噴涂機(jī)器人作業(yè)精度提升研究

喬憲光，李歡歡，湯海榮，任偉杰，趙玄，李大平，楊凱選

噴涂機(jī)器人作業(yè)精度提升研究

喬憲光，李歡歡，湯海榮，任偉杰，趙玄，李大平，楊凱選

（諾博汽車(chē)系統(tǒng)有限公司，河北 保定 071000）

文章對(duì)保險(xiǎn)杠?chē)娡烤€體中噴涂機(jī)器人與生產(chǎn)輸送鏈、噴涂掛具和噴涂產(chǎn)品之間的精度關(guān)系和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了研究。對(duì)保險(xiǎn)杠?chē)娡烤€體在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)規(guī)范要求提供借鑒。

噴涂機(jī)器人；輸送鏈；噴涂掛具

1 綜述

涂裝生產(chǎn)線自動(dòng)化應(yīng)用比例越來(lái)越高，大多數(shù)噴涂線體均采用噴涂機(jī)器人進(jìn)行產(chǎn)品噴涂。在產(chǎn)能和效率提升的同時(shí)，噴涂產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)噴涂機(jī)器人的要求越來(lái)越高。汽車(chē)內(nèi)外飾行業(yè)噴涂機(jī)器人的仿形基本都是技術(shù)人員先應(yīng)用離線編程，然后在線示教完成的。噴涂機(jī)器人系統(tǒng)偏差與離線編程準(zhǔn)確度存在直接關(guān)系，即噴涂機(jī)器人系統(tǒng)偏差越大，離線編程準(zhǔn)確度越差。某知名噴涂機(jī)器人廠家要求保險(xiǎn)杠靜電噴涂系統(tǒng)偏差≤±5mm，如偏差在±（5~10）mm則會(huì)影響膜厚和噴涂質(zhì)量，如偏差＞10mm會(huì)嚴(yán)重影響膜厚和噴涂質(zhì)量。在當(dāng)前設(shè)備技術(shù)條件下，提高噴涂機(jī)器人等相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)精度，既可以有效提高產(chǎn)品噴涂質(zhì)量穩(wěn)定性，又可以節(jié)省涂料，同時(shí)提高技術(shù)人員編程效率。

基于噴涂機(jī)器人工作精度優(yōu)化的理念，經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐總結(jié)，在新工廠建設(shè)和編程調(diào)試中，將噴涂機(jī)器人作業(yè)精度綜合誤差設(shè)計(jì)在±5mm范圍內(nèi)，在生產(chǎn)中可得到了預(yù)期的效果。

影響噴涂機(jī)器人作業(yè)精度誤差主要由滑橇公差、滑橇運(yùn)行公差、一次/二次掛具公差和噴涂機(jī)器人公差導(dǎo)致（如圖1）。

圖1 噴涂噴涂機(jī)器人作業(yè)精度綜合誤差

2 噴涂機(jī)器人精度要求

2.1 噴涂機(jī)器人底座安裝精度要求

噴涂機(jī)器人底座是承載噴涂機(jī)器人本體和連接固定噴涂的重要組成部分，相當(dāng)于噴涂機(jī)器人系統(tǒng)的“基石”。噴涂機(jī)器人安裝底座可以給噴涂機(jī)器人本體提供平整可靠的基礎(chǔ)，對(duì)于同一線體中各個(gè)噴涂機(jī)器人的水平相對(duì)高度和水平度均有重要作用，因此，噴涂機(jī)器人底座安裝的好與壞直接影響噴涂機(jī)器人本體的安裝精度。

噴涂機(jī)器人底座一般使用厚度（10~30）mm的正方形鋼板承載噴涂機(jī)器人本體，鋼板下有4個(gè)支撐柱支撐（如圖2）。對(duì)于其安裝精度要求：1、平臺(tái)相對(duì)高度和水平度使用專(zhuān)業(yè)的調(diào)平測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量和調(diào)整；2、平臺(tái)（正方形鋼板）的相對(duì)高度≤0.5mm，傾斜角度≤3°且鋼板上可刻畫(huà)如圖2輔助安裝線。

圖2 噴涂機(jī)器人安裝底座精度控制

圖3 噴涂機(jī)器人零位校準(zhǔn)

2.2 噴涂機(jī)器人校零

噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)需要始終掌握工具中心點(diǎn)（TCP）的點(diǎn)坐標(biāo)和方向，這就需要基準(zhǔn)點(diǎn)(零點(diǎn))，通過(guò)零點(diǎn)可以計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)位置和方向。這個(gè)零點(diǎn)就是噴涂機(jī)器人零位也是噴涂機(jī)器人操作模型的初始位置。當(dāng)零位不正確時(shí)，噴涂機(jī)器人不能正常運(yùn)動(dòng)。因該坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)關(guān)系到噴涂機(jī)器人正常工作，必須把各關(guān)節(jié)軸的點(diǎn)坐標(biāo)調(diào)到固定位置，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為校準(zhǔn)。進(jìn)行零位校準(zhǔn)時(shí)，噴涂機(jī)器人的各關(guān)節(jié)軸移動(dòng)到圖3中的目標(biāo)位置，這個(gè)位置被稱(chēng)為機(jī)械零位（圖3以某廠家噴涂機(jī)器人為例說(shuō)明）。目前機(jī)器人校零位采用專(zhuān)業(yè)工具進(jìn)行，提高噴涂機(jī)器人精度。

3 輸送精度對(duì)噴涂機(jī)器人作業(yè)的影響

3.1 噴涂機(jī)器人運(yùn)行方式

噴涂機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是按照三坐標(biāo)X、Y、Z方向線性運(yùn)動(dòng)的，其運(yùn)動(dòng)誤差在校零后≤0.15mm。噴涂機(jī)器人主要有6個(gè)軸，分別可實(shí)現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)，前后擺動(dòng)，上下擺動(dòng)和45°旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)及360°旋轉(zhuǎn)（圖4）。

3.2 輸送運(yùn)行方式

本文主要針對(duì)滑橇式輸送鏈的精度設(shè)計(jì)分析，滑橇式輸送可以實(shí)現(xiàn)滑橇的運(yùn)行，停止，升降，旋轉(zhuǎn)等功能，大大提高涂裝線體輸送的靈活性，便于線體的設(shè)計(jì)、改造和生產(chǎn)效率的提高。滑橇運(yùn)行使用短節(jié)距滾子鏈和錨鏈做滑動(dòng)摩擦提供動(dòng)力，其缺點(diǎn)是對(duì)滑橇運(yùn)行存在晃動(dòng)問(wèn)題（圖4）。

圖4 噴涂機(jī)器人定點(diǎn)作業(yè)時(shí)滑橇運(yùn)行對(duì)精度的影響

4 滑橇運(yùn)行精度

滑橇及滑橇運(yùn)行過(guò)程中精度要求：1、滑橇公差≤1.5mm；2、滑橇運(yùn)行公差≤1.5mm，且要求滑橇在同一噴漆室內(nèi)輸送鏈上不存在跳動(dòng)、左右來(lái)回?cái)[動(dòng)情況。

以汽車(chē)保險(xiǎn)杠生產(chǎn)線的滑橇精度問(wèn)題舉例。針對(duì)圖4中滑橇在錨鏈上運(yùn)行出現(xiàn)的左右擺動(dòng)、傾斜問(wèn)題，可以使用在輸送導(dǎo)軌兩側(cè)安裝定位輪的方式改善。定位輪安裝于噴涂室的一段輸送鏈導(dǎo)軌兩側(cè)，每側(cè)定位輪間距設(shè)計(jì)小于滑橇長(zhǎng)度，目的是可以有效固定滑橇位置（圖5）。

圖5 噴涂室滑橇一種定位方式

圖6 保險(xiǎn)杠掛件方式

本文只是提出一種簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方式，但缺點(diǎn)是需要設(shè)備人員定時(shí)維護(hù)和校正，增加設(shè)備維護(hù)人員工作量。根本性的解決滑橇在輸送中運(yùn)行擺動(dòng)問(wèn)題需要專(zhuān)業(yè)的輸送設(shè)計(jì)人員進(jìn)行整體設(shè)備構(gòu)造的設(shè)計(jì)、計(jì)算并嚴(yán)控現(xiàn)場(chǎng)的安裝精度。總之涂裝線體要提高噴涂機(jī)器人噴涂的精度，輸送的精度需要重視并在設(shè)備設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注。

5 掛具的精度對(duì)噴涂機(jī)器人作業(yè)的影響

5.1 一次/二次掛具

保險(xiǎn)杠?chē)娡坎煌谲?chē)身噴涂，保險(xiǎn)杠因本身為塑料材質(zhì)且自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)法穩(wěn)固的置于滑橇上，需要使用保險(xiǎn)杠對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的二次掛具支撐，并使用一次掛具將二次掛具固定于滑橇上（圖6）。

一次掛具相對(duì)于二次掛具可算作一個(gè)生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)件，在線體設(shè)計(jì)建造時(shí)已有相應(yīng)的圖紙和制作標(biāo)準(zhǔn)，其安裝精度主要取決于一次掛具制作廠家的制造水平，一般要求精度控制在±0.5mm以?xún)?nèi)。

二次掛具相對(duì)比較復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)和用材均由噴涂產(chǎn)品決定，要求其精度控制在±1.5mm以?xún)?nèi)。生產(chǎn)線噴涂的保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的二次掛具結(jié)構(gòu)就會(huì)復(fù)雜，如掛具制作廠家做工水平一般，批量生產(chǎn)時(shí)噴涂機(jī)器人噴涂精度誤差波動(dòng)就很大。無(wú)論制作精度多高的二次掛具，因?yàn)槠涫褂梅戒摶蜾摻钸M(jìn)行制作，且批量（相同結(jié)構(gòu)復(fù)制品）制作的數(shù)量較大，過(guò)程生產(chǎn)受外力也會(huì)產(chǎn)生形變導(dǎo)致精度波動(dòng)很大。

5.2 一次/二次掛具對(duì)噴涂機(jī)器人作業(yè)的影響

保險(xiǎn)杠自動(dòng)噴涂特點(diǎn)為噴涂機(jī)器人以一種固定運(yùn)行軌跡重復(fù)對(duì)每橇相同保險(xiǎn)杠進(jìn)行噴涂作業(yè)，即每橇保險(xiǎn)杠掛件后產(chǎn)品位置存在偏差會(huì)直接影響噴涂機(jī)器人噴涂效果，從而造成漆膜流漆、露底等缺陷，甚至發(fā)生噴涂機(jī)器人碰撞等安全問(wèn)題。

圖7 一次/二次掛具精度影響

針對(duì)兩側(cè)產(chǎn)品噴涂的輸送生產(chǎn)線，噴涂機(jī)器人安裝時(shí)已考慮中心對(duì)稱(chēng)的精度校正。噴涂機(jī)器人編程保險(xiǎn)杠軌跡時(shí)一般僅編程一側(cè)，然后離線運(yùn)行無(wú)異常后，鏡像即可得對(duì)側(cè)軌跡，這樣可以大大的縮短產(chǎn)品編程調(diào)試周期，提高調(diào)試效率。

由圖7可以看出，若一次/二次掛具存在偏差，其中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)后偏差將放大2倍。例如二次掛具向一端偏差為10mm，中心對(duì)稱(chēng)后相對(duì)原來(lái)的偏差距離為20mm；二次掛具傾斜3°，中心對(duì)稱(chēng)后相對(duì)原來(lái)的偏差傾斜6°，且距離偏差也會(huì)增大，鏡像后程序與實(shí)際偏差也會(huì)變大。

5.3 一次/二次掛具制作設(shè)計(jì)和維護(hù)要求

設(shè)計(jì)要求：一/二次掛具要求專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員繪制圖紙并符合受力結(jié)構(gòu)，同時(shí)二次掛具有設(shè)計(jì)校準(zhǔn)檢具（圖8）。

維護(hù)要求：過(guò)程生產(chǎn)中因一/二次掛具會(huì)沾污油漆等因素，使用過(guò)程中會(huì)受到外力而產(chǎn)生變形，故生產(chǎn)過(guò)程需定時(shí)對(duì)掛具進(jìn)行清洗和校準(zhǔn)，使用一定年限后需報(bào)廢后重新制作，避免掛具本身材料老化而無(wú)法校準(zhǔn)不可逆的變形。

圖8 掛具和檢具

6 總結(jié)

涂裝線噴涂機(jī)器人作業(yè)精度的提高對(duì)噴涂產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性有著重要作用，其不僅可以縮短編程技術(shù)人員的工作量從而縮短編程周期，而且提高了產(chǎn)品的噴涂合格率，節(jié)約工廠生產(chǎn)成本。在新工廠建設(shè)當(dāng)中將輸送鏈、滑橇、掛具和噴涂機(jī)器人的安裝設(shè)計(jì)和調(diào)試科學(xué)系統(tǒng)的結(jié)合，使得涂裝線體更趨于系統(tǒng)、合理化。產(chǎn)品過(guò)程開(kāi)發(fā)中科學(xué)精細(xì)的設(shè)計(jì)和制作產(chǎn)品掛具可以有效改善噴涂機(jī)器人調(diào)試周期和產(chǎn)品合格率。

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Research of Improving the Working Accuracy of Painting Robots

Qiao Xianguang, Li Huanhuan, Tang Hairong, Ren Weijie, Zhao Xuan, Li Daping,Yang Kaixuan

( Nobo Automotive System Co. Ltd., Hebei Baoding 071000 )

In this paper, the precision relationship between the painting robot in the automobile bumper painting line and the production chain, painting hangers and painting products is discussed. The design requirements are studied.It can be used for reference in the design and installation of automobile bumper painting line.

The painting robot; Production chain;Paintinghangers

TP242.2

A

1671-7988(2019)18-213-03

TP242.2

A

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喬憲光，就職于諾博汽車(chē)系統(tǒng)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.073