張進(jìn) 操金明 程林

摘 要：在車身內(nèi)表面機(jī)器人自動(dòng)噴涂工作站，增加VMT視覺系統(tǒng)，測(cè)量車身誤差，并將車身誤差作為偏移量，補(bǔ)償?shù)綑C(jī)器人的跟蹤坐標(biāo)系中，實(shí)現(xiàn)了車身誤差的整體補(bǔ)償，提高了車身噴涂質(zhì)量的穩(wěn)定性。同時(shí)，針對(duì)開門機(jī)有一定概率無法關(guān)嚴(yán)車門，視覺系統(tǒng)識(shí)別車門是否關(guān)嚴(yán)，消除了車門未關(guān)嚴(yán)對(duì)噴涂線下一道工序的不良影響。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；噴涂；車身內(nèi)表面；視覺；補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：U462.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）17-290-03

Abstract： In order to measure car body position errors， a VMT vision system was newly added in a car body interior painting zone which painted automatically by robots. The stability of car body film quality was improved， after car position errors overall compensated， by offsetting robots tracking coordinates with car position errors. Meanwhile， car doors could not be completely closed by openers with a certain probability， after paint finished. The vision system identified whether doors closed or not， to eliminate the bad influence of unclosed doors in next paint process.

Keywords： industrial robots； paint； car body interior； vision； calibration

CLC NO.： U462.2 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-290-03

前言

近年來，汽車車身內(nèi)表面人工噴涂，逐步被機(jī)器人的自動(dòng)化噴涂所代替。在自動(dòng)化的涂裝車間，機(jī)器人打開車門和車蓋，機(jī)器人噴涂車身內(nèi)表面，然后關(guān)閉車門和車蓋。不同于車身外表面噴涂，車身內(nèi)表面不平整、形狀復(fù)雜、空間狹小，噴涂調(diào)試難度大，離線編程[1]的使用過程中，需要更高的精度。

目前，視覺系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中，提高了工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)精度，包括裝配[2]、涂膠、焊接等，但視覺系統(tǒng)卻很少應(yīng)用于噴涂機(jī)器人。視覺系統(tǒng)被用于識(shí)別涂裝車間工件類別[3，4]，卻沒有用于提高噴涂機(jī)器人作業(yè)精度。

本文在Fanuc公司的P700iA噴涂工作站基礎(chǔ)上，增加VMT的視覺系統(tǒng)，識(shí)別車身定位誤差，并補(bǔ)償機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡。同時(shí)，識(shí)別車門是否關(guān)嚴(yán)，保證后續(xù)噴涂工藝的穩(wěn)定性。

1 噴涂機(jī)器人視覺系統(tǒng)

1.1 噴涂機(jī)器人系統(tǒng)

機(jī)器人噴涂站，一般包含：機(jī)器人本體及其機(jī)器人控制柜、配有PLC的系統(tǒng)控制柜、一些外圍輸入輸出設(shè)備、噴房系統(tǒng)的其它設(shè)備等。其中，外圍輸入輸出設(shè)備包括：工件感應(yīng)開關(guān)、輸送鏈編碼器、急停按鈕、光柵、噴房門的感應(yīng)開關(guān)等。噴房系統(tǒng)的其它設(shè)備包括：輸送鏈、送排風(fēng)、循環(huán)水、調(diào)漆間設(shè)備等。

Fanuc的P700iA車身內(nèi)表面噴涂站，由4臺(tái)P700iA噴涂機(jī)器人、4臺(tái)P20iA開門機(jī)和2臺(tái)P25iA開蓋機(jī)組成，共10臺(tái)機(jī)器人。P700iA噴涂機(jī)器人用于噴涂車身內(nèi)表面，P20iA開門機(jī)用于打開和關(guān)閉4個(gè)車門，P25iA開蓋機(jī)用于打開和關(guān)閉車身的前蓋和后蓋。

Fanuc噴涂機(jī)器人，具有輸送鏈跟蹤功能（Line Track）。當(dāng)車體隨輸送鏈同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人根據(jù)輸送鏈編碼器脈沖跟蹤車身噴涂。

1.2 視覺系統(tǒng)

本文將VMT視覺系統(tǒng)接入到Fanuc機(jī)器人車身內(nèi)表面噴涂站中，VMT視覺控制柜與Fanuc系統(tǒng)控制柜采用總線（Profibus）通訊。

VMT視覺系統(tǒng)包括：視覺系統(tǒng)控制柜、6個(gè)相機(jī)。6個(gè)相機(jī)被依次安裝在噴房頂部，視覺控制柜通過網(wǎng)線給相機(jī)供電和通訊。

1.3 視覺系統(tǒng)工作原理

車體（即工件）隨輸送鏈運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入噴房。當(dāng)車體所在的滑撬前端觸發(fā)工件感應(yīng)開關(guān)后，PLC發(fā)送工作號(hào)到機(jī)器人。之后，車體繼續(xù)進(jìn)入噴房到指定距離且機(jī)器人還沒有開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，PLC發(fā)送拍照信號(hào)觸發(fā)相機(jī)拍照。此時(shí)相機(jī)對(duì)當(dāng)前車體拍照，把當(dāng)前圖像與模板圖像（先前優(yōu)化后存在模板庫中的標(biāo)準(zhǔn)圖像）對(duì)比，得出車體上特征點(diǎn)發(fā)生的變化，進(jìn)而得出車體的偏移數(shù)據(jù)（dxC， dyC），或者車體的局部是否發(fā)生變化信息。

如圖7，相機(jī)1和相機(jī)2獲取車身位置，相機(jī)3和相機(jī)4檢測(cè)車身是否打滑，相機(jī)5和相機(jī)6檢測(cè)車門是否關(guān)嚴(yán)。

2 車身位置的視覺補(bǔ)償

2.1 機(jī)器人的跟蹤坐標(biāo)系

將4臺(tái)P700iA機(jī)器人分別編號(hào)為Pj （j=1，2，3，4）。機(jī)器人車身軌跡所在的坐標(biāo)系為跟蹤坐標(biāo)系（Track Frame），該坐標(biāo)系與輸送鏈同步運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件感應(yīng)開關(guān)觸發(fā)后，跟蹤坐標(biāo)系生成，相對(duì)于車身固連。如圖5，機(jī)器人的跟蹤坐標(biāo)系參數(shù)包含位置XYZ和方向WPR，本文補(bǔ)償X和Y的位置量（dxi， dyi）（i=1，2，3，4），忽略Z位置量和WPR方向量。X和Y方向如圖7所示。

2.2 視覺補(bǔ)償原理

相機(jī)1和相機(jī)2對(duì)車體拍照，獲得當(dāng)前車體的誤差（dxC， dyC）。視覺控制柜將誤差通過總線（Profibus）發(fā)送到PLC，PLC再發(fā)送到機(jī)器人。機(jī)器人獲得（dxC， dyC）后，修改跟蹤坐標(biāo)系參數(shù)，使跟蹤坐標(biāo)系偏移（dxi， dyi）（i=1，2，3，4），進(jìn)而車體軌跡整體發(fā)生偏移，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人軌跡的整體補(bǔ)償。

由于噴涂機(jī)器人的軌跡直接影響噴涂質(zhì)量，本文對(duì)噴涂機(jī)器人的軌跡，忽略開門機(jī)和開蓋機(jī)。

2.3 車身誤差和機(jī)器人補(bǔ)償量的關(guān)系

如圖7，根據(jù)相機(jī)坐標(biāo)系{C}和4臺(tái)噴涂機(jī)器人坐標(biāo)系{Pj} （j=1，2，3，4）的方向關(guān)系，車身誤差和機(jī)器人的補(bǔ)償量有如下關(guān)系：

式中，dxC、dyC為相機(jī)獲得的車身誤差，dxi、dyi （i=1，2，3，4）分別為4臺(tái)噴涂機(jī)器人跟蹤坐標(biāo)系的補(bǔ)償量。

2.4 視覺補(bǔ)償結(jié)果

圖8為100臺(tái)車的車身誤差（dxC， dyC），沿著輸送鏈方向的誤差在（-15， 18）之間，垂直輸送鏈方向的誤差在（-6， 5）之間。

3 車門關(guān)閉檢測(cè)

內(nèi)噴站車體噴涂完畢后，開門機(jī)將車門關(guān)閉，但開門機(jī)存在5%的幾率無法將車門關(guān)嚴(yán)。沒有關(guān)嚴(yán)的車門，在后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，會(huì)引發(fā)一些車身質(zhì)量問題。例如：如果車門被打開一個(gè)小的角度（如1～2度），在噴涂線的下一工序車身外表面噴涂站，將導(dǎo)致車門邊緣肥邊、缺漆等嚴(yán)重的車身質(zhì)量問題。

在開門機(jī)關(guān)閉車門后，相機(jī)對(duì)車體拍照，識(shí)別車門上的特征點(diǎn)，當(dāng)特征點(diǎn)誤差過大，被認(rèn)為門沒有關(guān)嚴(yán)。此時(shí)，視覺控制柜通過總線發(fā)送信號(hào)到PLC，PLC報(bào)警提醒操作工有車門打開。

4 結(jié)語

4.1 將視覺系統(tǒng)應(yīng)用于噴涂機(jī)器人的車身位置補(bǔ)償

Fanuc的P700iA機(jī)器人車身內(nèi)表面噴涂工作站，添加VMT視覺系統(tǒng)。相機(jī)獲得車身定位誤差，通過總線將偏移量數(shù)據(jù)發(fā)送機(jī)器人，補(bǔ)償跟蹤坐標(biāo)系，提高了噴涂機(jī)器人的作業(yè)精度。

4.2 對(duì)車身的X和Y的位置量進(jìn)行補(bǔ)償

忽略Z位置量和WPR方向量。

4.3 識(shí)別車門是否關(guān)嚴(yán)

消除了未關(guān)嚴(yán)車門對(duì)噴涂線下一道工序的不良影響。

參考文獻(xiàn)

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