智能型機(jī)器人在車頂外板涂膠上的應(yīng)用

一、引言

涂膠是汽車生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要工藝。車頂涂膠是指在進(jìn)行車頂總成焊裝之前，在車頂外板、車頂橫梁、天窗等組件之間涂防震膠、折邊膠，這些膠水起著折邊粘合、防振、隔音、密封等功能。

目前在國內(nèi)汽車制造業(yè)，車頂涂膠都是采用工件固定膠槍移動的方式進(jìn)行涂膠。由于固定工件的夾具設(shè)計(jì)定型后基本無法改進(jìn)和兼容后續(xù)的改進(jìn)車型和新車型。車廠推出新車必須設(shè)計(jì)增加新的夾具。由于夾具的限制，車頂總成組裝線都是單品種型生產(chǎn)系統(tǒng)或批量切換型生產(chǎn)系統(tǒng)。

現(xiàn)在各家廠商每年都有新車型推出，車頂總成組裝線的單品種生產(chǎn)型及批量切換型生產(chǎn)模式已經(jīng)跟不上按需生產(chǎn)即柔性生產(chǎn)的要求。

本文以廣州某汽車整車廠的車身車間車頂總成工位的機(jī)器人車頂外板高速涂膠系統(tǒng)項(xiàng)目為例，介紹該系統(tǒng)的組成、機(jī)器視覺檢查防錯、機(jī)器視覺偏差補(bǔ)償原理。

二、系統(tǒng)控制要求

(1)生產(chǎn)能力：生產(chǎn)節(jié)拍81s。

(2)頂蓋生產(chǎn)線對應(yīng)8種車型16個式樣的生產(chǎn)，單個車型涂膠點(diǎn)數(shù)最多為181點(diǎn)。

(3)膠點(diǎn)位置精度要求：X向（長度方向）±1.0mm，Y向（寬度方向）±1.5mm。

(4)機(jī)器人手臂頂端的頂蓋外板搬運(yùn)手爪，必須能自動切換以適應(yīng)不同外形車頂外板的搬運(yùn)要求，且定位穩(wěn)定可靠，能有效避免頂蓋移動時產(chǎn)生顫抖。

(5)高速涂膠系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)直接從工廠中央管理系統(tǒng)（CCR）中獲得，和主線生產(chǎn)順序同步。

(6)基于Fanuc 2D Vision的視覺補(bǔ)償系統(tǒng)，車頂外板僅在料架車上粗定位，通過視覺功能捕捉車頂外板上特征，得到車頂實(shí)際位置與基準(zhǔn)位置的偏移量并補(bǔ)償機(jī)器人的工作軌跡。且需要系統(tǒng)對視覺系統(tǒng)識別的車頂外板型號數(shù)據(jù)和系統(tǒng)從CCR獲得的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)確認(rèn)，當(dāng)數(shù)據(jù)不一致自動停機(jī)報(bào)警。

(7)觸摸屏需要對系統(tǒng)進(jìn)行全功能的操作及監(jiān)控。包含生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的監(jiān)控、手動修改，自動涂膠系統(tǒng)的參數(shù)修改、監(jiān)控，系統(tǒng)各工位的手動操作功能、INTERFACE信號的監(jiān)控等。

(8)需要實(shí)時的對涂膠量監(jiān)控并自動補(bǔ)償，當(dāng)涂膠量超出工藝要求時能自動停機(jī)。

(9)系統(tǒng)工作用車頂外板的供料由人工集配完成，集配數(shù)據(jù)由系統(tǒng)提供，車頂總裝夾具的生產(chǎn)數(shù)據(jù)由高速涂膠系統(tǒng)提供。

三、系統(tǒng)方案

1.方案確定與總體布局

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，系統(tǒng)由生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、供膠系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、輸送帶和機(jī)器人組成，是自動切換的高柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從中央管理系統(tǒng)（CCR）中自動獲取和車體總拼生產(chǎn)線同步的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并通過指示燈箱指引操作工進(jìn)行生產(chǎn)集配工作；視覺系統(tǒng)通過對工件進(jìn)行拍照，獲得圖像數(shù)據(jù)。檢查工件和生產(chǎn)數(shù)據(jù)是否一致，同時計(jì)算工件位置的偏差值并自動補(bǔ)償；供膠系統(tǒng)能提供恒定的供膠壓力并根據(jù)實(shí)時反饋的流量大小控制機(jī)器人發(fā)出指令調(diào)整膠流量大小；恒溫系統(tǒng)控制膠溫，使膠溫穩(wěn)定在工藝要求范圍內(nèi)；輸送帶將涂膠完成的工件輸送到下料位置由人工吊裝到車頂總裝夾具上進(jìn)行總裝。

工作流程：(1)根據(jù)系統(tǒng)指示，人工集配工件按序裝車；(2)人工推車到系統(tǒng)上料處；(3)安裝在機(jī)器人手爪上的視覺系統(tǒng)對工件型號進(jìn)行校對，同時獲取工件位置偏差數(shù)據(jù)；(4)機(jī)器人抓取工件到安裝在涂膠立柱處的固定視覺系統(tǒng)處進(jìn)行第二次工件位置偏差校正；(5)工件涂膠；(6)機(jī)器人將涂膠完成的工件放到傳送帶上；(7)傳送帶將工件移動到下料位；(8)人工將工件吊裝到車頂總裝夾具上進(jìn)行總裝，數(shù)據(jù)同時傳遞到車頂總裝夾具PLC。

2.控制系統(tǒng)

(1)生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用Omron PLC對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)管理包含數(shù)據(jù)獲得、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)校對、數(shù)據(jù)計(jì)算四個部分。應(yīng)用了Omron的INTERNET、CONTROL LINK、DEVICE NET的3層網(wǎng)絡(luò)見圖2。

①數(shù)據(jù)獲得—為保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)和車體總拼主線保持完全同步，數(shù)據(jù)獲取來源和主線相同，通過Omron的以太網(wǎng)模塊直接從上位機(jī)CCR(中央管理系統(tǒng))中直接獲得；

②數(shù)據(jù)傳送—生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過O m r o n的CONTROL LINK網(wǎng)絡(luò)傳送到車頂總裝夾具PLC，實(shí)現(xiàn)車頂總成組裝線柔性生產(chǎn)的要求；

③數(shù)據(jù)校對—由于是人工根據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行集配裝車工作，而人是自動化系統(tǒng)中最不穩(wěn)定的一環(huán)，所以必須對工件和數(shù)據(jù)是否一致進(jìn)行校對。校對用的數(shù)據(jù)通過DEVICENET連接的集配車號識別傳感器獲得，實(shí)際工件型號通過視覺系統(tǒng)識別獲得；

④數(shù)據(jù)計(jì)算—由于集配裝車后，集配車的工件是先入后出的，生產(chǎn)順序發(fā)生改變。為和主線保持絕對同步必須對生產(chǎn)順序進(jìn)行計(jì)算以更改裝車數(shù)據(jù)順序。

(2)2D視覺系統(tǒng)

視覺系統(tǒng)在本系統(tǒng)中是最重要的一環(huán), 以往由于工件必須通過定位夾具才能精準(zhǔn)定位，進(jìn)行自動化涂膠，所以以往的涂膠系統(tǒng)都是單品種生產(chǎn)模式或批量切換生產(chǎn)模式。而視覺補(bǔ)償系統(tǒng)通過當(dāng)前圖像和基準(zhǔn)圖像的對比就能獲得工件位置偏差數(shù)據(jù)，不再受到定位夾具的束縛，為自動切換的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

視覺系統(tǒng)的基本工作原理是首先對工件的特征點(diǎn)進(jìn)行拍照標(biāo)定，記錄特征點(diǎn)的坐標(biāo)。當(dāng)工件的位置不同，其特征點(diǎn)的坐標(biāo)也會不同，2個特征點(diǎn)的坐標(biāo)差就是機(jī)器人需要補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)動軌跡坐標(biāo)差，即補(bǔ)償值。

本系統(tǒng)由2套2D視覺系統(tǒng)組成，完成工件識別和工件定位的工作。

①可移動的視覺系統(tǒng)：該視覺系統(tǒng)的照相機(jī)安裝在手爪上，照相機(jī)跟隨機(jī)器人移動，最終獲得的補(bǔ)償值是照相機(jī)捕獲的工件特征點(diǎn)坐標(biāo)差和機(jī)器人當(dāng)前坐標(biāo)綜合運(yùn)算后得出的。各種不同種類的工件的特征點(diǎn)是不同的，當(dāng)視覺系統(tǒng)根據(jù)PLC傳送的數(shù)據(jù)尋找工件的特征點(diǎn)失敗時即表示工件型號校對失敗。當(dāng)機(jī)器人根據(jù)視覺系統(tǒng)提供的補(bǔ)償值抓取工件完成后，此時工件的位置偏差已經(jīng)從100mm范圍降低到3mm左右，但還未滿足±1.0mm的涂膠工藝要求，原因并不是視覺系統(tǒng)補(bǔ)償精度不足，而是機(jī)器人的手爪用吸盤吸取工件，在吸取過程中橡膠吸盤的變形和車頂外板工件受力點(diǎn)的變化造成的變形位移是不受控的，所以必須進(jìn)行第二次校正。

圖3 視覺系統(tǒng)

②固定安裝的視覺系統(tǒng)：該視覺系統(tǒng)由二個安裝在涂膠支架上的照相機(jī)組成。照相機(jī)固定安裝，工作時機(jī)器人將工件移動到相機(jī)范圍內(nèi)再次進(jìn)行視覺補(bǔ)償，將工件涂膠時的定位精度控制在0.5mm以內(nèi)，完成工件最終定位補(bǔ)償。

圖4 固定視覺系統(tǒng)

四、應(yīng)用分析

1、視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，無需定位夾具的硬件投入，降低投入成本。為柔性化生產(chǎn)建立了一個通用的平臺，一套設(shè)備可以生產(chǎn)多種不同車型的汽車頂蓋。且在后期新車型投入中，也不需追加新設(shè)備，只須對軟件進(jìn)行調(diào)試即可，系統(tǒng)的兼容性和再次開發(fā)能力高。

2、生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能自動下載和主線同步的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并計(jì)算排序，能很好地保證生產(chǎn)順序和主線同步。且結(jié)合視覺系統(tǒng)，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實(shí)際工件進(jìn)行校對，杜絕人為造成的工件錯裝、漏裝等品質(zhì)不良問題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的自動切換的高柔性生產(chǎn)。

五、結(jié)束語

針對傳統(tǒng)的涂膠應(yīng)用提出了一個新的設(shè)計(jì)方案，并在實(shí)際應(yīng)用中得到了全面的檢驗(yàn)，確認(rèn)其可靠性和可行性。通過視覺技術(shù)和機(jī)器人的配合應(yīng)用，減掉了很多復(fù)雜的定位裝置和工作程序，大大節(jié)省了工作時間和提高了生產(chǎn)線的柔性化程度。