齊江飛，戈北京，朱本正，吳 俊，林 濤，李曉悅，牛文文

(中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300380)

隨著汽車涂裝技術(shù)的進(jìn)步和全社會(huì)節(jié)能環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，綠色涂裝技術(shù)已成為涂裝的發(fā)展趨勢(shì)[1]。中國汽車工業(yè)工程有限公司自主研發(fā)的應(yīng)用于汽車涂裝前處理和電泳工藝輸送的AE翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的同時(shí)，極大地提高了輸送機(jī)的柔性，目前已有數(shù)條生產(chǎn)線投入實(shí)際應(yīng)用，并獲得了越來越多知名汽車廠商的青睞。

工件的翻轉(zhuǎn)輸送軌跡是前處理電泳和機(jī)運(yùn)專業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算的前提。目前尚沒有專門的軟件繪制工件的翻轉(zhuǎn)輸送軌跡，只能靠人工逐步繪制，最后拼接成完整的運(yùn)行軌跡，一旦參數(shù)有所改變，只能重新繪制，速度慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、簡(jiǎn)單重復(fù)性強(qiáng)，而且效率較低[2]，此外還很難實(shí)現(xiàn)相鄰兩車運(yùn)動(dòng)中的干涉檢查及節(jié)距的優(yōu)化設(shè)計(jì)，難以滿足高效率生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的要求，因此亟需開發(fā)一套工件翻轉(zhuǎn)輸送軌跡自動(dòng)繪制軟件。

1 開發(fā)內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)AE翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)帶工件在槽體中翻轉(zhuǎn)輸送軌跡的全自動(dòng)繪制，降低設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)計(jì)效率，本文利用AutoCAD VBA進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)如下功能：1)工件在浸入即出的水洗槽中翻轉(zhuǎn)輸送軌跡的自動(dòng)繪制；2)工件在有工藝時(shí)間要求的工藝槽中翻轉(zhuǎn)輸送軌跡的自動(dòng)繪制，包括自動(dòng)計(jì)算工藝時(shí)間；3)相鄰兩臺(tái)翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)帶車身和橇體在水洗槽、工藝槽的動(dòng)畫仿真、干涉檢查、工件節(jié)距確定；4)可視化參數(shù)輸入。

2 開發(fā)思路及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基本思路

將翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)(旋轉(zhuǎn)部分除外)單獨(dú)做成一個(gè)圖塊，車身和橇體及翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)部分做成一個(gè)圖塊，基點(diǎn)同為旋轉(zhuǎn)中心。用戶在交互界面輸入設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，在軌跡繪制前，用戶在CAD界面上用鼠標(biāo)點(diǎn)選圖塊的插入點(diǎn)坐標(biāo)，程序根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)計(jì)算相鄰幀翻轉(zhuǎn)機(jī)及車身和橇體圖塊的旋轉(zhuǎn)角度、前進(jìn)距離，然后在CAD界面上顯示插入的圖塊，形成軌跡。對(duì)于有工藝時(shí)間要求的軌跡，程序會(huì)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)，計(jì)算出除去邊走邊轉(zhuǎn)的工藝時(shí)間之外車和橇體在槽中水平行走的時(shí)間，并計(jì)算出出槽點(diǎn)位置，然后在各步長點(diǎn)逐個(gè)插入圖塊，完成帶工藝時(shí)間的軌跡繪制。相鄰車組動(dòng)畫仿真，可以采用固定節(jié)距的兩車組同時(shí)作上述軌跡運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

1) 圖塊的變角度動(dòng)態(tài)插入。

如圖1所示，將翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)(旋轉(zhuǎn)部分除外)單獨(dú)做成一個(gè)圖塊Bs，車身和橇體及翻轉(zhuǎn)機(jī)旋轉(zhuǎn)部分做成一個(gè)圖塊Bc，基點(diǎn)同為旋轉(zhuǎn)中心Rc。通過GetPoint函數(shù)[3-5]選擇插入點(diǎn)Bi，在此點(diǎn)插入圖塊Bs和圖塊Bc(系統(tǒng)默認(rèn)圖塊的插入點(diǎn)為圖塊的基點(diǎn))，通過InsertBlock函數(shù)[2-3]實(shí)現(xiàn)。Bi點(diǎn)即為后續(xù)圖塊位移和旋轉(zhuǎn)計(jì)算的坐標(biāo)原點(diǎn)。根據(jù)用戶輸入的角度步長(d_angle)，計(jì)算行走步長值，然后依次計(jì)算出各個(gè)步長點(diǎn)的位移和旋轉(zhuǎn)角度。圖塊的位移由Move函數(shù)實(shí)現(xiàn)，圖塊的旋轉(zhuǎn)由Rotation函數(shù)實(shí)現(xiàn)，各個(gè)步長點(diǎn)圖塊的插入由InsertBlock函數(shù)實(shí)現(xiàn)[3-5]。

圖1 圖塊示意圖

圖塊插入、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)操作代碼如下：

Set EntCar = ThisDrawing.ModelSpace.InsertBlock(basepoint, "carandskid", 1#, 1#, 1#, 0)

′車身圖塊插入

Set EntcarTmp = EntCar.Copy() ′新建車身塊拷貝

EntcarTmp.Move point1, point2 ′新建車身塊的移動(dòng)

EntcarTmp.Rotation = EntTmp.Rotation + d_angle ′新建車身塊按一定角度旋轉(zhuǎn)

2) 工藝時(shí)間計(jì)算。

車身涂裝前處理電泳工藝中的脫脂、磷化、硅烷、電泳等工藝有嚴(yán)格的工藝時(shí)間要求，對(duì)于脫脂、磷化和硅烷工藝，一般從車頂中點(diǎn)沒入液面開始計(jì)算，到車頂中點(diǎn)出液面時(shí)為止，整個(gè)過程用時(shí)即為車身處理的工藝時(shí)間。對(duì)于電泳工藝，一般從車身完全沒入液面開始計(jì)算到車身第一點(diǎn)出液面時(shí)為止，整個(gè)過程用時(shí)即為車身處理的工藝時(shí)間。下面以磷化工藝舉例進(jìn)行說明。

如圖2所示，以旋轉(zhuǎn)中心為圓心O，以圓心O到車頂中點(diǎn)C的距離為半徑做輔助圓，輔助圓與液面線的交點(diǎn)為A和B，角a為車身入槽至水平姿態(tài)所旋轉(zhuǎn)的角度，角b為車身從水平姿態(tài)旋轉(zhuǎn)至出槽的角度，假設(shè)翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為Vr，行走速度為Vm，總工藝時(shí)間為T，則剩余車身旋轉(zhuǎn)180°至液面下直線行走的時(shí)間為T2=T-(a+b)/Vr，直線行走距離為D=Vm×T2，以此可以計(jì)算出出槽的位置點(diǎn)。其中輔助圓由AddArc函數(shù)實(shí)現(xiàn)，交點(diǎn)求取由IntersectWith函數(shù)實(shí)現(xiàn)，角度求取由AngleFromXAxis函數(shù)實(shí)現(xiàn)[3-5]。

作輔助線計(jì)算車身旋轉(zhuǎn)角度及行走所占用的工藝時(shí)間代碼如下：

dippoint = ThisDrawing.Utility.GetPoint( "請(qǐng)選擇全浸點(diǎn)：")

Set ObjArc = ThisDrawing.ModelSpace.AddArc(basepoint, radius, PI, 1.5 * PI)

′以旋轉(zhuǎn)中心為圓心，全浸點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)中心距離為半徑作輔助圓

interpoint = EntLiquidline.IntersectWith(ObjArc, acExtendNone) ′獲取交點(diǎn)A并判斷

dipangle = ThisDrawing.Utility.AngleFromXAxis(basepoint, dippoint) * 180 / PI-ThisDrawing.Utility.AngleFromXAxis(interpoint, basepoint) * 180 / PI ′旋轉(zhuǎn)角度a

d_rotate_time = 2 * dipangle / d_angle_speed ′旋轉(zhuǎn)占用工藝時(shí)間(默認(rèn)角a和角b相等)

d_left_time = d_pro_time - d_rotate_time ′除邊走邊轉(zhuǎn)外，剩余直線行走工藝時(shí)間

ObjArc.Delete ′輔助圓刪除

圖2 工藝時(shí)間計(jì)算原理圖

3) 相鄰車身動(dòng)畫仿真及節(jié)距選擇。

在產(chǎn)能較大的涂裝前處理電泳生產(chǎn)線中，工件在工藝槽中的運(yùn)行常常采用按節(jié)距連續(xù)輸送的方式。為縮短生產(chǎn)線總長度，降低建設(shè)、運(yùn)營成本，需要對(duì)工件的節(jié)距進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為此開發(fā)了相鄰車身軌跡動(dòng)畫仿真模塊，主要用于觀察在連續(xù)旋轉(zhuǎn)輸送時(shí)相鄰車身的最小間距，以此來確定連續(xù)輸送的節(jié)距。

下面以浸入即出槽輸送為例。動(dòng)畫中兩車組移動(dòng)的總距離為2個(gè)節(jié)距，即2Pitch，假設(shè)車體間允許的間距為Dn，可調(diào)范圍為ΔD。動(dòng)畫仿真及節(jié)距選擇流程如圖3所示。

圖3 動(dòng)畫仿真及節(jié)距選擇流程

3 實(shí)現(xiàn)方法

1)軟件界面。

軟件界面如圖4所示，主要包括參數(shù)設(shè)置和模式選擇兩部分。參數(shù)設(shè)置包括翻轉(zhuǎn)輸送機(jī)系統(tǒng)本身的機(jī)械參數(shù)設(shè)置(如旋轉(zhuǎn)中心到軌道面距離，軌道面距槽沿距離等參數(shù))和生產(chǎn)運(yùn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置(如節(jié)距、速度設(shè)置等)；模式選擇包括浸入即出和是否動(dòng)畫兩個(gè)選項(xiàng)。

圖4 軟件界面

2)實(shí)現(xiàn)效果。

軟件各個(gè)功能塊的運(yùn)行結(jié)果如圖5～圖7所示。圖5為磷化槽中有工藝時(shí)間要求的非浸入即出模式下的運(yùn)行軌跡圖，圖6為磷化槽中有工藝時(shí)間要求的非浸入即出模式下的動(dòng)畫仿真車身最小間距圖(工件節(jié)距6 500 mm)，圖7為磷化槽中有工藝時(shí)間要求的非浸入即出模式下的動(dòng)畫仿真干涉圖(工件節(jié)距6 000 mm)。所有運(yùn)行參數(shù)值以文本的形式呈現(xiàn)在軌跡或動(dòng)畫上方。

圖5 軌跡圖

圖6 動(dòng)畫仿真圖 圖7 動(dòng)畫仿真干涉圖

4 結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)輸送軌跡及動(dòng)畫仿真專用軟件的開發(fā)大大減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了出錯(cuò)的概率，極大地提高了設(shè)計(jì)效率。但本文開發(fā)的軟件目前只能實(shí)現(xiàn)定節(jié)距工件軌跡繪制和動(dòng)畫仿真，尚無法解決變節(jié)距工件軌跡繪制和動(dòng)畫仿真問題，有待未來進(jìn)一步研究。