涂裝車間PVC噴涂機器人工藝調試及質量控制

曾凡林

摘 要：文章闡述了新車型在調試過程中，涂裝車間PVC噴涂機器人噴涂工藝自主調試過程，著重討論從機器人示教準備、機器人示教、帶膠噴涂PVC質量調試三個方面。同時，闡述在新車型調試過程中出現的質量問題進行分析并提出創新的解決措施。

關鍵詞：PVC噴涂機器人;機器人示教;噴涂PVC質量

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：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噴涂機器代替人工進行PVC膠噴涂，實現高效率、高質量的工作。PVC噴涂機器人在汽車制造中應用廣泛。面臨日趨激烈的行業競爭以及日漸理性的消費市場。車身質量要求也更為嚴苛，對PVC噴涂質量提出更高的標準。創新的噴涂方法、靈活的噴涂軌跡使PVC噴涂機器人最大程度滿足汽車生產需求。本文結合新車型的PVC噴涂機器人軌跡程序調試過程，探討PVC噴涂機器人程序編輯技術及調試過程中的質量調整滿足汽車批量生產質量要求。

2 PVC噴涂機器人仿形調試技術開發和調試應用

2.1 PVC噴涂機器人噴涂類別及工藝標準

PVC涂膠機器人可分為三種，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PVC覆蓋（德語名稱Unterbodenschutz），簡稱UBS。為滿足防腐質量，制定出三種PVC噴涂標準：FAD膠條質量要求寬度為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位置及要求不同而變化（常見膜厚標準為300um、500um、1200um）。

2.2 PVC機器人示教準備

2.2.1 噴涂區域劃分

新車型調試，按照工藝卡要求，首先根據膠條的長度、厚度計算出機器人噴涂時間（工作節拍）。將噴涂區域按照工作負荷盡可能平均分配到站內每臺機器人，避免出現機器人工作負荷過重影響使用壽命。同時為后續節拍優化預留空間。工作站設計為4臺噴涂機器人（如圖1）噴涂總長度為60米。因此每臺機器人噴涂長度為15米。

2.2.2 車身標記

車身根據不同機器人需噴涂區域標記不同顏色。新車型噴涂區域90%以上左右側對稱，工作站為2臺噴涂機器人可將車身以前后輪中軸線左右對分工作區域，涉及到機器人負荷、工作節拍和防碰撞參數設置較容易。例如噴涂站四臺機器人。車身劃分為四等份進行標記，噴涂區域調整方法為前后劃分區域移動。此方法有效防止遺漏噴涂工藝，導致臨時增加噴涂區域，節拍浪費及機器人協調影響（等待時間）。工作站PVC機器人均勻分工，消除后續節拍不足的影響導致重新分配程序，增加調試周期和調試工作量。如圖2（虛線可左右移動滿足實際調試需求）：

2.3 視覺測量和車身定位數據

車身到達機器人站內。首先視覺系統通過測量生產車身特征點，并與標準車身的特征點（零位置）進行對比，得出車身方位差（矯正矢量），并將矯正矢量傳送給機器人，機器人再根據之前的零位置進行疊加，便得出車身的絕對位置;如圖3所示：

視覺系統在進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;

（2）車身在工作間定位后，攝像頭進行圖像采集與特征點識別;

（3）利用在圖像中找到的標記點位置和攝像頭的定標結果，計算當前車身的位置;

（4）計算當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器人。

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

2.4 噴涂機器人仿形編輯軟件介紹

噴涂機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試。在線編輯程序調試時間快、效果好，通常使用在線編輯程序形成軌跡點，根據PVC噴涂機器人噴涂調試車身的狀態。然后再使用離線編程進行細調，重復進行此操作，直到車身質量滿足質量要求。

2.5 PVC噴涂機器人仿形調試

2.5.1 自主研發韌性調試工具

GAD機器人調試中，激光調試器與工作面（車身）距離為3CM，機器人內部針對GUN1、GUN2與GUN3之間轉換的軌跡運算時，由于無法判斷運行方向且機器人槍頭在車身內部運行空間狹小，激光器與車身極易碰撞，造成激光調試器和機器人的損壞，影響調試和新車型項目進度，對仿形調試經驗不足而言，此類情況無法避免（主機廠外包調試新型車的重要原因）?，F場通過自主研發韌性調試工具替代激光調試器，解決碰撞后損壞激光調試器的難題，有效提升調試進度。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

打開機器人仿形編輯軟件，加載RPC內部程序，選擇R（ROBOT），例如選擇R11，將R11程序內的Jetta_NF程序點擊右鍵進行復制，點擊選擇R11進行粘貼，對Jetta_NF程序重新命名（例如Jetta_NF_1）。打開Jetta_NF_1程序，創建以下程序：

上圖程序參數解釋：

1）SETOBJECT：設置車身（JETTA_NF）（直接調用GLOBAL內參數）

2）SETTOOL：設置槍頭（例如GUN1、GUN2、GUN3）

3）ACC：加速度

4）VEL：速度（數值越大速度越快）

5）OVERLAP：機器人在仿形軌跡轉彎時的圓弧

6）SETBRUSH：設置刷子號（壓力或流量）

7）GUN （GUN1，Gun On，軌跡點，觸發點）：開槍點或關槍點（開槍為ON關槍為OFF）

8）PTP點：機器人本體各個軸的旋轉的角度大小形成的坐標點。

從任意點到達PTP點機器人都是以最快的速度到達PTP點

9）LIN點：物體坐標

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應用不同長度的距離并輸入到系統文件內。三個槍嘴可以更加靈活的滿足車身不同噴涂面。方便調試人員調試時，可直接調用，節省調試時間。

2.5.4 坐標系應用及方法

噴涂機器人坐標系分為world坐標、object坐標、joint坐標、tool坐標。

world坐標：VMT測量時測量的一個坐標系（工作間坐標）。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，Z軸垂直于X軸，方向朝輸送方向的上方。world坐標用于攝像系統、車身、PVC噴涂機器人之間的坐標轉換。將上訴三者關聯。

object坐標：相對于world坐標的相對值，object坐標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。object坐標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，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，與A方法一致。為PVC噴涂機器人所有工藝噴涂LIN點都以object坐標為基準。

joint坐標：基于單軸運動，PVC噴涂機器人共計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，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：六軸法蘭盤正中心為原點建立坐標系。運動姿態為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，根據實際所需進行調整軌跡點。

2.5.5 PVC噴涂機器人工藝參數設置

PVC噴涂機器人管內和機器人進行帶膠調試時，需設置各項噴涂工藝參數（表1）。滿足工藝調試需求，設置的各項參數須滿足機器人材料校正時成功（校正成功是后續工作的前提）。

2.5.6 PVC噴涂機器人程序模擬

PVC噴涂機器人程序編輯完畢后，將每個機器人程序使用示教器運行，發現風險點和不合理軌跡點，對其進行優化。對機器人運行的公共區域設置防碰撞參數。使用仿形編輯軟件模擬功能確定每個機器人的噴涂節拍，噴涂姿態，等待時間。對不合理之處需進行優化。

2.5.7 噴涂軌跡點示教注意事項

機器人噴涂槍嘴出膠面與工作面（不規則區域盡量垂直）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量缺陷（由于車身不規則造成垂直噴涂的質量欠佳，可根據實際情況進行角度優化）。示教點根據機器人程序邏輯進行保存（LIN必須使用OBJECT坐標保存，PTP必須使用AXIS坐標保存機器人涉及到內部運算，否則導致停臺的風險）。

軌跡點示教完畢，將所有程序段進行逐個點檢查，防止生產過程中出現軸限位，造成停工：方法為機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），需保證各個軸姿態在極限范圍±5°的范圍內工作、運行、過度（圖6）。例如A1 RPC設置范圍為（-115°）-（115°）。檢查軌跡點保證在（-110°）-（110°）范圍內。防止因為機器人運行加速度和視覺系統補償時，軸限位，造成停臺。

調試時，機器人本體離車身、吊具等固定原件保持至少1CM距離：防止視覺系統補償后、機器人姿態變化和機器人運行時的加速度導致機器人與車身相撞，造成停工的損失。

2.5.8 帶膠噴涂PVC質量調試

PVC現場噴涂機器人采用PCL系統，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量得到穩定的控制。噴涂質量優化前，首先設置參數滿足機器人校正。下圖分別為GAD站和UBS站的氣壓值與壓力值之間的比值。校正參數設置也在此區間進行選擇適合噴涂質量的最小值和最大值（圖7）。

做噴板測試以記錄數據為后期優化做準備（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膠進行噴涂優化質量時，保證校正成功后才能進行質量優化。假如校正不成功，需查找原因，消除機器人無法校正成功的原因。

3 質量調試優化方法

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

3.1 GAD站優化

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

車身質量逐漸穩定后，可優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計，在線優化仿形，使噴涂膠條能覆蓋焊縫。在經過優化調整，使膠條均勻覆蓋焊縫，再通過優化噴涂參數（機器人噴涂姿態、速度等），從而消除膠污染和總裝車間PVC膠與裝配干涉抱怨，在實際生產的過程中由于外界環境的變化（如材料改變）再根據現場情況優化仿形。

3.2 UBS站優化

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

針對膠粒優化，需對仿形進行排查。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。根據現場情況考慮人工擦凈或者遮蔽。在實際生產的過程中如果有質量問題，現場工藝人員及時跟進。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象，逐一排查，找到影響因素并控制，消除質量缺陷。

參考文獻

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