涂装车间PVC喷涂机器人工艺调试及质量控制

曾凡林

摘 要：文章阐述了新车型在调试过程中，涂装车间PVC喷涂机器人喷涂工艺自主调试过程，着重讨论从机器人示教准备、机器人示教、带胶喷涂PVC质量调试三个方面。同时，阐述在新车型调试过程中出现的质量问题进行分析并提出创新的解决措施。

关键词：PVC喷涂机器人;机器人示教;喷涂PVC质量

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）05-228-04

Abstract： The paper mainly study on the Independent adjustment process of the spraying technology of PVC spraying robot in the painting workshop is mainly discussed from three aspects： Preparation of robot teaching， robot teaching and PVC quality adjustment of rubber spraying. At the same time， the quality problems in the process of new vehicle debugging are analyzed and the innovative solutions are put forward.

Keywords： PVC spray robot; Robot teaching; Spraying PVC quality

1 引言

PVC喷涂机器代替人工进行PVC胶喷涂，实现高效率、高质量的工作。PVC喷涂机器人在汽车制造中应用广泛。面临日趋激烈的行业竞争以及日渐理性的消费市场。车身质量要求也更为严苛，对PVC喷涂质量提出更高的标准。创新的喷涂方法、灵活的喷涂轨迹使PVC喷涂机器人最大程度满足汽车生产需求。本文结合新车型的PVC喷涂机器人轨迹程序调试过程，探讨PVC喷涂机器人程序编辑技术及调试过程中的质量调整满足汽车批量生产质量要求。

2 PVC喷涂机器人仿形调试技术开发和调试应用

2.1 PVC喷涂机器人喷涂类别及工艺标准

PVC涂胶机器人可分为三种，分别是车门及二盖焊缝密封（德语名称Feinabdichtung），简称FAD。车身底板焊缝密封（德语名称Grobadichtung），简称GAD。底板防护PVC覆盖（德语名称Unterbodenschutz），简称UBS。为满足防腐质量，制定出三种PVC喷涂标准：FAD胶条质量要求宽度为6mm，厚度要求为1500-2000um;GAD胶条要求宽度为2-2.2cm，厚度要求为2000um;UBS厚度要求按照底板防护位置及要求不同而变化（常见膜厚标准为300um、500um、1200um）。

2.2 PVC机器人示教准备

2.2.1 喷涂区域划分

新车型调试，按照工艺卡要求，首先根据胶条的长度、厚度计算出机器人喷涂时间（工作节拍）。将喷涂区域按照工作负荷尽可能平均分配到站内每台机器人，避免出现机器人工作负荷过重影响使用寿命。同时为后续节拍优化预留空间。工作站设计为4台喷涂机器人（如图1）喷涂总长度为60米。因此每台机器人喷涂长度为15米。

2.2.2 车身标记

车身根据不同机器人需喷涂区域标记不同颜色。新车型喷涂区域90%以上左右侧对称，工作站为2台喷涂机器人可将车身以前后轮中轴线左右对分工作区域，涉及到机器人负荷、工作节拍和防碰撞参数设置较容易。例如喷涂站四台机器人。车身划分为四等份进行标记，喷涂区域调整方法为前后划分区域移动。此方法有效防止遗漏喷涂工艺，导致临时增加喷涂区域，节拍浪费及机器人协调影响（等待时间）。工作站PVC机器人均匀分工，消除后续节拍不足的影响导致重新分配程序，增加调试周期和调试工作量。如图2（虚线可左右移动满足实际调试需求）：

2.3 视觉测量和车身定位数据

车身到达机器人站内。首先视觉系统通过测量生产车身特征点，并与标准车身的特征点（零位置）进行对比，得出车身方位差（矫正矢量），并将矫正矢量传送给机器人，机器人再根据之前的零位置进行叠加，便得出车身的绝对位置;如图3所示：

视觉系统在进行一次完整的测量过程中，将完成以下步骤：

（1）通过PLC把车型信息传送到视觉系统;

（2）车身在工作间定位后，摄像头进行图像采集与特征点识别;

（3）利用在图像中找到的标记点位置和摄像头的定标结果，计算当前车身的位置;

（4）計算当前车身方位和初始方位（零位置）的差值，这就是矫正矢量;

（5）将矫正矢量传送给机器人。

通过机器人接受的矫正矢量，在喷涂过程中就可利用这个值进行补偿，帮助机器人喷涂每一台车身都能保证喷涂质量。满足车身质量工艺要求。

2.4 喷涂机器人仿形编辑软件介绍

喷涂机器人软件分为在线编辑程序和离线编辑程序，二者相互配合完成仿形调试。在线编辑程序调试时间快、效果好，通常使用在线编辑程序形成轨迹点，根据PVC喷涂机器人喷涂调试车身的状态。然后再使用离线编程进行细调，重复进行此操作，直到车身质量满足质量要求。

2.5 PVC喷涂机器人仿形调试

2.5.1 自主研发韧性调试工具

GAD机器人调试中，激光调试器与工作面（车身）距离为3CM，机器人内部针对GUN1、GUN2与GUN3之间转换的轨迹运算时，由于无法判断运行方向且机器人枪头在车身内部运行空间狭小，激光器与车身极易碰撞，造成激光调试器和机器人的损坏，影响调试和新车型项目进度，对仿形调试经验不足而言，此类情况无法避免（主机厂外包调试新型车的重要原因）。现场通过自主研发韧性调试工具替代激光调试器，解决碰撞后损坏激光调试器的难题，有效提升调试进度。制作方法：制作3CM长的塑料条，底部打磨成与枪嘴的形状一致，拆卸出枪嘴，替换成塑料条（图4）。

2.5.2 建立程序框架

打开机器人仿形编辑软件，加载RPC内部程序，选择R（ROBOT），例如选择R11，将R11程序内的Jetta_NF程序点击右键进行复制，点击选择R11进行粘贴，对Jetta_NF程序重新命名（例如Jetta_NF_1）。打开Jetta_NF_1程序，创建以下程序：

上图程序参数解释：

1）SETOBJECT：设置车身（JETTA_NF）（直接调用GLOBAL内参数）

2）SETTOOL：设置枪头（例如GUN1、GUN2、GUN3）

3）ACC：加速度

4）VEL：速度（数值越大速度越快）

5）OVERLAP：机器人在仿形轨迹转弯时的圆弧

6）SETBRUSH：设置刷子号（压力或流量）

7）GUN （GUN1，Gun On，轨迹点，触发点）：开枪点或关枪点（开枪为ON关枪为OFF）

8）PTP点：机器人本体各个轴的旋转的角度大小形成的坐标点。

从任意点到达PTP点机器人都是以最快的速度到达PTP点

9）LIN点：物体坐标

LIN至LIN点之间移动为直线移动

PTP至PTP点之间移动为弧线移动

2.5.3 TCP的建立

PVC喷涂机器人共计三个枪嘴，分别是GUN1/GUN2/ GUN3（GUN1与法兰盘中心线所指方向一致、GUN2与法兰盘中心线所指方向成45°、GUN3与法兰盘中心线所指方向成90°）。于是分别有TOOL1/TOOL2/TOOL3。对TOOL1/ TOOL2/TOOL3应用不同长度的距离并输入到系统文件内。三个枪嘴可以更加灵活的满足车身不同喷涂面。方便调试人员调试时，可直接调用，节省调试时间。

2.5.4 坐标系应用及方法

喷涂机器人坐标系分为world坐标、object坐标、joint坐标、tool坐标。

world坐标：VMT测量时测量的一个坐标系（工作间坐标）。X轴与输送方向一致，Y轴垂直于X轴，方向朝输送方向的左侧，Z轴垂直于X轴，方向朝输送方向的上方。world坐标用于摄像系统、车身、PVC喷涂机器人之间的坐标转换。将上诉三者关联。

object坐标：相对于world坐标的相对值，object坐标值的绝对值位于车身前轮罩的正中心线上。A.B.C分别绕X.Y.Z旋转。object坐标X轴与输送方向相反，Y轴垂直于X轴，方向朝输送方向的右侧，Z轴垂直于X轴，方向朝输送方向的上方。A的方向以右手食指指向X轴，右手包裹食指，拇指指向X轴的正方向，B.C分别以无名指与拇指为基准，与A方法一致。为PVC喷涂机器人所有工艺喷涂LIN点都以object坐标为基准。

joint坐标：基于单轴运动，PVC喷涂机器人共计6个轴附加一个平行运动的基轴。轴分别为A1-A7。A1-A6分别是从下往上计数，A7为基轴。A1的工作范围为-115至115°。A2的工作范围为-80至63°A3的工作范围为-80至80°。A4的工作范围为-720至720°。A5的工作范围为-720至720°。A6的工作范围为-720至720°。A7的工作范围为-3800至2476mm。

TOOL坐标：六轴法兰盘正中心为原点建立坐标系。运动姿态为TX.TY.TZ.TA.TB.TC.A7七个部分组成。利用右手定则，食指所指方向为X轴的正方向，根据实际所需进行调整轨迹点。

2.5.5 PVC喷涂机器人工艺参数设置

PVC喷涂机器人管内和机器人进行带胶调试时，需设置各项喷涂工艺参数（表1）。满足工艺调试需求，设置的各项参数须满足机器人材料校正时成功（校正成功是后续工作的前提）。

2.5.6 PVC喷涂机器人程序模拟

PVC喷涂机器人程序编辑完毕后，将每个机器人程序使用示教器运行，发现风险点和不合理轨迹点，对其进行优化。对机器人运行的公共区域设置防碰撞参数。使用仿形编辑软件模拟功能确定每个机器人的喷涂节拍，喷涂姿态，等待时间。对不合理之处需进行优化。

2.5.7 喷涂轨迹点示教注意事项

机器人喷涂枪嘴出胶面与工作面（不规则区域尽量垂直）保持垂直：保证喷涂胶条的美观、膜厚均匀及倒挂挂式车身底板喷涂不掉落残胶，尤其倒挂挂式车身底板喷涂时PVC胶掉落堵塞枪嘴造成喷涂车身质量缺陷（由于车身不规则造成垂直喷涂的质量欠佳，可根据实际情况进行角度优化）。示教点根据机器人程序逻辑进行保存（LIN必须使用OBJECT坐标保存，PTP必须使用AXIS坐标保存机器人涉及到内部运算，否则导致停台的风险）。

轨迹点示教完毕，将所有程序段进行逐个点检查，防止生产过程中出现轴限位，造成停工：方法为机器人每个运行轨迹点可通过下图随时查看轴位置（共计7轴，从A1-A7），需保证各个轴姿态在极限范围±5°的范围内工作、运行、过度（图6）。例如A1 RPC设置范围为（-115°）-（115°）。检查轨迹点保证在（-110°）-（110°）范围内。防止因为机器人运行加速度和视觉系统补偿时，轴限位，造成停台。

调试时，机器人本体离车身、吊具等固定原件保持至少1CM距离：防止视觉系统补偿后、机器人姿态变化和机器人运行时的加速度导致机器人与车身相撞，造成停工的损失。

2.5.8 带胶喷涂PVC质量调试

PVC现场喷涂机器人采用PCL系统，使用流量和压力控制。并且温控装置能够控制胶温使涂胶质量得到稳定的控制。喷涂质量优化前，首先设置参数满足机器人校正。下图分别为GAD站和UBS站的气压值与压力值之间的比值。校正参数设置也在此区间进行选择适合喷涂质量的最小值和最大值（图7）。

做喷板测试以记录数据为后期优化做准备（图8）。如GAD不同流量速度下测量记录胶宽、膜厚、外观等，UBS不同压力速度下测量胶宽、膜厚。每次PVC胶进行喷涂优化质量时，保证校正成功后才能进行质量优化。假如校正不成功，需查找原因，消除机器人无法校正成功的原因。

3 质量调试优化方法

使用白纸实验和取消喷涂区域（位置）相結合的方式进行。首先，分析可能导致喷涂区域的胶条或区域，罗列序号1、2、3……，使用白纸在缺陷区域及周围进行覆盖，同时取消周围可能导致缺陷的喷涂，过车后进行查看实车，假如有胶粒，证明取消胶条无风险，继续试验下个区域。逐一排除直到消除车身缺陷。

3.1 GAD站优化

前期焊装车间车身质量不稳定（新车型批量生产前期焊缝整车尺寸有差异），带PVC胶可集中优化喷涂搭接不严以及过喷涂的问题。

车身质量逐渐稳定后，可优化胶条未覆盖焊缝间隙问题。通过不断的喷涂车身，查看喷涂缺陷位置并统计，在线优化仿形，使喷涂胶条能覆盖焊缝。在经过优化调整，使胶条均匀覆盖焊缝，再通过优化喷涂参数（机器人喷涂姿态、速度等），从而消除胶污染和总装车间PVC胶与装配干涉抱怨，在实际生产的过程中由于外界环境的变化（如材料改变）再根据现场情况优化仿形。

3.2 UBS站优化

根据工艺要求保证区域全覆盖，用电泳车身膜厚优化，通过优化喷涂工作面的喷涂角度喷涂速度及搭接区域（可节省材料成本），消除膜厚质量问题，满足工艺要求。

针对胶粒优化，需对仿形进行排查。直接喷上车身的可修改仿形，如飞溅上车身或者反弹上车身。根据现场情况考虑人工擦净或者遮蔽。在实际生产的过程中如果有质量问题，现场工艺人员及时跟进。检查胶压、材料属性、温度，是否引起扇面的变化和膜厚不均的现象，逐一排查，找到影响因素并控制，消除质量缺陷。

参考文献

[1] 孙亦炯，高水彬.机器视觉系统在车底密封涂胶机器人中的应用[J].现代涂料与装，2014，17（12）：6-8.

[2] 邢兵兵，李文鹏，宋晓旺等.浅谈乘用车底涂胶机器人喷涂调试[J].上海涂料，2014，52（6）：32-35.