一種基于工業(yè)視覺的汽車密封件涂膠工作站研究*

韓健睿，張瑞祺，郭瑞蓮，時 光，呂世霞，劉 傳

（1.北京工業(yè)大學，北京 100124；2.北京電子科技職業(yè)學院，北京 100176）

現(xiàn)今汽車制造企業(yè)總裝工藝中發(fā)動機裝配大多以人工裝置為主，油底殼涂膠方面人工作業(yè)有著涂膠不均、涂膠精度低、效率低等問題。進而引起汽車發(fā)動機漏油，嚴重的可能引起發(fā)動機損壞。而且膠體也會危害工作人員的身體健康，長期工作在此環(huán)境中將會引起多種疾病。鑒于以上人工作業(yè)現(xiàn)狀，本文設計并搭建了一套基于工業(yè)機器人的自動化汽車密封件涂膠工作站。

工業(yè)機器人在現(xiàn)今汽車制造行業(yè)中有著廣泛應用，如汽車噴漆、汽車結(jié)構(gòu)焊接和沖壓過程中工件搬運等。工業(yè)機器人工作站通過搭配不同的工具手和工藝裝備，可實現(xiàn)不同的工作需求，而且工業(yè)機器人與原有人工相比，具有工作效率高、動作標準化程度高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，同時也降低了生產(chǎn)過程中的成本。

1 涂膠工作站結(jié)構(gòu)設計

汽車發(fā)動機密封件自動涂膠系統(tǒng)以油底殼為例，主要由工業(yè)機器人、多功能工裝臺、工業(yè)機器人工具手、膠罐以及出膠控制系統(tǒng)組成。工業(yè)機器人根據(jù)本項目工作要求載重以及運動范圍，采用ABB IRB1410 型號工業(yè)機器人作為載體，在其上方配置相關(guān)設備以實現(xiàn)設計目的，如圖1 所示。

圖1 涂膠工作站機械結(jié)構(gòu)三維圖

1.1 工裝臺設計

本文所設計的工業(yè)機器人工裝臺主要實現(xiàn)對油底殼外輪廓識別、定位和涂膠固定作用，在工廠中可采用工件傳送裝置，方便其上下料，提高工作效率。工裝臺上有6個定位銷，用于對油底殼進行擺放定位，并且便于相機識別后定位工件位置。背光光源用于輔助相機拍照過程中更好地識別工件外輪廓與螺絲孔位置。相機支架用于支撐相機滿足清晰識別油底殼輪廓并且不妨礙工業(yè)機器人的涂膠運動。光電傳感器用于檢測被涂膠工件是否到位。

1.2 涂膠工具手設計

本文所設計的涂膠工作站中將膠槍安裝于工業(yè)機器人第六軸法蘭上，并且以45°安裝。此方案中選擇的工業(yè)機器人自帶6 個自由度，可以在涂膠過程中出膠方向隨軌跡方向自由變換，實現(xiàn)靈活涂膠的目的。經(jīng)過大量測試，工業(yè)機器人末端法蘭與膠槍呈45°夾角安裝出膠質(zhì)量最好，可實現(xiàn)膠體直接落到工件表面，保證涂膠質(zhì)量。

2 涂膠工作站控制系統(tǒng)設計

本文所設計的涂膠工作站控制系統(tǒng)包括：工業(yè)機器人控制器、工業(yè)視覺識別模塊、供膠系統(tǒng)、傳感器、控制按鈕等，如圖2 所示。工業(yè)機器人選用ABB 機器人控制系統(tǒng)，配備一個DSQC327AIO 信號拓展版，可以連接10 個數(shù)字量輸入信號、10 個數(shù)字量輸出信號和4 個模擬量輸出信號，滿足本工作站系統(tǒng)邏輯控制與運行的要求。工業(yè)機器人具體對工件進行涂膠工作，供膠系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)機器人末端膠槍的膠體輸出，視覺識別用于對被涂膠工件外輪廓和螺絲孔進行識別定位，并規(guī)劃機器人運行路徑、控制按鈕控制工作站設備的啟動、暫停、停止、復位以及一些狀態(tài)顯示。整套工作站由啟動按鈕運行啟動，供膠系統(tǒng)開始運行，等待被涂膠工件到達相機識別工位，相機識別完成后，將點位信息發(fā)送至工業(yè)機器人，等待供膠系統(tǒng)準備就緒，工業(yè)機器人啟動涂膠程序，對工件進行涂膠作業(yè)。

圖2 汽車密封件涂膠工作站系統(tǒng)組成

2.1 出膠裝置控制系統(tǒng)

為實現(xiàn)機器人涂膠作業(yè)，本文設計了全自動控制供膠系統(tǒng)，該系統(tǒng)由膠罐、氣動控制元件、氣源、膠槍等部件組成。膠罐用于存儲膠體，通過氣動控制元件壓縮空氣，使得膠體進入工業(yè)機器人末端所安裝的膠槍，氣源為本套系統(tǒng)提供0.6MPa 的壓縮空氣，使得整套系統(tǒng)正常運行，出膠系統(tǒng)首先由氣源提供兩路壓縮空氣，經(jīng)過氣動二聯(lián)件，一路進入膠罐，增加膠罐中的壓力，使得膠體向外流至膠槍供膠管中；另一路氣源進入兩位五通電磁閥，通過機器人電信號控制氣流換向，控制供膠量和膠路開閉。膠槍開啟涂膠功能，膠體從膠槍中平滑流出。出膠系統(tǒng)原理圖如圖3 所示。

圖3 汽車密封件涂膠工作站出膠系統(tǒng)原理圖

2.2 工業(yè)視覺相機識別控制系統(tǒng)

本設計中采用康耐視IS2000C 型號相機，通過Modbus 通訊協(xié)議將相機拍照數(shù)據(jù)傳輸至工業(yè)機器人。利用機器人控制工裝臺底部光源可對工件輪廓、孔位進行更好的識別。通過相機識別軟件對機器人涂膠軌跡進行規(guī)劃，并將點位數(shù)據(jù)傳輸至機器人，根據(jù)預設的工件坐標系即可完成涂膠軌跡運行。相機識別畫面如圖4 所示。

圖4 相機識別畫面

2.3 涂膠機器人整體控制邏輯與IO 控制

涂膠機器人根據(jù)本設計中的任務要求，除了與工業(yè)視覺相機進行網(wǎng)絡通信的同時，還需要與現(xiàn)場其他設備進行信號交互，通過在機器人程序中進行邏輯判斷，完成所設計的任務要求。工業(yè)機器人根據(jù)工裝臺工件到位傳感器信號啟動涂膠工作、控制出膠系統(tǒng)運行、儲膠罐系統(tǒng)膠量和運行狀態(tài)監(jiān)控、視覺系統(tǒng)拍照與光源控制以及全自動運行過程中系統(tǒng)啟動停止外部控制按鈕的輸入信號。機器人IO 系統(tǒng)DSQC327A 信號板中包含數(shù)字量輸入端、數(shù)字量輸出端和模擬量輸出端。為了實現(xiàn)與機器人控制的外圍設備通信，可以使用數(shù)字量輸入端和輸出端控制外部設備的狀態(tài)檢測信息。涂膠機器人系統(tǒng)I/O 信號信息如表1 所示。

表1 涂膠機器人系統(tǒng)I/O 信號信息表

3 結(jié)論

（1）本文設計了一種自動汽車密封件涂膠機器人工作站，該機器人工作站可根據(jù)工業(yè)視覺相機進行路徑規(guī)劃，并且可自動控制供膠系統(tǒng)進行密封件涂膠作業(yè)。

（2）涂膠工作站中工業(yè)機器人與工業(yè)視覺通過Modbus 通信協(xié)議，將視覺系統(tǒng)所識別到的被涂膠工件輪廓根據(jù)螺絲孔位置可規(guī)劃機器人涂膠路徑點位。

（3）上述自動汽車密封件涂膠機器人工作站可廣泛應用于汽車制造工廠中，對制造業(yè)未來發(fā)展有著重要意義。