CN110052349A - 卡车整车自动化涂胶系统及涂胶方法 - Google Patents
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Abstract
卡车整车自动化涂胶系统及涂胶方法，滑撬携带卡车整车一起进入/离开涂胶系统，包括扫码枪、可转动的旋转滚床、安装在旋转滚床上的3D视觉系统、安装在地面产线上的与3D视觉系统有数据传输的喷涂机器人，喷涂机器人上安装有胶枪，胶枪有不同角度的枪嘴，还包括控制所有数据信号的PLC控制系统及人机操作台。能减少人员的投入，减少胶的浪费，提升生产效率，满足现在企业对于节能减排的需求。采用的机器人涂胶技术具有自动化程度高，重复精度高，故障率低，工艺稳定等优点，对于卡车行业中焊缝密封胶涂胶工位有较大的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及车辆喷涂技术领域，特别涉及卡车整车自动化涂胶系统及涂胶方法。
背景技术
卡车密封胶目前在国内采用人工涂胶的方式，生产效率低下，并且需要投入的人员较多；人员的技术水平决定了涂胶的工艺质量，手动涂胶对于要求较高的外观胶很难操作；经常出现一条胶条涂几次的现象；时间长、胶浪费严重、能耗高。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了卡车整车自动化涂胶系统及喷涂方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种卡车整车自动化涂胶系统，包括扫码枪、可转动的旋转滚床、安装在旋转滚床上的3D视觉系统、安装在地面产线上的与3D视觉系统有数据传输的喷涂机器人，喷涂机器人上安装有胶枪，胶枪有不同角度的枪嘴，还包括控制所有数据信号的PLC控制系统及人机操作台。
进一步地，所述旋转滚床包括旋转体，旋转体底部与电机连接，并在电机带动下绕圆形的旋转轨道转动，与旋转滚床旋转角度对应的在地面上安装有若干位置传感器。
进一步地，旋转滚床上安装有加紧/释放滑撬的夹紧器。
进一步地，所述夹紧器包括电机、位置开关、抱紧臂，电机安装在旋转滚床上，电机与抱紧臂连接，电机的正反转控制抱紧臂的伸开抱紧和回缩释放滑撬。
进一步地，所述喷涂机器人安装在地面产线上的导轨上。
进一步地，所述喷涂机器人配置有定量机和胶加热温控系统。
进一步地，所述胶枪有0°、45°、75°3种不同角度的枪嘴。
进一步地，所述胶枪上安装有激光扫描仪，激光扫描仪将扫描的偏移数据传输至喷涂机器人。
卡车整车自动化涂胶系统的涂胶方法，包括以下步骤：
步骤S1：扫码枪在站前把车型信息通过扫码系统传送PLC控制系统，然后PLC把车型信息传给给喷涂机器人；
步骤S2：车型进站到位置后，夹紧器加紧滑撬，此时卡车在0°初始位置；
步骤S3：3D视觉系统拍照，把车辆空间偏移值发送给喷涂机器人；
步骤S4：喷涂机器人收到启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，然后涂胶车外围区域；
步骤S5：外围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转90°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S6：喷涂机器人收到启动信号后，喷涂机器人启动喷车内底板区域；
步骤S7：车内底板涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转180°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S8：喷涂机器人收到启动信号后，喷涂机器人启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，然后涂胶车外围区域；
步骤S9：外围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转270°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S10：喷涂机器人收到启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，开始涂胶车后围区域；
步骤S11：后围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床旋转回到初始位置；
步骤S12：初始位置到位后，夹紧器松开，车辆进入下一站；喷涂机器人等待下一车辆信号；重复循环步骤S1-步骤S12。
进一步地，步骤S5中，旋转滚床可以直接从初始位置旋转180°或者270°；也可根据车型需要喷内喷或外喷，来执行旋转及涂胶程序。
综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：
能减少人员的投入，减少胶的浪费，提升生产效率，满足现在企业对于节能减排的需求。采用的机器人涂胶技术具有自动化程度高，重复精度高，故障率低，工艺稳定等优点，对于卡车行业中焊缝密封胶涂胶工位有较大的使用价值。
采用的是ABB机器人和整套涂胶设备，配合卡车车身在旋转滚床四个角度的位置，利用3D相机定位车身后又进行焊缝的激光扫描，能够准确识别到焊缝的位置，使涂出的胶条准确的覆盖钣金缝隙，实现自动化涂胶。
用1台喷涂机器人的配置完全实现了车的外喷及内喷，以往至少需要3-4台机器人的配置，大大降低了项目成本，从成本方面提高了客户接受度，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图
图2本发明旋转滚床结构俯视图。
图3为本旋转滚床主视图。
图4为旋转体俯视图。
图5为旋转轨道俯视图。
图6为图5中A-A剖视图。
图中：
1旋转滚床，2喷涂机器人，3胶枪，4PLC控制系统，5旋转体，6电机，7旋转轨道，8导轨，9卡车整车，10支撑。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。
如图1所示，卡车整车自动化涂胶系统，滑撬携带卡车整车9一起进入/离开涂胶系统，包括扫码枪、可转动的旋转滚床1、安装在旋转滚床上的3D视觉系统、安装在地面产线上的与3D视觉系统有数据传输的喷涂机器人2，喷涂机器人上安装有胶枪3，胶枪有不同角度的枪嘴，还包括控制所有数据信号的PLC控制系统4及人机操作台。
如图2-图6所示，旋转滚床包括旋转体5，旋转体底部与电机6连接，并在电机带动下绕圆形的旋转轨道7转动，旋转轨道通过支撑10固定在地面以下。旋转体是钢框架焊接拼装而成的，顶部安装于盖板，用于承接滑撬及卡车整车。与旋转滚床旋转角度对应的在地面上安装有若干位置传感器。
旋转滚床上安装有加紧/释放滑撬的夹紧器，夹紧器包括气缸及抱紧臂，电机安装在旋转滚床上，电机的正反转与抱紧臂连接并控制抱紧臂的伸开抱紧和回缩释放滑撬。
需要加紧滑撬时，电机正转，带动抱紧臂顶靠在滑撬上，位置开关感应后电机停止运动，使得滑撬固定，需要释放滑撬时，电机反转。夹紧器可以安装在旋转滚床的中心位置，可以有两个夹紧器，对应安装两个抱紧臂，两个抱紧臂分别对应滑撬的两个支腿，需要加紧时，两个夹紧器同时动作，两抱紧臂配合抱紧滑撬，使得滑撬和卡车整车能够稳定的固定在旋转滚床上。
具体地，喷涂机器人2配置ABB-6700-150\3.2和导轨8。
ABB-6700-150\3.2机器人载荷最大150kg，最大半径3.2米；路径精度1.2mm、重复精度0.12mm。此型号机器人以最大的工作半径，再配置上导轨，拥有更好的到达能力，能满足卡车的高度高、内部深的难点。卡车最大车身2300(L)×2500(W)×2500(H)。
导轨：采用501-90R重型导轨：
具有低维护、优化机器人使用性、扩展机器人工作范围、安装简便快捷、自动润滑系统、易于编程、稳定性高、导轨长度易于扩展等优点。
涂胶配置-ABB-Doser：
采用ABB双doser(定量机)控制，流量控制精确高、可以不间断涂胶、易于操作、保养；控制自动化程度高等优点。
胶加热系统：
采用ABB风冷peltier(帕尔贴)温控系统，既能够加热也能够降温，保证胶温稳定在一定范围内，确保工艺稳定性。
涂胶配置ABB胶枪：
采用德国进口胶枪，有0°、45°、75°3种不同角度的枪嘴，适合各种涂胶形式及区域，开关枪控制灵敏、性能稳定、便于保养等优点。其次枪内部配有压力和温度传感器，能够实时监控胶的温度和压力，确保工艺稳定性。
独特的枪嘴设计：
针对卡车不同工艺需求，胶枪0°、45°配置宽枪嘴，专门喷车内喷焊缝；针对车外喷工艺专门设计扁口枪嘴；不需要机器人换枪就能够同时满足内喷及外喷涂胶用以要求，提高了生产效率、降低了成本。
车身旋转：
由于此项目采用一台机器人涂胶，处于一个工位处又能实现车身各个位置的涂胶；将直线滚床改为旋转滚床，车身在滚床上面可进行四个角度的旋转，每个角度都有专门的位置传感器来检测到位情况，误差在1mm。位置传感器对应旋转滚床的旋转角度安装在地面上即可。其次旋转滚床上安装夹紧器，当车到位后加紧器加紧，然后滚床在旋转，确保车身在滚床上面位置的稳定性及安全性；旋转滚床使机器人将对车身各个位置有了更好的可达性，从而确保在配置1台机器人的情况下实现整个车的涂胶，很大程度上节省了机器人配置数量、提高了可达性、降低了成本。
车身3D定位：
此项目处于同一个工位，车身旋转四个角度进行涂胶，每个位置都需要进行定位，所以采用共8个相机的方案。8个摄像头固定安装于旋转滚床上对应车厢四个角落位置，车身旋转后前挡风玻璃对面的四个相机组合进行测量。
由于传送系统的误差，车体不可能每次都能停止于完全一样的方位，本涂胶站中采用德国VMT视觉检测定位系统(以下简称视觉系统)来实现对车身自动无接触的三维方位的精确定位。通过计算确定其当前方位偏差，即6个自由度的坐标转换(X，Y，Z，RX，RY，RZ)，并将该方位矫正失量传送给前后安装机器人，使得机器人能够准确去焊缝涂胶。
本视觉系统采用多组摄像头拍摄车身上特征点的方式来检测车身位置及识别车身。车身三维方位定位摄像头：采用固定安装的摄像头，分别从多个不同角度“看”车身的4个不同部位，并从这些图像中搜索车身的固有特征标记点的二维图像坐标，同时根据各个摄像头之间的方位关系以及标记点在车体坐标系下的坐标，这样在数学上就确定了一个最佳的车身方位，并计算出当前方位和理论方位之间的矫正矢量(X，Y，Z，RX，RY，RZ)，通过该矫正矢量，偏移数据发给机器人，机器人就能够保证每次涂胶后，胶条都在焊缝上。
车身焊缝定位：
将1个激光扫描仪安装到胶枪上面，喷涂机器人先通过车身3D定位方位向量调整激光传感器顶篷及后尾测量轨迹，使得固定安装于测量喷涂机器人手臂上的1个激光仪能够准确扫描到顶篷及后尾的边缘，这样通过喷涂机器人的动作，可以实现对顶篷和后尾焊缝的精确定位,每次扫描特征点后将偏移值发送给喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿后进行涂胶作业，然后在焊缝上进行涂胶。
该激光扫描仪工作距离约为100mm，扫描宽度约为40mm，输出频率可高达65Khz，即每秒可扫描65000次轮廓，激光扫描仪在工作域内自身检测重复精度可达±0.05mm。人机操作台
人机操作台含工控机并且安装人机界面软件。
标准操作台易于操作和理解。可显示当前站状态，急停状态，指令状态，安全插销状态，车体位置，当前程序列表，颜色，车种，以及当前加工信息和喷涂机器人状态。
操作台包括一个操作面板包括车型选择器，按钮及状态指示灯布置简洁便于操作。操作台以一台PLC为核心，配有相关的PLC输入输出从站模块，继电器，GUI(图形用户界面)计算机。计算机在Windows7操纵系统下运行RobotUI\InTouch软件和离线编程软件。
通过仿真软件验证可达性以及确认安装尺寸，经现场设备安装完成后的出胶测试确认效果，并经过在江铃重型汽车有限公司的车身量产实际的喷涂验证此方案可行。
PLC控制系统：
每站有一套电气柜组，该柜组包含以下几项：电源，低压24v及IO模块，安全设备，PLC及网络。电源是ABB和客户的接口，客户将动力电源供到该柜，电源柜然后给该站提供动力电源，3相380V。低压电气柜包含站内所有的继电器，开关和IO接口模块。安全控制柜包括本站的安全控制设备(Pilz)及和喷房的安全连锁信号接口。PLC和网络柜包了PLC模块和以太网交换机。PLC负责本站内所有的信号及与喷涂机器人，MMI和中控室，输送链的接口处理。
卡车整车自动化涂胶系统的涂胶方法，包括以下步骤：
步骤S1：扫码枪在站前把车型信息通过扫码系统传送PLC控制系统，然后PLC把车型信息传给给喷涂机器人；
步骤S2：车型进站到位置后，夹紧器加紧滑撬，此时卡车在0°初始位置；
步骤S3：3D视觉系统拍照，把车辆空间偏移值发送给喷涂机器人；
步骤S4：喷涂机器人收到启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，然后涂胶车外围区域；
步骤S5：外围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转90°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S6：喷涂机器人收到启动信号后，喷涂机器人启动喷车内底板区域；
步骤S7：车内底板涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转180°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S8：喷涂机器人收到启动信号后，喷涂机器人启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，然后涂胶车外围区域；
步骤S9：外围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转270°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S10：喷涂机器人收到启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，开始涂胶车后围区域；
步骤S11：后围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床旋转回到初始位置；
步骤S12：初始位置到位后，夹紧器松开，车辆进入下一站；喷涂机器人等待下一车辆信号；重复循环步骤S1-步骤S12。
进一步地，步骤S5中，旋转滚床可以直接从初始位置旋转180°或者270°；也可根据车型需要喷内喷或外喷，来执行旋转及涂胶程序。
工作原理：车身在滑橇上行至旋转滚床并到位后，夹紧器把滑橇夹紧，机器人对车体涂胶，然后夹紧器松开，旋转体带动滑橇和车身旋转90°，机器人再次工作，这样旋转体每转动90°机器人工作一次，直到旋转体旋转270°且机器人完成工作后，旋转体反向旋转270，启动旋转滚床上直线运动用电机把滑橇和车身输送到下一工位。
上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，包括扫码枪、可转动的旋转滚床、安装在旋转滚床上的3D视觉系统、安装在地面产线上的与3D视觉系统有数据传输的喷涂机器人，喷涂机器人上安装有胶枪，胶枪有不同角度的枪嘴，还包括控制所有数据信号的PLC控制系统及人机操作台。
2.根据权利要求1所述的卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，所述旋转滚床包括旋转体，旋转体底部与电机连接，并在电机带动下绕圆形的旋转轨道转动，与旋转滚床旋转角度对应的在地面上安装有若干位置传感器。
3.根据权利要求1所述的卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，旋转滚床上安装有加紧/释放滑撬的夹紧器。
4.根据权利要求3所述的卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，所述夹紧器包括电机、位置开关、抱紧臂，电机安装在旋转滚床上，电机与抱紧臂连接，电机的正反转控制抱紧臂的伸开抱紧和回缩释放滑撬。
5.根据权利要求1所述的卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，所述喷涂机器人安装在地面产线上的导轨上。
6.根据权利要求1所述的卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，所述喷涂机器人配置有定量机和胶加热温控系统。
7.根据权利要求1所述的卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，所述胶枪有0°、45°、75°3种不同角度的枪嘴。
8.根据权利要求1所述的卡车整车自动化涂胶系统，其特征在于，所述胶枪上安装有激光扫描仪，激光扫描仪将扫描的偏移数据传输至喷涂机器人。
9.利用权利要求1-8任一所述卡车整车自动化涂胶系统涂胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：扫码枪在站前把车型信息通过扫码系统传送PLC控制系统，然后PLC把车型信息传给给喷涂机器人；
步骤S2：车型进站到位置后，夹紧器加紧滑撬，此时卡车在0°初始位置；
步骤S3：3D视觉系统拍照，把车辆空间偏移值发送给喷涂机器人；
步骤S4：喷涂机器人收到启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，然后涂胶车外围区域；
步骤S5：外围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转90°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S6：喷涂机器人收到启动信号后，喷涂机器人启动喷车内底板区域；
步骤S7：车内底板涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转180°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S8：喷涂机器人收到启动信号后，喷涂机器人启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，然后涂胶车外围区域；
步骤S9：外围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床从初始位置旋转270°，到达位置后3D视觉系统拍照；
步骤S10：喷涂机器人收到启动信号后开始启动激光扫描仪测量车辆偏移数据并将偏移数据传输至喷涂机器人，喷涂机器人进行工件补偿，开始涂胶车后围区域；
步骤S11：后围涂胶完成后，喷涂机器人回原始位置，旋转滚床旋转回到初始位置；
步骤S12：初始位置到位后，夹紧器松开，车辆进入下一站；喷涂机器人等待下一车辆信号；重复循环步骤S1-步骤S12。
10.根据权利要求9所述的卡车整车自动化涂胶系统的涂胶方法，其特征在于，步骤S5中，旋转滚床可以直接从初始位置旋转180°或者270°；也可根据车型需要喷内喷或外喷，来执行旋转及涂胶程序。
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