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作者簡介：王華東，（1975-），湖北人，碩士，現任上海ABB工程有限公司汽車工業部機器人自動化技術經理。
摘 要：汽車的PVC底部密封需要對焊縫、車身底部及輪罩、門檻裙邊等多處進行密封，密封工藝的要求高且很復雜，特別是對密封的位置、密封層厚度、均勻度的控制要求很嚴格，而且車體輸送線的定位偏差較大，車型產品多樣，所以利用機器人的視覺導引技術、多工具快換技術、新一代運動控制技術以及工廠生產數據管理等技術自動完成PVC密封可以有效地保證密封質量，適應了現代汽車制造業多品種、大批量、占地少的柔性化生產發展方向。
關鍵詞：機器人；視覺導引；偏差補償；工具快換；運動控制；TrueMove；生產數據管理；PVC密封層；密封工藝；密封質量；柔性生產
Abstract：For PVC bottom of robot，we need accomplish the sealing of underbody，weld seams，hubcap and doorsill.The sealing process requires high and complex skills，especially on the precise control of sealing positions，layer thickness and uniformity.In addition，the car body transmit line is of big localization errors，and the car body types are variours.Robotic PVC production line is well proved to ensure the high quality of sealing and new flexible production way of modern automotive industry，with the help of robotic vision guided technology，fast multi-tool switch technique and new generation of motion control and production monitoring and management system.
Key words：Robot；Vision guided；deviation compensation；tool switch；motion control；Truemove；production monitoring and management；PVC sealing layer；sealing process；sealing quality；flexible production
汽車底盤由于其部位特殊，工作條件最為惡劣，而且底盤的質量及可靠性直接影響到汽車行駛的生命安全，所以現代汽車的制造對汽車底部的“裝甲”尤其重視。目前常用的方法是采用PVC密封，使汽車底盤與外界隔絕，達到防腐、防銹、防撞、防振、隔絕底盤噪聲等多重功能。PVC底部密封通常需要對焊縫、車身底部及輪罩、門檻裙邊等多處進行密封，其中PVC焊縫密封是為了提高車身的密封性、汽車的舒適性以及車身縫隙間的耐腐蝕性；PVC底部及輪罩噴膠是為了提高車身的使用壽命，增強抗石擊的性能。
由于PVC密封工藝要求很高很復雜，特別是對密封的位置度、密封層厚度、均勻度的控制要求很嚴格，而且不同部位密封層的厚度也不一樣，所以利用機器人自動完成PVC密封可以有效保證密封的質量。再者，PVC密封本身工作環境相當惡劣，對人體有很大傷害，也決定了其使用機器人的必然性。更重要的是機器人可以大大提高工作效率，增強系統的可靠性。當今汽車市場新產品層出不窮，而且更新換代的速度越來越快，這就對現代汽車工業生產線提出了更高的要求——高度柔性化及擴展性。
以機器人為核心的自動化生產線正適應著現代汽車制造業多品種、少批量、占地少的柔性化生產發展方向。同時，機器人的新技術、新產品也在不斷的得到開發并應用，進一步提高及優化了自動化生產線。比如機器人的視覺導引技術、多工具快換技術、焊縫跟蹤技術、新一代運動控制技術以及模擬仿真、工廠生產數據管理等軟件技術，這些技術在當今的PVC密封領域也都得到了很好的應用。
PVC底部密封工位的車體大多是通過風窗吊具等機械類輸送線從上一工位傳送過來，輸送線的定位偏差很大，并且車體靜止后也無再定位裝置，再加上車體自身的尺寸偏差，綜合偏差達到10～30mm左右。這就要求借助機器人視覺導引（定位）技術，完成車體位置偏差的快速測量，機器人在線啟動偏差補償功能，自動進行車體的位置偏差修正，實現精確密封，同時也避免了花大量的資金對輸送線改造實現定位準確，減少了投資成本。
1 機器人視覺導引技術應用于車體位置偏差補償
機器人視覺系統的基本原理：機器視覺首先采用CCD照相機或者其他傳感器將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如：面積、長度、數量、位置等；最后，根據預設的容許度和其他條件輸出結果，如尺寸、角度、偏移量、個數、合格/不合格、有/無等。輸出結果傳送到上位機或者機器人，例如機器人得到偏移量后，自動執行機器人軌跡修正程序，然后按補償后的軌跡運行，實現精確工作。
目前，機器人視覺系統有來自機器人公司自身如ABB的TrueView，也有來自第三方的專業視覺系統公司如美國的COGNEX、德國的VMT及ISRA等。按系統測量的自由度數量通?？煞譃?D及3D系統，目前還有特殊應用的2.5D系統。從運行環境的角度，機器視覺系統可分為PC-BASED系統和PLC-BASED系統?；赑C的系統利用了其開放性，高度的編程靈活性和良好的Windows界面，同時系統總體成本較低。視覺數據采集傳感器常用有多種類型：攝像頭、激光傳感及掃描儀等，由于攝像頭的成本較低，得到了更廣泛的應用。視覺系統的傳感器安裝方式有兩種：固定式安裝以及機器人端部安裝，前者適合多傳感器對大型零件（如車體、機翼等）的多視角采集，后者適合單傳感器對中小型零件的數據采集。
判斷機器人視覺系統的標準有三個要素：視覺精度、視覺處理時間以及視覺處理的零件運動范圍。視覺精度的高低決定視覺系統的應用范圍，直接影響機器人的補償精度，目前大多數視覺系統的視覺精度為±1～2mm，ABB的TrueView系統可達±0.5mm。視覺處理時間直接關系到生產節拍，所以其越快越好，大多數為2～3秒鐘，而ABB的TrueView系統更高為0.5～1.5秒鐘，大大提高生產效率。視覺處理的零件運動范圍，及視覺系統可處理的零件最大偏差范圍，通常在±30～50mm左右，最大的為ABB的TrueView在±300mm及±15°。
由于PVC底部密封工位的車體位置偏差是6自由度，而且車體尺寸較大，需要多視角攝像采集數據，所以采用固定式安裝的多攝像頭3D視覺系統，如圖1所示。視覺系統利用4個已標定的攝像頭從4個角度采集車體的4個部位的圖像，并從這些圖像中搜索車體上的固有特征標記點（理想的標記點是孔，但是角、邊沿等其它特征標記也可以利用）的二維圖像坐標；同時根據各個攝像頭之間的方位關系以及標記點在車體坐標系下的坐標，這樣在數學上就確定一個最佳的車體方位，并計算出當前方位和理論方位之間的矯正矢量（X，Y，Z，RX，RY，RZ）；該矯正矢量送給PLC，PLC收到數據報包后分析標志位，如果是錯誤結果，進行出錯處理，如重新觸發測量等；如果是正確結果，給機器人送出矯正矢量，機器人就能夠調整其工作應用軌跡，并啟動涂膠應用。
圖1 采用固定式安裝的多攝像頭3D視覺系統
通過該機器人視覺系統的使用，完全解決了車體的位置偏差問題，保證機器人接收到精確的補償數據，并自動修正工作軌跡，然后按新的軌跡執行正確的工作。而且還可以適應多品種的車體應用，柔性高，擴展性強。
2 工具快換技術可實現多種工藝生產
為減小PVC密封生產線的占地面積，通常把焊縫的密封、車身底部及輪罩以及門檻裙邊的密封都集中在一個工位完成，另外，一個車身平臺上通常都有多種車型同時生產，PVC密封工位就要同時適應多種車體的混線生產，因此PVC的密封需要多種噴膠工具，機器人需要對多種噴膠工具控制及快速切換。
在汽車工業生產線上，工具快換系統已經得到了大量的使用，其中使用最廣的工具快換有兩種形式：工具快換機構及多工具一體化，前者由專門的快換機構公司提供標準化模塊，可快速（約1～2秒內）進行水電氣的快速脫離，釋放工具1，然后再快速進行水電氣的快速連接，抓取工具2，實現工具切換；后者是將多種工具進行一體化設計，集成安裝在機器人端部。前者適應于中大型工具及多種應用工具的切換，但是切換時間較長，犧牲了生產節拍；后者適用于中小型工具連接，切換時間很快，可提高生產節拍。
焊縫密封，車身底部工藝都存在較大的區別，特別是對焊縫密封膠的流量控制要求精確，對底部、輪罩以及門檻裙邊的密封層厚度都不一樣，而這些差異無法用單一的流量控制系統及噴膠工具實現，必須使用多種工具，并且該工位的節拍要求很高，所以把多種工具集成一體實現切換控制，就很好的解決了該系統對多種工藝要求的適應。在該方案實施的過程中，關鍵要對多種工具下的工藝參數調整，以及工藝參數的快速切換，經過工藝特殊處理確保切換后的密封工藝順利過渡，保證了后續密封的理想效果及質量。
3 新一代運動控制技術在密封領域的應用
從工業機器人進入工業生產領域以來，其代替人工操作或者專機系統，應用的范圍正越來越廣，特別是在汽車生產中的一些特殊應用領域，對工業機器人的運動性能要求（例如軌跡精度、運行速度等）更高，如激光焊接、切割、涂膠等應用場合。
PVC密封應用也是一個對機器人要求很高的應用場合，要求機器人本身要有對密封膠固化粘連環境的防護，更重要的是在門檻裙邊區域的涂膠需要高度精確的涂膠軌跡，以免PVC過涂污染車身上的油漆表面等不可接受的缺陷，導致產品質量不過關，而且該工位的節拍非常緊張，所以機器人的工作速度也不能過低，影響生產效率。而這些要求都只能靠機器人本身優異的運動性能來保證。
全球任何一家工業機器人公司都有自己的控制系統，而且每家公司的機器人本體、驅動系統都大同小異，其間差異最大的就是控制系統，而控制系統中最核心技術就是運動控制技術，運動控制技術是指對工業機器人末端執行器的位置、速度、加速度等項的控制。運動控制技術的先進與否，是否穩定可靠，根本上決定了該機器人系統的運動性能好壞，可靠性高低等關鍵要素。
ABB最新的第五代控制系統搭載的運動控制技術，是目前市場上運動控制最先進的技術，正是這種技術，使得工業機器人越來越廣泛的應用于高精行業，并大量的替代高精密的專機系統，同時也使傳統應用的產品質量和生產效率得到極大的改善。
a）傳統控制方式：工藝速度500mm/sec b）ABB的TrueMove 控制：工藝速度800mm/sec
圖2 傳統控制方式與ABB TrueMove控制在PVC密封系統中應用對比
在PVC密封系統中使用由ABB第五代控制系統控制的工業機器人作業，從圖2傳統控制方式與ABB TrueMove控制在PVC密封系統中應用對比中可以看出，傳統控制方式在相對較低的速度下仍然容易出現波紋及過涂現象，而借助TrueMove的控制技術，機器人可以運行相對較高的速度，保證涂膠的均勻光滑度以及拐角過渡處的精度，這是因為ABB獨特的動態自優化技術使運動精度獨立于運動速度，從而可以大幅縮短生產節拍，從而提高了涂膠產品的涂膠質量及生產效率，降低了廢品率。
4 機器人的工廠生產管理
PVC密封工位的工作環境惡劣，不光是對操作或者維護管理人員，而且對設備的防護也提出了更高的要求，所以利用遠程監控系統對設備及工作數據自動進行采集并實現遠程管理的就顯得尤為重要。系統數據采集和管理系統軟件的主要功能是對密封生產工藝數據的采集和生產過程的監控。
ABB的WebWare軟件可協助用戶提高機器人系統的生產效率，延長其正常的運行時間，促進產品的自動化管理作業。Webware能幫助機器人技術人員及生產主管坐在辦公室里識別機器人的故障根源，為機器人系統提供備份保護，還可用于查看某一時間段的生產狀態趨勢。
Webware軟件是100%基于Web方式，能通過標準IE瀏覽器本地或遠程訪問整線或整廠的產品訊息，WebWare可真正的滿足用戶即時操作過程監視，檔案管理和遠程支援。WebWare通過集合數據來幫助客戶對ABB機器人控制器生產資源的記錄，PLC還有其他工廠設備。通過微軟IE，WebWare很容易獲得這些數據。
通過Webware實現上位PC機與機器人的生產管理，其主要功能為：
·能在PC機與機器人之間傳輸程序；
·能讀寫機器人的I/O及RAPID變量；
·啟動停止機器人運行；
·從機器人接收信息及事件；
·讀取機器人當前位置。
通過Webware系統，管理人員可以在遠離生產現場的辦公室PC機上，可視化監控現場的生產信息，機器人工作狀態、故障報錯信息以及其他設備的運行情況，并能夠進行生產數據的統計分析，其中目視管理及操作顯示可以圖表形式，反映設備的工藝流程及相應的功能。最終使用戶保護和優化他們對機器人技術的投資，提供全面的解決方案達到綜合的和有效的產品監視的空前水平。
5 結語
結合了工業機器人的多種新技術及新產品，汽車底部PVC密封的工藝得到了很大的優化，系統解決方案變得更加成熟，尤其是系統的柔性及擴展性，生產的效率及產品質量，都得到了極大的提升。
——轉自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號