挡风玻璃机器人涂胶系统智能化技术研究.pdf

挡风玻璃机器人涂胶系统智能化技术研究.pdf

《挡风玻璃机器人涂胶系统智能化技术研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挡风玻璃机器人涂胶系统智能化技术研究.pdf（3页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

2009年10月第37卷第10期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSOct12009Vol137No110DOI:

10.3969/j1issn11001-3881120091101038收稿日期:

2008-10-29基金项目:

国家高技术研究发展计划（863计划）（2007AA042001）作者简介:

任玉峰,硕士,电话:

13965004302,E-mail:

renpoint1631com。

挡风玻璃机器人涂胶系统智能化技术研究任玉峰,林巨广,王淑旺（合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009）摘要:

对挡风玻璃机器人涂胶系统的基本工作原理和构成作了简要介绍,从提高系统自动化程度和增加系统柔性的角度,重点介绍了水平回转的工作台的原理和一套全新的玻璃对中定位装置。

对玻璃智能识别、自动添加方法、玻璃的防错装技术和胶形的实时控制技术做了详细的阐述。

关键词:

外部轴;回转工作台;玻璃识别;防错装中图分类号:

TP273文献标识码:

A文章编号:

1001-3881（2009）10-120-3ResearchonKeyTechnologyofRobotUsedforWindshieldAdhesivePaintingRENYufeng,LINJuguang,WANGShuwang（SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering,HefeiUniversityofTechnology,HefeiAnhui230009,China）Abstract:

Asystemstructureofrobotusedforwindshieldadhesivepaintingwasintroduced.Fromtheaspectsofimprovingsys2temautomationextentandincreasingsystemflexibility,theprincipleoflevelrevolvingworkbenchandaneworientationequipmentwereintroduced.Thewaytoautomaticallyidentifyandadddifferentwindshield,thetechnologyofavoidingerrorwindshieldmountandrealtimecontrolofadhesiveshapewerepresented.Keywords:

Exterioraxis;Revolvingworkbench;Windshieldidentification;Avoidingerrormount0引言随着汽车工业的发展,汽车装配技术的不断提高,装配精度也在精益求精;同时,随着自动化技术的发展,汽车装配的自动化程度也越来越高。

汽车装备的高自动化、高柔性、高智能是整个汽车装备制造业和汽车工业发展的方向。

汽车挡风玻璃的安装是汽车总成的一道重要工序,挡风玻璃的安装质量直接影响到整车的密封性和驾驶员的安全性,是汽车质量的一项重要指标。

为了提高汽车挡风玻璃的安装智能化水平和质量,在玻璃的涂胶安装过程中引入工业机器人系统。

由工业机器人代替原来的手工涂装,大大提高了汽车挡风玻璃涂胶系统的安装效率和涂胶质量。

作者介绍一种适应现代汽车装配的高自动化、高柔性、高智能的汽车挡风玻璃涂胶系统及其中的关键技术。

1系统构成与原理111系统构成汽车挡风玻璃涂胶系统是针对现代汽车总装对挡风玻璃涂胶质量和自动化需求所开发的,整个系统包括机器人系统、供胶系统1、回转工作台、控制系统等子系统。

系统采用通用的六自由度工业机器人完成涂胶轨迹的行走和胶形的优化,利用机器人的一个附加外部轴作为回转工作台的回转轴。

外部轴和机器人的六轴构成联动系统,充分保证回转工作台与机器人动作的协调性、一致性以及回转工作台的精确定位。

减少了回转工作台重复定位误差,从而保证了涂胶轨迹的一致性和精确性。

图1系统布局供胶系统主要包括供胶泵、温控系统、计量泵、胶管、胶枪等部分。

供胶泵实现系统供胶,温控系统完成胶的温度控制,保持恒温供胶,从而保证胶的黏性。

供胶量由计量泵控制。

另外系统采用双泵供胶,双泵循环工作,避免了工作过程中供胶泵故障和单个胶桶用完后更换胶桶引起的停线现象,大大节省了装配时间,提高了装配效率。

工作台采用水平回转式,完成对玻璃的对中、定位、外形检测以及玻璃涂胶完成后的翻转抓取。

控制系统5主要实现机器人、供胶系统、回转工作台的协调控制以及车型自动识别、玻璃自动识别、玻璃自动添加、胶形优化控制等。

图2系统工作流程图112系统工作流程装配线上车型检测装置检测到待装玻璃的车型,然后系统根据车型,将玻璃型号显示在HIM上。

工人根据显示的玻璃型号,将正确的玻璃放在回转台的A区（图1）,回转台在完成玻璃的对中定位的同时检测玻璃的型号。

然后,将玻璃型号与车型进行比较,若二者不一致则报警提示,若一致,系统将确定机器人涂胶程序。

随后,回转工作台旋转180,在将B区（图1）涂完胶的玻璃转到A区的同时将A区的玻璃转到B区,机器人和供胶系统一起在B区完成玻璃的涂胶工作。

同时,A区涂完胶的玻璃由翻转机构将其抓起,工人从翻转架上取下玻璃,并将其安装在车体上。

2回转工作台设计为了提高工作效率、降低工作节拍,回转工作台设计为回转对称式。

整个回转工作台分为A区和B区两部分,两部分对称分布。

回转工作台在机器人外部轴的驱动下实现180的正反转动。

211对中定位3机构如图3所示,整个对中4定位机构包括玻璃支撑机构、对中块、连杆机构、玻璃定位机构。

玻璃支撑机构完成玻璃对中前的支撑。

玻璃放置在支撑机构上,X、Y方向的2个对中气缸将分别通过X、Y方向上的2个连杆机构带动X、Y方向上的对中块同时向中间移动,玻璃在对中块的推动下移向对中台的中央。

X、Y方向上对中到位后,玻璃下方的4个气缸上升,完成玻璃Z方向的定位,此时玻璃的空间定位完成。

然后,连接在玻璃Z方向定位气缸上的4个真空吸盘将玻璃吸紧,实现玻璃空间位置的固定。

随后,X、Y方向上的对中机构回位,整个对中定位完成。

图3回转工作台212玻璃外形检测机构玻璃的外形检测是由安装在对中块下方的两个线形位移传感器完成的。

线形位移传感器和对中块连接在一起的,在X、Y方向上的对中气缸通过连杆机构推动对中块由四边向中间移动时,线形位移传感器测量对中块移动的位移,系统根据读到的对中块位移,通过计算得到玻璃的实际特征:

长x、宽y。

为了适应汽车生产的智能化、柔性化,同一条装配线上可能会有几种车型同时装配,对于同一种车型也有几种不同型号的玻璃要安装,同时新的车型上线时会有新的玻璃型号添加,并且对挡风玻璃的安装标准也越来越高。

为了适应这种生产的柔性化、高标准,在系统设计时对挡风玻璃的智能识别、防错装、自动添加、胶形智能控制等技术进行了研究。

3挡风玻璃智能识别、添加

（1）标准特征数据库1建立根据标准玻璃的外形特征,建立需要在工作站上完成涂胶的所有玻璃的标准特征数据库。

设置玻璃的长和宽为特征参数,以二维数组的形式建立标准玻璃的外形特征库（xi,yi）,i=1,2,3,n,式中x为标准玻璃的长,y为标准玻璃的宽;每一组（xi,yi）对应唯一一种标准玻璃型号,为玻璃外形特征库中的每个型号的玻璃设置相应的机器人涂胶程序。

（2）检测涂胶玻璃的实际特征数据通过在回转台上的玻璃外形检测机构,在完成对中时测量玻璃的外形特征,获得涂胶玻璃的长和宽的实际特征值（x,y）,其中x为涂胶玻璃的长,y为涂胶玻璃的宽。

（3）判定涂胶玻璃型号根据公式R=（x-xi）2+（y-yi）2,遍历计算涂胶玻璃实际特征值（x,y）与玻璃外形特征库中的121第10期任玉峰等:

挡风玻璃机器人涂胶系统智能化技术研究图4玻璃识别流程图各种已知型号标准玻璃特征值（xi,yi）（i=1,2,3,n）之间的误差R,判断R值小于设定误差值的对应的已知型号玻璃即为实际检测的涂胶玻璃的型号,调用与该型号对应的机器人涂胶程序。

误差值可以根据实际涂胶玻璃的特征差别的大小进行调整,可以有效控制识别的精度。

（4）玻璃自动添加在HMI中设置人机接口,可以通过HMI监视、修改玻璃的外形特征库。

一种新的玻璃添加时,将新的玻璃放在回转工作台上,通过玻璃对中机构和外形检测机构,检测新玻璃的外形尺寸（x,y）,其中x为涂胶玻璃的长,y为涂胶玻璃的宽。

系统将新的玻璃外形尺寸记录下来并将其写入玻璃的标准特征库,同时生成新玻璃对应的机器人程序号。

实现玻璃标准数据库的远程更新,大大提高了系统的柔性。

4防错装技术

（1）基于车身条码的车型自动识别建立需要在汽车装配线上完成挡风玻璃安装的所有车型标准数据库选择汽车车身条码,以一维字符串数组的形式建立车型标准数据库Si（i=1,2,3,n）,Si对应于唯一的一种车型。

检测汽车装配线上要安装玻璃车体的实际车型通过在汽车装配线上的涂胶工位安装一个条码扫描枪。

车体在装配线上传动,当到达涂胶工位时,扫描枪扫描并读取要安装玻璃车体上的条码S。

实际车型判断控制系统利用遍历比较法将扫描枪扫描到的条码S与系统中已建立的车型标准数据库Si进行遍历比较,当S与Si相等时,系统就判断出汽车装配线上要安装玻璃车体的实际车型Ci。

（2）实际车型和实际玻璃型号判断图5防错装流程图在系统的内部建立车体型号与玻璃型号的一一对应关系,即一种车型对应一种玻璃型号。

即:

C1对应G1、C2对应G2、Ci对应Gi、,i=1,2,3,n。

在机器人涂胶之前,系统会将自动识别出的涂胶玻璃的型号,与自动装配线要安装玻璃的车体型号进行比较,若二者一致,机器人调用相应的程序开始涂胶;若不一致,则拒绝涂胶,并给出报警提示。

5胶形智能控制玻璃的胶形是涂胶工艺的一个重要参数。

由于玻璃的形状、大小不一致,在涂胶过程中机器人的轨迹会出现转角、圆弧等,为了满足胶形的一致标准性和生产节拍,机器人涂胶轨迹速度通常不是匀速的。

同时,供胶泵的压力和胶的温度与胶形也有直接的关系,所以影响胶形的因素主要有4个:

机器人的行走速度,计量泵转速,供胶泵压力,胶管加热温度。

供胶泵压力和胶管加热温度对胶形的影响存在滞后性,不能做到实时控制,所以二者通常维持固定值。

所以,采用将机器人的速度作为计量泵速度的反馈,根据机器人速度实时调整计量泵速度,实现涂胶过程中胶形的智能控制。

二者之间的关系近似满足下列公式:

nj=kvr式中:

nj为计量泵转速,r/min;vr为机器人速度,m/s;k为比例常数。

根据计量泵排量不同取不同值。

这样将计量泵转速nj与机器人速度vr联系起来,大大提高了胶形质量。

6结论对挡风玻璃涂胶机器人系统中关键技术进行了阐述,研究从装备的更加智能化、更加柔性化入手,设计方法和研究思路适应当今汽车装备业的发展。

研究对象从生产实际出发,有着很重要的现实意义。

随着汽车装备自动化的提高和汽车制造技术的发展,这种更加智能化、柔性化的系统将得到更广泛的应用。

参考文献:

【1】马可,张波.机器人在汽车挡风玻璃自动涂胶系统中的应用J.华中科技学院学报,2007,4

（1）:

47-51.【2】郗安民,刘颖,狄春良,等.轿车挡风玻璃涂胶机器人作业方案J.机电产品开发与创新,2005,18

（1）:

30-31.【3】田兵.汽车挡风玻璃涂胶机器人设备可靠性改进J.汽车工艺与材料,2004,20

（2）:

20-23.【4】李天伟,刘仁学.汽车风挡玻璃机器人自动涂胶系统设计J.南京工程学院学报,2006,4（4）:

58-61.【5】王会香,孙全颖.自动涂胶机械手的PLC控制J.哈尔滨理工大学学报,2002,7（5）:

16-18.【6】（美）E约翰芬纳莫尔,约瑟夫B弗朗兹尼.流体力学及其工程应用M.北京:

机械工业出版社,2006.221机床与液压第37卷