喬憲光，李歡歡，湯海榮，任偉杰，趙玄，李大平，楊凱選

噴涂機器人作業(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

（諾博汽車系統(tǒng)有限公司，河北 保定 071000）

文章對保險杠噴涂線體中噴涂機器人與生產(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)計要求進行了研究。對保險杠噴涂線體在設(shè)計和安裝時規(guī)范要求提供借鑒。

噴涂機器人；輸送鏈；噴涂掛具

1 綜述

涂裝生產(chǎn)線自動化應(yīng)用比例越來越高，大多數(shù)噴涂線體均采用噴涂機器人進行產(chǎn)品噴涂。在產(chǎn)能和效率提升的同時，噴涂產(chǎn)品質(zhì)量對噴涂機器人的要求越來越高。汽車內(nèi)外飾行業(yè)噴涂機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。噴涂機器人系統(tǒng)偏差與離線編程準確度存在直接關(guān)系，即噴涂機器人系統(tǒng)偏差越大，離線編程準確度越差。某知名噴涂機器人廠家要求保險杠靜電噴涂系統(tǒng)偏差≤±5mm，如偏差在±（5~10）mm則會影響膜厚和噴涂質(zhì)量，如偏差＞10mm會嚴重影響膜厚和噴涂質(zhì)量。在當前設(shè)備技術(shù)條件下，提高噴涂機器人等相關(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，同時提高技術(shù)人員編程效率。

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

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

圖1 噴涂噴涂機器人作業(yè)精度綜合誤差

2 噴涂機器人精度要求

2.1 噴涂機器人底座安裝精度要求

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

噴涂機器人底座一般使用厚度（10~30）mm的正方形鋼板承載噴涂機器人本體，鋼板下有4個支撐柱支撐（如圖2）。對于其安裝精度要求：1、平臺相對高度和水平度使用專業(yè)的調(diào)平測量儀器進行測量和調(diào)整；2、平臺（正方形鋼板）的相對高度≤0.5mm，傾斜角度≤3°且鋼板上可刻畫如圖2輔助安裝線。

圖2 噴涂機器人安裝底座精度控制

圖3 噴涂機器人零位校準

2.2 噴涂機器人校零

噴涂機器人控制系統(tǒng)需要始終掌握工具中心點（TCP）的點坐標和方向，這就需要基準點(零點)，通過零點可以計算點坐標位置和方向。這個零點就是噴涂機器人零位也是噴涂機器人操作模型的初始位置。當零位不正確時，噴涂機器人不能正常運動。因該坐標位置數(shù)據(jù)關(guān)系到噴涂機器人正常工作，必須把各關(guān)節(jié)軸的點坐標調(diào)到固定位置，這個過程被稱為校準。進行零位校準時，噴涂機器人的各關(guān)節(jié)軸移動到圖3中的目標位置，這個位置被稱為機械零位（圖3以某廠家噴涂機器人為例說明）。目前機器人校零位采用專業(yè)工具進行，提高噴涂機器人精度。

3 輸送精度對噴涂機器人作業(yè)的影響

3.1 噴涂機器人運行方式

噴涂機器人的運動軌跡是按照三坐標X、Y、Z方向線性運動的，其運動誤差在校零后≤0.15mm。噴涂機器人主要有6個軸，分別可實現(xiàn)左右旋轉(zhuǎn)，前后擺動，上下擺動和45°旋轉(zhuǎn)擺動及360°旋轉(zhuǎn)（圖4）。

3.2 輸送運行方式

本文主要針對滑橇式輸送鏈的精度設(shè)計分析，滑橇式輸送可以實現(xiàn)滑橇的運行，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、改造和生產(chǎn)效率的提高?；吝\行使用短節(jié)距滾子鏈和錨鏈做滑動摩擦提供動力，其缺點是對滑橇運行存在晃動問題（圖4）。

圖4 噴涂機器人定點作業(yè)時滑橇運行對精度的影響

4 滑橇運行精度

滑橇及滑橇運行過程中精度要求：1、滑橇公差≤1.5mm；2、滑橇運行公差≤1.5mm，且要求滑橇在同一噴漆室內(nèi)輸送鏈上不存在跳動、左右來回擺動情況。

以汽車保險杠生產(chǎn)線的滑橇精度問題舉例。針對圖4中滑橇在錨鏈上運行出現(xiàn)的左右擺動、傾斜問題，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)計小于滑橇長度，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 保險杠掛件方式

本文只是提出一種簡便經(jīng)濟的設(shè)計方式，但缺點是需要設(shè)備人員定時維護和校正，增加設(shè)備維護人員工作量。根本性的解決滑橇在輸送中運行擺動問題需要專業(yè)的輸送設(shè)計人員進行整體設(shè)備構(gòu)造的設(shè)計、計算并嚴控現(xiàn)場的安裝精度?？傊垦b線體要提高噴涂機器人噴涂的精度，輸送的精度需要重視并在設(shè)備設(shè)計和安裝過程中重點關(guān)注。

5 掛具的精度對噴涂機器人作業(yè)的影響

5.1 一次/二次掛具

保險杠噴涂不同于車身噴涂，保險杠因本身為塑料材質(zhì)且自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法穩(wěn)固的置于滑橇上，需要使用保險杠對應(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）。

一次掛具相對于二次掛具可算作一個生產(chǎn)線的標準件，在線體設(shè)計建造時已有相應(yīng)的圖紙和制作標準，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以內(nèi)。

二次掛具相對比較復(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以內(nèi)。生產(chǎn)線噴涂的保險杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對應(yīng)設(shè)計的二次掛具結(jié)構(gòu)就會復(fù)雜，如掛具制作廠家做工水平一般，批量生產(chǎn)時噴涂機器人噴涂精度誤差波動就很大。無論制作精度多高的二次掛具，因為其使用方鋼或鋼筋進行制作，且批量（相同結(jié)構(gòu)復(fù)制品）制作的數(shù)量較大，過程生產(chǎn)受外力也會產(chǎn)生形變導(dǎo)致精度波動很大。

5.2 一次/二次掛具對噴涂機器人作業(yè)的影響

保險杠自動噴涂特點為噴涂機器人以一種固定運行軌跡重復(fù)對每橇相同保險杠進行噴涂作業(yè)，即每橇保險杠掛件后產(chǎn)品位置存在偏差會直接影響噴涂機器人噴涂效果，從而造成漆膜流漆、露底等缺陷，甚至發(fā)生噴涂機器人碰撞等安全問題。

圖7 一次/二次掛具精度影響

針對兩側(cè)產(chǎn)品噴涂的輸送生產(chǎn)線，噴涂機器人安裝時已考慮中心對稱的精度校正。噴涂機器人編程保險杠軌跡時一般僅編程一側(cè)，然后離線運行無異常后，鏡像即可得對側(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)對稱后偏差將放大2倍。例如二次掛具向一端偏差為10mm，中心對稱后相對原來的偏差距離為20mm；二次掛具傾斜3°，中心對稱后相對原來的偏差傾斜6°，且距離偏差也會增大，鏡像后程序與實際偏差也會變大。

5.3 一次/二次掛具制作設(shè)計和維護要求

設(shè)計要求：一/二次掛具要求專業(yè)設(shè)計人員繪制圖紙并符合受力結(jié)構(gòu)，同時二次掛具有設(shè)計校準檢具（圖8）。

維護要求：過程生產(chǎn)中因一/二次掛具會沾污油漆等因素，使用過程中會受到外力而產(chǎn)生變形，故生產(chǎn)過程需定時對掛具進行清洗和校準，使用一定年限后需報廢后重新制作，避免掛具本身材料老化而無法校準不可逆的變形。

圖8 掛具和檢具

6 總結(jié)

涂裝線噴涂機器人作業(yè)精度的提高對噴涂產(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)當中將輸送鏈、滑橇、掛具和噴涂機器人的安裝設(shè)計和調(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)品過程開發(fā)中科學(xué)精細的設(shè)計和制作產(chǎn)品掛具可以有效改善噴涂機器人調(diào)試周期和產(chǎn)品合格率。

[1] 楊學(xué)淳.工程機械涂裝輸送設(shè)備最新進展[J].專論與綜述,1007- 9548（2016）08-0024-02.

[2] Gang Liu, Chao Yun.A Fast Approach for Time Optimal and Smooth Trajectory Planning of Robot Manipulators [J].Journal of Harbin Institute of Technology (New Series), 1005-9113.2016.05.004.

[3] 宋永石.何仁琪.關(guān)于實效公差帶的研究[J].工程技術(shù)，1672-3791（2016）06（c）-0043-02.

[4] 杜亮.六自由度工業(yè)噴涂機器人定位誤差參數(shù)辨識及補償方法的研究[J].中國知網(wǎng),TP242.2/2016.5.

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

1671-7988(2019)18-213-03

喬憲光，就職于諾博汽車系統(tǒng)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.073