第一通道；

用于水平推动一块夹紧板以使该夹紧板与另一块夹紧板抱紧顶升柱的水平推动杆，所述水平推动杆水平布置于所述夹紧板的侧面；

用于驱动所述水平推动杆水平移动的水平伸缩气缸，所述水平伸缩气缸与所述水平推动杆连接，且通过固定杆与较远的夹紧板连接。

本方案还包括连接架，所述连接架包括上连接块以及侧连接板，所述上连接块上具有供所述顶升柱的柱头上下通过的第二通道，且所述夹紧块的固定块的上端与所述上连接块通过螺栓上下固定，所述侧连接板的上端与所述上连接块的侧面连接，该侧连接板的上部通过螺栓与所述升降机构侧向固定，且其下部具有上下方向的滑轨，所述传动件的竖直部的侧面具有滑动设于所述滑轨内的滑座。

本方案还涉及一种汽车仪表指针压入方法，包括：

将仪表盘半成品放置于夹具托盘上，通过压块从上方压住所述仪表盘半成品；

将指针固定于压头的负压型腔内；

在仪表盘半成品的马达下方设置高度自适应锁定装置，通过升降机构驱动传动件带动顶升柱上升，所述顶升柱接触马达底部后，弹簧持续被压缩直至所述传动件上升到最大距离，此时，通过限位机构对顶升柱的上下位置进行限位；

通过控制器控制压头以标准下压速度匀速下压所述指针：

在下压过程中，所述控制器根据压力传感器的反馈信号，控制压头的压入力在标准压入力范围内；

在下压过程中，通过控制器采集直线位移传感器的弹性伸缩部的收缩量，并将该收缩量转换为相应的压入高度，当压入高度满足标准压入高度时，通过控制器控制压头停止下压；

停止下压后，再次采集所述直线位移传感器的收缩量，并转换为相应的压入高度，若压入高度满足标准压入高度，则指针压入成功，若压入高度高于所述标准压入高度，则计算出相应的收缩补偿值，通过控制器控制压头继续下压，直到所述直线位移传感器的收缩量满足所述收缩补偿值，若压入高度低于所述标准压入高度，则产品不合格。

所述标准下压速度为800毫米/分钟，所述标准压入力范围为25牛-120牛，所述标准压入高度为1mm，其允许误差为±0.4mm。

本发明通过压针机构下压指针，并通过高度自适应锁定装置对马达进行支撑，在下压过程中，采集直线位移传感器的收缩量，经过换算得到对应的压入高度，从而控制压入高度满足标准压入高度，只需计入指针本身的±0.2毫米累计误差即可，压入精度可以确保不超过±0.4毫米的实际需求，避免产品本身的误差而导致压入高度不符合标准压入高度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的压针机构的结构示意图；

图3为本发明的高度自适应锁定装置的结构示意图；

图4为本发明的高度自适应锁定装置的传动件与顶升柱的连接结构示意图；

图5为本发明的高度自适应锁定装置的限位机构的结构示意图；

图6为本发明的高度自适应锁定装置的连接架的结构示意图；

图7为本发明的电气连接结构示意图；

图8为汽车仪表的结构示意图；

图9为汽车仪表马达的压针标准示意图；

图10为传统汽车仪表指针压入方式示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种汽车仪表指针压入设备，包括压针机构1100、高度自适应锁定装置1200以及控制器1300。

如图2以及图7所示，压针机构1100用于将指针5压至仪表盘6马达转轴上，其包括可上下移动的压头1110、用于检测压入力的压力传感器1120以及用于检测所压指针5的压入高度的直线位移传感器1130。

压头1110的下表面向内形成与指针5适配的负压型腔，负压型腔可吸住指针5，压力传感器1120固定于压头1110上，直线位移传感器1130竖直布置，且与压头1110固定，直线位移传感器1130具有机身1131以及可更换测量头1132，机身1131的下端通过弹性伸缩部1133与可更换测量头1132连接，弹性伸缩部1133的收缩量最大为12mm，最多会施加给汽车仪表盘2牛的反作用力，适用于不同汽车仪表盘接触面，不大于2牛的反作用力不会导致产品形变产生测量误差，可更换测量头1132低于所压指针5的底面，该可更换测量头1132与所压指针5的底面间距大于标准压入高度，可更换测量头1132可根据不同仪表盘的材质进行匹配更换，避免刮擦影响外观。

通过采集直线位移传感器1130的收缩量，可以转换为相应的压入高度。

其中，标准压入高度为1mm，其允许误差为±0.4mm。

在本实施例中，直线位移传感器1130的机身1131通过螺母固定于L形支架1134上，L形支架1134套接固定于压头1110上。

如图3-6所示，高度自适应锁定装置1200用于在底部支撑仪表盘马达，其包括用于支撑仪表盘马达的顶升柱1210、用于带动顶升柱1210升降的传动件1220、用于驱动传动件1220升降的升降机构1230、弹簧1240、用于对顶升柱1210的上下位置进行限位的限位机构1250以及连接架1260。

传动件1220与升降机构1230连接，且滑动套设于顶升柱1210上。

顶升柱1210竖直布置，其上具有位于传动件1220下侧的第一止挡部1211以及位于传动件1220上侧的第二止挡部1212。

其中，顶升柱1210包括柱体1213以及柱头1214，柱头1214与柱体1213的顶部螺纹连接，故柱头1214可更换，以匹配不同的马达，避免与马达产生间隙，第一止挡部1211形成于柱体1213的下端，第二止挡部1212形成于柱体1213的下部。

在本实施例中，升降机构1230为升降气缸。

弹簧1240套设于顶升柱1210上，且位于传动件1220与第二止挡部1212之间，限位机构1250位于顶升柱1210的侧面。

上升时，传动件1220通过率弹簧1240、第二止挡部1212带动顶升柱1210，下降时，传动件1220通过第一止挡部1211带动顶升柱1210。

具体地，传动件1220为L形块体，该L形块体的竖直部与升降机构1230连接，其水平部滑动套设于顶升柱1210的柱体1213的下部，弹簧1240位于水平部与第二止挡部1212之间。

限位机构1250包括夹紧块1251、水平推动杆1252以及水平伸缩气缸1253。

夹紧块1251包括竖直的两块夹紧板1251a，两块夹紧板1251a间隙布置，且该两块夹紧板1251a的同侧固定于竖直的固定块1251b上，两块夹紧板1251a在邻近上述同侧之间形成供顶升柱1210上下通过的第一通道1251c。

水平推动杆1252用于水平推动一块夹紧板1251a以使该夹紧板1251a与另一块夹紧板1251a抱紧顶升柱顶升柱1210，其水平布置于夹紧板1251a的侧面。

水平伸缩气缸1253用于驱动水平推动杆1252水平移动，其与水平推动杆1252连接，且通过固定杆1253a与较远的夹紧板1251a连接。

夹紧块1251对顶升柱1210产生的静摩擦力超过200牛，仪表盘马达能被顶升柱1210牢牢支撑且无任何间隙，使马达可以承受指针5压入的冲击力。

连接架1260包括上连接块1261以及侧连接板1262。

上连接块1261上具有供顶升柱1210的柱头1214上下通过的第二通道1261a，且夹紧块1251的固定块1251b的上端与上连接块1261通过螺栓上下固定。

侧连接板1262的上端与上连接块1261的侧面连接，该侧连接板1262的上部通过螺栓与升降机构1230侧向固定，且其下部具有上下方向的滑轨1262a，传动件1220的竖直部的侧面具有滑动设于滑轨1262a内的滑座1221。

本发明依靠高度自适应锁定装置1200避免与电机底部产生间隙，进而造成电路板2形变，以免产生误差影响压入高度，大大提高产品良率。

控制器1300用于控制压头1110下压指针5的压入速度、压入力以及压入高度，其与压头1110、压力传感器1120以及直线位移传感器1130连接，在本实施例中，压头1110由步进电机或者伺服直线电机驱动，压力传感器1120与压头1110的步进电机或者伺服直线电机驱动连接。

采用本发明压入设备对汽车仪表指针进行压入的方法如下：

一、将仪表盘半成品放置于夹具托盘上，通过压块从上方压住仪表盘半成品。

二、将指针5固定于压头1110的负压型腔内。

三、在仪表盘半成品的马达下方设置高度自适应锁定装置1200，通过升降机构1230驱动传动件1220带动顶升柱1210上升，顶升柱1210接触马达底部后，弹簧1240持续被压缩直至传动件1220上升到最大距离，此时，通过限位机构1250对顶升柱1210的上下位置进行限位。

弹簧1240产生的反作用力小于5牛，不会对产品电路板产生过多的应力。

四、通过控制器1300控制压头1110以标准下压速度匀速下压指针5：

在下压过程中，控制器1300根据压力传感器1120的反馈信号，控制压头1110的压入力在标准压入力范围内；

在下压过程中，通过控制器1300采集直线位移传感器1130的弹性伸缩部1133的收缩量，并将该收缩量转换为相应的压入高度，当压入高度满足标准压入高度时，通过控制器1300控制压头1110停止下压。

停止下压后，再次采集直线位移传感器1130的收缩量，并转换为相应的压入高度，若压入高度满足标准压入高度，则指针压入成功，若压入高度高于标准压入高度，则计算出相应的收缩补偿值，通过控制器1300控制压头继续下压，直到直线位移传感器1130的收缩量满足上述收缩补偿值，若压入高度低于标准压入高度，则产品不合格。

其中，标准下压速度为800毫米/分钟，标准压入力范围为25牛-120牛，标准压入高度为1mm，允许误差±0.4mm。

本发明通过压针机构下压指针，并通过高度自适应锁定装置对马达进行支撑，在下压过程中，采集直线位移传感器的收缩量，经过换算得到对应的压入高度，从而控制压入高度满足标准压入高度，只需计入指针本身的±0.2毫米累计误差即可，压入精度可以确保不超过±0.4毫米的实际需求，避免产品本身的误差而导致压入高度不符合标准压入高度。

此外，不需要在压入完成后，通过指针高度测量设备进行测量，免去指针高度测量设备的投资，缩短生产周期。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种汽车仪表指针压入设备，其特征在于，包括：

用于将指针压至仪表盘马达转轴上的压针机构，所述压针机构包括可上下移动的压头、用于检测压入力的压力传感器以及用于检测所压指针的压入高度的直线位移传感器，所述压头的下表面向内形成与所述指针适配的负压型腔，所述压力传感器固定于所述压头上，所述直线位移传感器竖直布置，且与所述压头固定，其可更换测量头低于所压指针的底面，该可更换测量头与所述所压指针的底面间距大于标准压入高度，所述直线位移传感器具有机身以及可更换测量头，机身的下端通过弹性伸缩部与所述可更换测量头连接，所述弹性伸缩部的收缩量最大为12mm；

用于在底部支撑所述仪表盘马达的高度自适应锁定装置，所述高度自适应锁定装置包括用于支撑所述仪表盘马达的顶升柱、用于带动所述顶升柱升降的传动件、用于驱动所述传动件升降的升降机构、弹簧、用于对所述顶升柱的上下位置进行限位的限位机构以及连接架，所述传动件与所述升降机构连接，且滑动套设于所述顶升柱上，所述顶升柱竖直布置，其上具有位于传动件下侧的第一止挡部以及位于传动件上侧的第二止挡部，所述弹簧套设于所述顶升柱上，且位于所述传动件与第二止挡部之间，所述限位机构位于所述顶升柱的侧面，其包括：

夹紧块，所述夹紧块包括竖直的两块夹紧板，所述两块夹紧板间隙布置，且该两块夹紧板的同侧固定于一竖直的固定块上，所述两块夹紧板在邻近所述同侧之间形成供所述顶升柱上下通过的第一通道；

用于水平推动一块夹紧板以使该夹紧板与另一块夹紧板抱紧顶升柱的水平推动杆，所述水平推动杆水平布置于所述夹紧板的侧面；

用于驱动所述水平推动杆水平移动的水平伸缩气缸，所述水平伸缩气缸与所述水平推动杆连接，且通过固定杆与较远的夹紧板连接；

所述连接架包括上连接块以及侧连接板，所述上连接块上具有供所述顶升柱的柱头上下通过的第二通道，且所述夹紧块的固定块的上端与所述上连接块通过螺栓上下固定，所述侧连接板的上端与所述上连接块的侧面连接，该侧连接板的上部通过螺栓与所述升降机构侧向固定，且其下部具有上下方向的滑轨，所述传动件的竖直部的侧面具有滑动设于所述滑轨内的滑座；

用于控制压头下压指针的压入速度、压入力以及压入高度的控制器，所述控制器与所述压头、压力传感器以及直线位移传感器连接。

2.根据权利要求1所述的一种汽车仪表指针压入设备，其特征在于，所述压头由步进电机或者伺服直线电机驱动。

3.根据权利要求1或2所述的一种汽车仪表指针压入设备，其特征在于，所述直线位移传感器通过螺母固定于一L形支架上，所述L形支架套接固定于所述压头上。

4.根据权利要求3所述的一种汽车仪表指针压入设备，其特征在于，所述标准压入高度为1mm，其允许误差为±0.4mm。

5.根据权利要求4所述的一种汽车仪表指针压入设备，其特征在于，所述顶升柱包括柱体以及柱头，所述柱头与所述柱体的顶部螺纹连接，所述第一止挡部形成于柱体的下端，所述第二止挡部形成于柱体的下部。

6.根据权利要求5所述的一种汽车仪表指针压入设备，其特征在于，所述传动件为L形块体，所述L形块体的竖直部与所述升降机构连接，其水平部滑动套设于所述顶升柱的柱体的下部，所述弹簧位于所述水平部与第二止挡部之间，所述升降机构为升降气缸。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述的汽车仪表指针压入设备的汽车仪表指针压入方法，其特征在于，包括：

将仪表盘半成品放置于夹具托盘上，通过压块从上方压住所述仪表盘半成品；

将指针固定于压头的负压型腔内；

在仪表盘半成品的马达下方设置高度自适应锁定装置，通过升降机构驱动传动件带动顶升柱上升，所述顶升柱接触马达底部后，弹簧持续被压缩直至所述传动件上升到最大距离，此时，通过限位机构对顶升柱的上下位置进行限位；

通过控制器控制压头以标准速度匀速下压所述指针：

在下压过程中，所述控制器根据压力传感器的反馈信号，控制压头的压入力在标准压入力范围内；

在下压过程中，通过控制器采集直线位移传感器的弹性伸缩部的收缩量，并将该收缩量转换为相应的压入高度，当压入高度满足标准压入高度时，通过控制器控制压头停止下压；

停止下压后，再次采集所述直线位移传感器的收缩量，并转换为相应的压入高度，若压入高度满足标准压入高度，则指针压入成功，若压入高度高于所述标准压入高度，则计算出相应的收缩补偿值，通过控制器控制压头继续下压，直到所述直线位移传感器的收缩量满足所述收缩补偿值，若压入高度低于所述标准压入高度，则产品不合格。

8.根据权利要求7所述的一种汽车仪表指针压入方法，其特征在于，所述标准速度为800毫米/分钟，所述标准压入力范围为25牛-120牛，所述标准压入高度为1mm，其允许误差为±0.4mm。