軌跡全自動掃描及涂膠技術

摘要：本文介紹了一套變速器膠合面先軌跡掃描后涂膠的全自動控制系統，其主要由PLC、供膠系統、機器人、視覺系統、激光傳感器及其軟件等幾部分構成，該系統可根據變速器膠合面位置的變動量，經由三維激光傳感器采集軌跡信息，控制機器人做出涂膠軌跡修補，從而避免了膠線位置偏差過大的問題，并利用視覺系統做涂膠后效果檢查，確保不斷膠、不漏涂。此軌跡全自動掃描涂膠系統，進一步保證了變速器較高的密封性、緊固性。

關鍵詞：軌跡掃描；機器人；涂膠；視覺系統

汽車變速器的密封性、緊固性是衡量汽車質量的重要指標之一，變速器涂膠更是變速器生產過程中的一項重要環節。目前變速器殼體涂膠方案大多采用手動涂膠或多軸伺服機構自動涂膠來實現，手動涂膠，操作人員勞動強度大，效率低，涂膠均勻性、一致性差；伺服機構自動涂膠，由于膠線軌跡已預先由程序設定，而現實中變速器殼體膠合面形狀復雜且窄小，以及殼體模具磨損等因素，致使批量殼體的膠合面之間，存在不同程度的位置偏差，所以固定軌跡式自動涂膠，難以保證膠線的準確性，為了提高變速器殼體的涂膠質量，引入軌跡掃描技術，預先獲取準確的軌跡之后涂膠。本文從系統結構、軟硬件功能等方面對這一軌跡全自動掃描涂膠系統做出詳細介紹。

1系統整體結構

1.1機器人系統

機器人作為該系統的最終執行機構，要求其多角度動作，較高的重復定位精度，本系統選用FANUCROBOTM20iA6軸機器人，負載能力20KG，重復定位精度±0.08mm，最大作業半徑1811mm，配備FANUC公司生產的智能運動控制系統R30iB機器人控制器，全數字伺服模塊給機器人6個關節軸的交流伺服電機提供驅動電源，完成直線插補和圓弧插補，外部I/O點可隨意擴展，開放式結構，可以與外圍設備進行PROFIBUS、Ethernet、Devicenet等通信連接，本系統分別采用PROFIBUS、Ethernet與主控PLC、激光掃描系統連接通信。

1.2人機界面主控系統

控制部分選用西門子S7300PLC、MP277觸摸屏，PLC主要執行邏輯程序運算，共同與機器人、供膠系統、視覺系統通信，控制啟動機器人程序、涂膠系統、視覺系統，是整個系統的核心部分。觸摸屏作為一種人機交互方式，方便操作人員控制整個系統的運行、停止、手動、自動切換，以及顯示系統的整體運行情況，必要的報警信息提示等。

1.3供膠系統

供膠系統選用具備加熱保溫功能的固瑞克PCF流體計量系統，該系統結合了閉環壓力控制功能，能夠迅速改變膠滴的形狀，采用可選流量計，系統會自動調節以應對作業環境的變化，比如膠粘度、溫度和噴嘴磨損，以維持所需的注膠速度，基于實際流率和所需流率的比較，提供精確而持續的流量輸出。該系統組件主要由控制中心、流體盤裝置兩部分組成，如圖2所示。

控制中心與PCF流體盤裝置通信，以控制流體壓力和分注閥操作，控制中心從PLC處接收輸入信號，并利用輸入信號來確定與流體盤裝置之間的通信，流體盤裝置包括了控制及監控流體分注的組件，流體調節器使用空氣壓力來控制流體壓力，并會對電子指令產生快速反應，保證了精確而持續的膠體流動。

1.4視覺系統

視覺系統共采用了4個高分辨率的COGNEX5403工業相機，對涂膠后效果檢查判斷，配備使用InSightExplorer軟件，利用其成熟的視覺工具、獨特的運算方法，分析拍照圖片，識別膠線是否合格，是否有漏涂、斷膠等不良現象，如果發現有涂膠不合格的變速器殼體，視覺系統會發出報警提示，請求操作人員確認，并將所有圖片發送到服務器電腦保存，便于后期追溯查看。

2軌跡掃描技術

2.1傳感器掃描原理

此激光傳感器測量方式采用三角測量法，激光發射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內部的CCD線性相機接收，根據不同的距離，CCD線性相機可以在不同的角度下“看見”這個光點。根據這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數字信號處理器〗就能計算出傳感器和被測物體之間的距離，傳感器便可獲取被測物體的表面輪廓。三角測量法檢測穩定，對被測物體的顏色、亮度等因素不敏感，但要求輪廓表面要有關節點，如臺階、凹槽或斜面等，這樣傳感器才能根據距離差準確識別變化點的位置。原理如圖3所示。

傳感器將獲取到的輪廓表面信息傳送到PC電腦，由基于多種算法的專用軟件來分析處理，根據輪廓表面類型不同，設置相應的關節點檢測參數，計算出輪廓中關節點的坐標信息（X、Y、Z），數據采集和計算是實時進行的，該部分功能受控于外部的機器人，因此所有的計算結果都發送到機器人的控制器內。Joint坐標如圖4所示。

2.2變速器軌跡掃描

本系統中實現對變速器殼體掃描使用的是德國FALLDORF三維激光傳感器，其外圍設備主要由機器人、連接通信線、PC電腦、處理軟件四部分組成。通訊關系如圖5所示。

由于變速器膠合面形狀復雜且狹長，為保證膠線軌跡的精度，將變速器膠合面定義出88個掃描采集點，傳感器將檢測到的膠合面倒角處的位置點信息上傳到PC電腦，通過軟件換算得到相應的坐標信息，并將坐標信息發送到機器人，接下來結合機器人的運行程序將這88個點位完成直線插補和圓弧插補，便形成了一條為涂膠而準備的軌跡，接下來控制供膠系統完成涂膠作業。采集點如圖6所示：

3引入軌跡掃描技術的意義

軌跡全自動掃描涂膠技術，利用三維激光傳感器基于三角測量法，預先采集軌跡輪廓，優化機器人涂膠軌跡算法，控制系統智能化、模塊化、技術成熟、結構清晰、設計合理，使得該系統具有較高穩定性、可靠性、準確性。相對手動涂膠方式節省了大量的涂膠時間，提升了涂膠質量，相對固定軌跡式自動涂膠系統，進一步提升了涂膠軌跡的準確性、一致性，涂膠質量得到了大幅提升，完美避免了因變速器膠合面尺寸波動而導致膠線位置偏差過大的問題，大大保證了變速器合箱后良好的密封性，是一項值得推廣的涂膠技術方案。

參考文獻：

[1]王吉芳，郭桂蘭，王錫俊.自動涂膠機的研制[J].制造業自動化，2001，23（6）：4345.

[2]郗安民，劉穎，狄春良，鄒靜.汽車玻璃涂膠機器人工作站[J].機電產品開發與創新，2004（5）：3940.

作者簡介：武守勝（1984），男，漢族，山東聊城人，本科，初級職稱，研究方向：電氣自動化。