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一種基于工業(yè)視覺的汽車密封件涂膠工作站研究*

2021-10-08 00:51韓健睿張瑞祺郭瑞蓮呂世霞
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年27期
關(guān)鍵詞:密封件涂膠工作站

韓健睿,張瑞祺,郭瑞蓮,時(shí) 光,呂世霞,劉 傳

(1.北京工業(yè)大學(xué),北京 100124;2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院,北京 100176)

現(xiàn)今汽車制造企業(yè)總裝工藝中發(fā)動(dòng)機(jī)裝配大多以人工裝置為主,油底殼涂膠方面人工作業(yè)有著涂膠不均、涂膠精度低、效率低等問題。進(jìn)而引起汽車發(fā)動(dòng)機(jī)漏油,嚴(yán)重的可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。而且膠體也會(huì)危害工作人員的身體健康,長期工作在此環(huán)境中將會(huì)引起多種疾病。鑒于以上人工作業(yè)現(xiàn)狀,本文設(shè)計(jì)并搭建了一套基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化汽車密封件涂膠工作站。

工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)今汽車制造行業(yè)中有著廣泛應(yīng)用,如汽車噴漆、汽車結(jié)構(gòu)焊接和沖壓過程中工件搬運(yùn)等。工業(yè)機(jī)器人工作站通過搭配不同的工具手和工藝裝備,可實(shí)現(xiàn)不同的工作需求,而且工業(yè)機(jī)器人與原有人工相比,具有工作效率高、動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)化程度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也降低了生產(chǎn)過程中的成本。

1 涂膠工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)密封件自動(dòng)涂膠系統(tǒng)以油底殼為例,主要由工業(yè)機(jī)器人、多功能工裝臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人工具手、膠罐以及出膠控制系統(tǒng)組成。工業(yè)機(jī)器人根據(jù)本項(xiàng)目工作要求載重以及運(yùn)動(dòng)范圍,采用ABB IRB1410 型號(hào)工業(yè)機(jī)器人作為載體,在其上方配置相關(guān)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的,如圖1 所示。

圖1 涂膠工作站機(jī)械結(jié)構(gòu)三維圖

1.1 工裝臺(tái)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人工裝臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)油底殼外輪廓識(shí)別、定位和涂膠固定作用,在工廠中可采用工件傳送裝置,方便其上下料,提高工作效率。工裝臺(tái)上有6個(gè)定位銷,用于對(duì)油底殼進(jìn)行擺放定位,并且便于相機(jī)識(shí)別后定位工件位置。背光光源用于輔助相機(jī)拍照過程中更好地識(shí)別工件外輪廓與螺絲孔位置。相機(jī)支架用于支撐相機(jī)滿足清晰識(shí)別油底殼輪廓并且不妨礙工業(yè)機(jī)器人的涂膠運(yùn)動(dòng)。光電傳感器用于檢測被涂膠工件是否到位。

1.2 涂膠工具手設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的涂膠工作站中將膠槍安裝于工業(yè)機(jī)器人第六軸法蘭上,并且以45°安裝。此方案中選擇的工業(yè)機(jī)器人自帶6 個(gè)自由度,可以在涂膠過程中出膠方向隨軌跡方向自由變換,實(shí)現(xiàn)靈活涂膠的目的。經(jīng)過大量測試,工業(yè)機(jī)器人末端法蘭與膠槍呈45°夾角安裝出膠質(zhì)量最好,可實(shí)現(xiàn)膠體直接落到工件表面,保證涂膠質(zhì)量。

2 涂膠工作站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的涂膠工作站控制系統(tǒng)包括:工業(yè)機(jī)器人控制器、工業(yè)視覺識(shí)別模塊、供膠系統(tǒng)、傳感器、控制按鈕等,如圖2 所示。工業(yè)機(jī)器人選用ABB 機(jī)器人控制系統(tǒng),配備一個(gè)DSQC327AIO 信號(hào)拓展版,可以連接10 個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)、10 個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)和4 個(gè)模擬量輸出信號(hào),滿足本工作站系統(tǒng)邏輯控制與運(yùn)行的要求。工業(yè)機(jī)器人具體對(duì)工件進(jìn)行涂膠工作,供膠系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人末端膠槍的膠體輸出,視覺識(shí)別用于對(duì)被涂膠工件外輪廓和螺絲孔進(jìn)行識(shí)別定位,并規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)行路徑、控制按鈕控制工作站設(shè)備的啟動(dòng)、暫停、停止、復(fù)位以及一些狀態(tài)顯示。整套工作站由啟動(dòng)按鈕運(yùn)行啟動(dòng),供膠系統(tǒng)開始運(yùn)行,等待被涂膠工件到達(dá)相機(jī)識(shí)別工位,相機(jī)識(shí)別完成后,將點(diǎn)位信息發(fā)送至工業(yè)機(jī)器人,等待供膠系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒,工業(yè)機(jī)器人啟動(dòng)涂膠程序,對(duì)工件進(jìn)行涂膠作業(yè)。

圖2 汽車密封件涂膠工作站系統(tǒng)組成

2.1 出膠裝置控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人涂膠作業(yè),本文設(shè)計(jì)了全自動(dòng)控制供膠系統(tǒng),該系統(tǒng)由膠罐、氣動(dòng)控制元件、氣源、膠槍等部件組成。膠罐用于存儲(chǔ)膠體,通過氣動(dòng)控制元件壓縮空氣,使得膠體進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人末端所安裝的膠槍,氣源為本套系統(tǒng)提供0.6MPa 的壓縮空氣,使得整套系統(tǒng)正常運(yùn)行,出膠系統(tǒng)首先由氣源提供兩路壓縮空氣,經(jīng)過氣動(dòng)二聯(lián)件,一路進(jìn)入膠罐,增加膠罐中的壓力,使得膠體向外流至膠槍供膠管中;另一路氣源進(jìn)入兩位五通電磁閥,通過機(jī)器人電信號(hào)控制氣流換向,控制供膠量和膠路開閉。膠槍開啟涂膠功能,膠體從膠槍中平滑流出。出膠系統(tǒng)原理圖如圖3 所示。

圖3 汽車密封件涂膠工作站出膠系統(tǒng)原理圖

2.2 工業(yè)視覺相機(jī)識(shí)別控制系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)中采用康耐視IS2000C 型號(hào)相機(jī),通過Modbus 通訊協(xié)議將相機(jī)拍照數(shù)據(jù)傳輸至工業(yè)機(jī)器人。利用機(jī)器人控制工裝臺(tái)底部光源可對(duì)工件輪廓、孔位進(jìn)行更好的識(shí)別。通過相機(jī)識(shí)別軟件對(duì)機(jī)器人涂膠軌跡進(jìn)行規(guī)劃,并將點(diǎn)位數(shù)據(jù)傳輸至機(jī)器人,根據(jù)預(yù)設(shè)的工件坐標(biāo)系即可完成涂膠軌跡運(yùn)行。相機(jī)識(shí)別畫面如圖4 所示。

圖4 相機(jī)識(shí)別畫面

2.3 涂膠機(jī)器人整體控制邏輯與IO 控制

涂膠機(jī)器人根據(jù)本設(shè)計(jì)中的任務(wù)要求,除了與工業(yè)視覺相機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的同時(shí),還需要與現(xiàn)場其他設(shè)備進(jìn)行信號(hào)交互,通過在機(jī)器人程序中進(jìn)行邏輯判斷,完成所設(shè)計(jì)的任務(wù)要求。工業(yè)機(jī)器人根據(jù)工裝臺(tái)工件到位傳感器信號(hào)啟動(dòng)涂膠工作、控制出膠系統(tǒng)運(yùn)行、儲(chǔ)膠罐系統(tǒng)膠量和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、視覺系統(tǒng)拍照與光源控制以及全自動(dòng)運(yùn)行過程中系統(tǒng)啟動(dòng)停止外部控制按鈕的輸入信號(hào)。機(jī)器人IO 系統(tǒng)DSQC327A 信號(hào)板中包含數(shù)字量輸入端、數(shù)字量輸出端和模擬量輸出端。為了實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人控制的外圍設(shè)備通信,可以使用數(shù)字量輸入端和輸出端控制外部設(shè)備的狀態(tài)檢測信息。涂膠機(jī)器人系統(tǒng)I/O 信號(hào)信息如表1 所示。

表1 涂膠機(jī)器人系統(tǒng)I/O 信號(hào)信息表

3 結(jié)論

(1)本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)汽車密封件涂膠機(jī)器人工作站,該機(jī)器人工作站可根據(jù)工業(yè)視覺相機(jī)進(jìn)行路徑規(guī)劃,并且可自動(dòng)控制供膠系統(tǒng)進(jìn)行密封件涂膠作業(yè)。

(2)涂膠工作站中工業(yè)機(jī)器人與工業(yè)視覺通過Modbus 通信協(xié)議,將視覺系統(tǒng)所識(shí)別到的被涂膠工件輪廓根據(jù)螺絲孔位置可規(guī)劃機(jī)器人涂膠路徑點(diǎn)位。

(3)上述自動(dòng)汽車密封件涂膠機(jī)器人工作站可廣泛應(yīng)用于汽車制造工廠中,對(duì)制造業(yè)未來發(fā)展有著重要意義。

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