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(tǒng)，其主要由PLC、供膠系統(tǒng)、機器人、視覺系統(tǒng)、激光傳感器及其軟件等幾部分構(gòu)成，該系統(tǒng)可根據(jù)變速器膠合面位置的變動量，經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)，進一步保證了變速器較高的密封性、緊固性。

關(guān)鍵詞：軌跡掃描；機器人；涂膠；視覺系統(tǒng)

汽車變速器的密封性、緊固性是衡量汽車質(zhì)量的重要指標之一，變速器涂膠更是變速器生產(chǎn)過程中的一項重要環(huán)節(jié)。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(gòu)自動涂膠來實現(xiàn)，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(gòu)自動涂膠，由于膠線軌跡已預(yù)先由程序設(shè)定，而現(xiàn)實中變速器殼體膠合面形狀復(fù)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(zhì)量，引入軌跡掃描技術(shù)，預(yù)先獲取準確的軌跡之后涂膠。本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、軟硬件功能等方面對這一軌跡全自動掃描涂膠系統(tǒng)做出詳細介紹。

1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

1.1機器人系統(tǒng)

機器人作為該系統(tǒng)的最終執(zhí)行機構(gòu)，要求其多角度動作，較高的重復(fù)定位精度，本系統(tǒng)選用FANUCROBOTM20iA6軸機器人，負載能力20KG，重復(fù)定位精度±0.08mm，最大作業(yè)半徑1811mm，配備FANUC公司生產(chǎn)的智能運動控制系統(tǒng)R30iB機器人控制器，全數(shù)字伺服模塊給機器人6個關(guān)節(jié)軸的交流伺服電機提供驅(qū)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(jié)構(gòu)，可以與外圍設(shè)備進行PROFIBUS、Ethernet、Devicenet等通信連接，本系統(tǒng)分別采用PROFIBUS、Ethernet與主控PLC、激光掃描系統(tǒng)連接通信。

1.2人機界面主控系統(tǒng)

控制部分選用西門子S7300PLC、MP277觸摸屏，PLC主要執(zhí)行邏輯程序運算，共同與機器人、供膠系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)通信，控制啟動機器人程序、涂膠系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)，是整個系統(tǒng)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(tǒng)的運行、停止、手動、自動切換，以及顯示系統(tǒng)的整體運行情況，必要的報警信息提示等。

1.3供膠系統(tǒng)

供膠系統(tǒng)選用具備加熱保溫功能的固瑞克PCF流體計量系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了閉環(huán)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(tǒng)會自動調(diào)節(jié)以應(yīng)對作業(yè)環(huán)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(xù)的流量輸出。該系統(tǒng)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(jiān)控流體分注的組件，流體調(diào)節(jié)器使用空氣壓力來控制流體壓力，并會對電子指令產(chǎn)生快速反應(yīng)，保證了精確而持續(xù)的膠體流動。

1.4視覺系統(tǒng)

視覺系統(tǒng)共采用了4個高分辨率的COGNEX5403工業(yè)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(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)有涂膠不合格的變速器殼體，視覺系統(tǒng)會發(fā)出報警提示，請求操作人員確認，并將所有圖片發(fā)送到服務(wù)器電腦保存，便于后期追溯查看。

2軌跡掃描技術(shù)

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(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機接收，根據(jù)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(jù)這個角度及已知的激光和相機之間的距離，數(shù)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(wěn)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(guān)節(jié)點，如臺階、凹槽或斜面等，這樣傳感器才能根據(jù)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(jù)輪廓表面類型不同，設(shè)置相應(yīng)的關(guān)節(jié)點檢測參數(shù)，計算出輪廓中關(guān)節(jié)點的坐標信息（X、Y、Z），數(shù)據(jù)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(jié)果都發(fā)送到機器人的控制器內(nèi)。Joint坐標如圖4所示。

2.2變速器軌跡掃描

本系統(tǒng)中實現(xiàn)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(shè)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(guān)系如圖5所示。

由于變速器膠合面形狀復(fù)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(yīng)的坐標信息，并將坐標信息發(fā)送到機器人，接下來結(jié)合機器人的運行程序?qū)⑦@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(tǒng)完成涂膠作業(yè)。采集點如圖6所示：

3引入軌跡掃描技術(shù)的意義

軌跡全自動掃描涂膠技術(shù)，利用三維激光傳感器基于三角測量法，預(yù)先采集軌跡輪廓，優(yōu)化機器人涂膠軌跡算法，控制系統(tǒng)智能化、模塊化、技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)清晰、設(shè)計合理，使得該系統(tǒng)具有較高穩(wěn)定性、可靠性、準確性。相對手動涂膠方式節(jié)省了大量的涂膠時間，提升了涂膠質(zhì)量，相對固定軌跡式自動涂膠系統(tǒng)，進一步提升了涂膠軌跡的準確性、一致性，涂膠質(zhì)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(dǎo)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(shù)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(yè)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(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)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。