涂裝車間PVC噴涂機(jī)器人工藝調(diào)試及質(zhì)量控制

曾凡林

摘 要：文章闡述了新車型在調(diào)試過程中，涂裝車間PVC噴涂機(jī)器人噴涂工藝自主調(diào)試過程，著重討論從機(jī)器人示教準(zhǔn)備、機(jī)器人示教、帶膠噴涂PVC質(zhì)量調(diào)試三個方面。同時，闡述在新車型調(diào)試過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行分析并提出創(chuàng)新的解決措施。

關(guān)鍵詞：PVC噴涂機(jī)器人;機(jī)器人示教;噴涂PVC質(zhì)量

中圖分類號：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-228-04

Abstract： The paper mainly study on the Independent adjustment process of the spraying technology of PVC spraying robot in the painting workshop is mainly discussed from three aspects： Preparation of robot teaching， robot teaching and PVC quality adjustment of rubber spraying. At the same time， the quality problems in the process of new vehicle debugging are analyzed and the innovative solutions are put forward.

Keywords： PVC spray robot; Robot teaching; Spraying PVC quality

1 引言

PVC噴涂機(jī)器代替人工進(jìn)行PVC膠噴涂，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的工作。PVC噴涂機(jī)器人在汽車制造中應(yīng)用廣泛。面臨日趨激烈的行業(yè)競爭以及日漸理性的消費市場。車身質(zhì)量要求也更為嚴(yán)苛，對PVC噴涂質(zhì)量提出更高的標(biāo)準(zhǔn)。創(chuàng)新的噴涂方法、靈活的噴涂軌跡使PVC噴涂機(jī)器人最大程度滿足汽車生產(chǎn)需求。本文結(jié)合新車型的PVC噴涂機(jī)器人軌跡程序調(diào)試過程，探討PVC噴涂機(jī)器人程序編輯技術(shù)及調(diào)試過程中的質(zhì)量調(diào)整滿足汽車批量生產(chǎn)質(zhì)量要求。

2 PVC噴涂機(jī)器人仿形調(diào)試技術(shù)開發(fā)和調(diào)試應(yīng)用

2.1 PVC噴涂機(jī)器人噴涂類別及工藝標(biāo)準(zhǔn)

PVC涂膠機(jī)器人可分為三種，分別是車門及二蓋焊縫密封（德語名稱Feinabdichtung），簡稱FAD。車身底板焊縫密封（德語名稱Grobadichtung），簡稱GAD。底板防護(hù)PVC覆蓋（德語名稱Unterbodenschutz），簡稱UBS。為滿足防腐質(zhì)量，制定出三種PVC噴涂標(biāo)準(zhǔn)：FAD膠條質(zhì)量要求寬度為6mm，厚度要求為1500-2000um;GAD膠條要求寬度為2-2.2cm，厚度要求為2000um;UBS厚度要求按照底板防護(hù)位置及要求不同而變化（常見膜厚標(biāo)準(zhǔn)為300um、500um、1200um）。

2.2 PVC機(jī)器人示教準(zhǔn)備

2.2.1 噴涂區(qū)域劃分

新車型調(diào)試，按照工藝卡要求，首先根據(jù)膠條的長度、厚度計算出機(jī)器人噴涂時間（工作節(jié)拍）。將噴涂區(qū)域按照工作負(fù)荷盡可能平均分配到站內(nèi)每臺機(jī)器人，避免出現(xiàn)機(jī)器人工作負(fù)荷過重影響使用壽命。同時為后續(xù)節(jié)拍優(yōu)化預(yù)留空間。工作站設(shè)計為4臺噴涂機(jī)器人（如圖1）噴涂總長度為60米。因此每臺機(jī)器人噴涂長度為15米。

2.2.2 車身標(biāo)記

車身根據(jù)不同機(jī)器人需噴涂區(qū)域標(biāo)記不同顏色。新車型噴涂區(qū)域90%以上左右側(cè)對稱，工作站為2臺噴涂機(jī)器人可將車身以前后輪中軸線左右對分工作區(qū)域，涉及到機(jī)器人負(fù)荷、工作節(jié)拍和防碰撞參數(shù)設(shè)置較容易。例如噴涂站四臺機(jī)器人。車身劃分為四等份進(jìn)行標(biāo)記，噴涂區(qū)域調(diào)整方法為前后劃分區(qū)域移動。此方法有效防止遺漏噴涂工藝，導(dǎo)致臨時增加噴涂區(qū)域，節(jié)拍浪費及機(jī)器人協(xié)調(diào)影響（等待時間）。工作站PVC機(jī)器人均勻分工，消除后續(xù)節(jié)拍不足的影響導(dǎo)致重新分配程序，增加調(diào)試周期和調(diào)試工作量。如圖2（虛線可左右移動滿足實際調(diào)試需求）：

2.3 視覺測量和車身定位數(shù)據(jù)

車身到達(dá)機(jī)器人站內(nèi)。首先視覺系統(tǒng)通過測量生產(chǎn)車身特征點，并與標(biāo)準(zhǔn)車身的特征點（零位置）進(jìn)行對比，得出車身方位差（矯正矢量），并將矯正矢量傳送給機(jī)器人，機(jī)器人再根據(jù)之前的零位置進(jìn)行疊加，便得出車身的絕對位置;如圖3所示：

視覺系統(tǒng)在進(jìn)行一次完整的測量過程中，將完成以下步驟：

（1）通過PLC把車型信息傳送到視覺系統(tǒng);

（2）車身在工作間定位后，攝像頭進(jìn)行圖像采集與特征點識別;

（3）利用在圖像中找到的標(biāo)記點位置和攝像頭的定標(biāo)結(jié)果，計算當(dāng)前車身的位置;

（4）計算當(dāng)前車身方位和初始方位（零位置）的差值，這就是矯正矢量;

（5）將矯正矢量傳送給機(jī)器人。

通過機(jī)器人接受的矯正矢量，在噴涂過程中就可利用這個值進(jìn)行補償，幫助機(jī)器人噴涂每一臺車身都能保證噴涂質(zhì)量。滿足車身質(zhì)量工藝要求。

2.4 噴涂機(jī)器人仿形編輯軟件介紹

噴涂機(jī)器人軟件分為在線編輯程序和離線編輯程序，二者相互配合完成仿形調(diào)試。在線編輯程序調(diào)試時間快、效果好，通常使用在線編輯程序形成軌跡點，根據(jù)PVC噴涂機(jī)器人噴涂調(diào)試車身的狀態(tài)。然后再使用離線編程進(jìn)行細(xì)調(diào)，重復(fù)進(jìn)行此操作，直到車身質(zhì)量滿足質(zhì)量要求。

2.5 PVC噴涂機(jī)器人仿形調(diào)試

2.5.1 自主研發(fā)韌性調(diào)試工具

GAD機(jī)器人調(diào)試中，激光調(diào)試器與工作面（車身）距離為3CM，機(jī)器人內(nèi)部針對GUN1、GUN2與GUN3之間轉(zhuǎn)換的軌跡運算時，由于無法判斷運行方向且機(jī)器人槍頭在車身內(nèi)部運行空間狹小，激光器與車身極易碰撞，造成激光調(diào)試器和機(jī)器人的損壞，影響調(diào)試和新車型項目進(jìn)度，對仿形調(diào)試經(jīng)驗不足而言，此類情況無法避免（主機(jī)廠外包調(diào)試新型車的重要原因）。現(xiàn)場通過自主研發(fā)韌性調(diào)試工具替代激光調(diào)試器，解決碰撞后損壞激光調(diào)試器的難題，有效提升調(diào)試進(jìn)度。制作方法：制作3CM長的塑料條，底部打磨成與槍嘴的形狀一致，拆卸出槍嘴，替換成塑料條（圖4）。

2.5.2 建立程序框架

打開機(jī)器人仿形編輯軟件，加載RPC內(nèi)部程序，選擇R（ROBOT），例如選擇R11，將R11程序內(nèi)的Jetta_NF程序點擊右鍵進(jìn)行復(fù)制，點擊選擇R11進(jìn)行粘貼，對Jetta_NF程序重新命名（例如Jetta_NF_1）。打開Jetta_NF_1程序，創(chuàng)建以下程序：

上圖程序參數(shù)解釋：

1）SETOBJECT：設(shè)置車身（JETTA_NF）（直接調(diào)用GLOBAL內(nèi)參數(shù)）

2）SETTOOL：設(shè)置槍頭（例如GUN1、GUN2、GUN3）

3）ACC：加速度

4）VEL：速度（數(shù)值越大速度越快）

5）OVERLAP：機(jī)器人在仿形軌跡轉(zhuǎn)彎時的圓弧

6）SETBRUSH：設(shè)置刷子號（壓力或流量）

7）GUN （GUN1，Gun On，軌跡點，觸發(fā)點）：開槍點或關(guān)槍點（開槍為ON關(guān)槍為OFF）

8）PTP點：機(jī)器人本體各個軸的旋轉(zhuǎn)的角度大小形成的坐標(biāo)點。

從任意點到達(dá)PTP點機(jī)器人都是以最快的速度到達(dá)PTP點

9）LIN點：物體坐標(biāo)

LIN至LIN點之間移動為直線移動

PTP至PTP點之間移動為弧線移動

2.5.3 TCP的建立

PVC噴涂機(jī)器人共計三個槍嘴，分別是GUN1/GUN2/ GUN3（GUN1與法蘭盤中心線所指方向一致、GUN2與法蘭盤中心線所指方向成45°、GUN3與法蘭盤中心線所指方向成90°）。于是分別有TOOL1/TOOL2/TOOL3。對TOOL1/ TOOL2/TOOL3應(yīng)用不同長度的距離并輸入到系統(tǒng)文件內(nèi)。三個槍嘴可以更加靈活的滿足車身不同噴涂面。方便調(diào)試人員調(diào)試時，可直接調(diào)用，節(jié)省調(diào)試時間。

2.5.4 坐標(biāo)系應(yīng)用及方法

噴涂機(jī)器人坐標(biāo)系分為world坐標(biāo)、object坐標(biāo)、joint坐標(biāo)、tool坐標(biāo)。

world坐標(biāo)：VMT測量時測量的一個坐標(biāo)系（工作間坐標(biāo)）。X軸與輸送方向一致，Y軸垂直于X軸，方向朝輸送方向的左側(cè)，Z軸垂直于X軸，方向朝輸送方向的上方。world坐標(biāo)用于攝像系統(tǒng)、車身、PVC噴涂機(jī)器人之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。將上訴三者關(guān)聯(lián)。

object坐標(biāo)：相對于world坐標(biāo)的相對值，object坐標(biāo)值的絕對值位于車身前輪罩的正中心線上。A.B.C分別繞X.Y.Z旋轉(zhuǎn)。object坐標(biāo)X軸與輸送方向相反，Y軸垂直于X軸，方向朝輸送方向的右側(cè)，Z軸垂直于X軸，方向朝輸送方向的上方。A的方向以右手食指指向X軸，右手包裹食指，拇指指向X軸的正方向，B.C分別以無名指與拇指為基準(zhǔn)，與A方法一致。為PVC噴涂機(jī)器人所有工藝噴涂LIN點都以object坐標(biāo)為基準(zhǔn)。

joint坐標(biāo)：基于單軸運動，PVC噴涂機(jī)器人共計6個軸附加一個平行運動的基軸。軸分別為A1-A7。A1-A6分別是從下往上計數(shù)，A7為基軸。A1的工作范圍為-115至115°。A2的工作范圍為-80至63°A3的工作范圍為-80至80°。A4的工作范圍為-720至720°。A5的工作范圍為-720至720°。A6的工作范圍為-720至720°。A7的工作范圍為-3800至2476mm。

TOOL坐標(biāo)：六軸法蘭盤正中心為原點建立坐標(biāo)系。運動姿態(tài)為TX.TY.TZ.TA.TB.TC.A7七個部分組成。利用右手定則，食指所指方向為X軸的正方向，根據(jù)實際所需進(jìn)行調(diào)整軌跡點。

2.5.5 PVC噴涂機(jī)器人工藝參數(shù)設(shè)置

PVC噴涂機(jī)器人管內(nèi)和機(jī)器人進(jìn)行帶膠調(diào)試時，需設(shè)置各項噴涂工藝參數(shù)（表1）。滿足工藝調(diào)試需求，設(shè)置的各項參數(shù)須滿足機(jī)器人材料校正時成功（校正成功是后續(xù)工作的前提）。

2.5.6 PVC噴涂機(jī)器人程序模擬

PVC噴涂機(jī)器人程序編輯完畢后，將每個機(jī)器人程序使用示教器運行，發(fā)現(xiàn)風(fēng)險點和不合理軌跡點，對其進(jìn)行優(yōu)化。對機(jī)器人運行的公共區(qū)域設(shè)置防碰撞參數(shù)。使用仿形編輯軟件模擬功能確定每個機(jī)器人的噴涂節(jié)拍，噴涂姿態(tài)，等待時間。對不合理之處需進(jìn)行優(yōu)化。

2.5.7 噴涂軌跡點示教注意事項

機(jī)器人噴涂槍嘴出膠面與工作面（不規(guī)則區(qū)域盡量垂直）保持垂直：保證噴涂膠條的美觀、膜厚均勻及倒掛掛式車身底板噴涂不掉落殘膠，尤其倒掛掛式車身底板噴涂時PVC膠掉落堵塞槍嘴造成噴涂車身質(zhì)量缺陷（由于車身不規(guī)則造成垂直噴涂的質(zhì)量欠佳，可根據(jù)實際情況進(jìn)行角度優(yōu)化）。示教點根據(jù)機(jī)器人程序邏輯進(jìn)行保存（LIN必須使用OBJECT坐標(biāo)保存，PTP必須使用AXIS坐標(biāo)保存機(jī)器人涉及到內(nèi)部運算，否則導(dǎo)致停臺的風(fēng)險）。

軌跡點示教完畢，將所有程序段進(jìn)行逐個點檢查，防止生產(chǎn)過程中出現(xiàn)軸限位，造成停工：方法為機(jī)器人每個運行軌跡點可通過下圖隨時查看軸位置（共計7軸，從A1-A7），需保證各個軸姿態(tài)在極限范圍±5°的范圍內(nèi)工作、運行、過度（圖6）。例如A1 RPC設(shè)置范圍為（-115°）-（115°）。檢查軌跡點保證在（-110°）-（110°）范圍內(nèi)。防止因為機(jī)器人運行加速度和視覺系統(tǒng)補償時，軸限位，造成停臺。

調(diào)試時，機(jī)器人本體離車身、吊具等固定原件保持至少1CM距離：防止視覺系統(tǒng)補償后、機(jī)器人姿態(tài)變化和機(jī)器人運行時的加速度導(dǎo)致機(jī)器人與車身相撞，造成停工的損失。

2.5.8 帶膠噴涂PVC質(zhì)量調(diào)試

PVC現(xiàn)場噴涂機(jī)器人采用PCL系統(tǒng)，使用流量和壓力控制。并且溫控裝置能夠控制膠溫使涂膠質(zhì)量得到穩(wěn)定的控制。噴涂質(zhì)量優(yōu)化前，首先設(shè)置參數(shù)滿足機(jī)器人校正。下圖分別為GAD站和UBS站的氣壓值與壓力值之間的比值。校正參數(shù)設(shè)置也在此區(qū)間進(jìn)行選擇適合噴涂質(zhì)量的最小值和最大值（圖7）。

做噴板測試以記錄數(shù)據(jù)為后期優(yōu)化做準(zhǔn)備（圖8）。如GAD不同流量速度下測量記錄膠寬、膜厚、外觀等，UBS不同壓力速度下測量膠寬、膜厚。每次PVC膠進(jìn)行噴涂優(yōu)化質(zhì)量時，保證校正成功后才能進(jìn)行質(zhì)量優(yōu)化。假如校正不成功，需查找原因，消除機(jī)器人無法校正成功的原因。

3 質(zhì)量調(diào)試優(yōu)化方法

使用白紙實驗和取消噴涂區(qū)域（位置）相結(jié)合的方式進(jìn)行。首先，分析可能導(dǎo)致噴涂區(qū)域的膠條或區(qū)域，羅列序號1、2、3……，使用白紙在缺陷區(qū)域及周圍進(jìn)行覆蓋，同時取消周圍可能導(dǎo)致缺陷的噴涂，過車后進(jìn)行查看實車，假如有膠粒，證明取消膠條無風(fēng)險，繼續(xù)試驗下個區(qū)域。逐一排除直到消除車身缺陷。

3.1 GAD站優(yōu)化

前期焊裝車間車身質(zhì)量不穩(wěn)定（新車型批量生產(chǎn)前期焊縫整車尺寸有差異），帶PVC膠可集中優(yōu)化噴涂搭接不嚴(yán)以及過噴涂的問題。

車身質(zhì)量逐漸穩(wěn)定后，可優(yōu)化膠條未覆蓋焊縫間隙問題。通過不斷的噴涂車身，查看噴涂缺陷位置并統(tǒng)計，在線優(yōu)化仿形，使噴涂膠條能覆蓋焊縫。在經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，使膠條均勻覆蓋焊縫，再通過優(yōu)化噴涂參數(shù)（機(jī)器人噴涂姿態(tài)、速度等），從而消除膠污染和總裝車間PVC膠與裝配干涉抱怨，在實際生產(chǎn)的過程中由于外界環(huán)境的變化（如材料改變）再根據(jù)現(xiàn)場情況優(yōu)化仿形。

3.2 UBS站優(yōu)化

根據(jù)工藝要求保證區(qū)域全覆蓋，用電泳車身膜厚優(yōu)化，通過優(yōu)化噴涂工作面的噴涂角度噴涂速度及搭接區(qū)域（可節(jié)省材料成本），消除膜厚質(zhì)量問題，滿足工藝要求。

針對膠粒優(yōu)化，需對仿形進(jìn)行排查。直接噴上車身的可修改仿形，如飛濺上車身或者反彈上車身。根據(jù)現(xiàn)場情況考慮人工擦凈或者遮蔽。在實際生產(chǎn)的過程中如果有質(zhì)量問題，現(xiàn)場工藝人員及時跟進(jìn)。檢查膠壓、材料屬性、溫度，是否引起扇面的變化和膜厚不均的現(xiàn)象，逐一排查，找到影響因素并控制，消除質(zhì)量缺陷。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫亦炯，高水彬.機(jī)器視覺系統(tǒng)在車底密封涂膠機(jī)器人中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代涂料與裝，2014，17（12）：6-8.

[2] 邢兵兵，李文鵬，宋曉旺等.淺談乘用車底涂膠機(jī)器人噴涂調(diào)試[J].上海涂料，2014，52（6）：32-35.