一种基于工业视觉的汽车密封件涂胶工作站研究*

韩健睿，张瑞祺，郭瑞莲，时 光，吕世霞，刘 传

（1.北京工业大学，北京 100124；2.北京电子科技职业学院，北京 100176）

现今汽车制造企业总装工艺中发动机装配大多以人工装置为主，油底壳涂胶方面人工作业有着涂胶不均、涂胶精度低、效率低等问题。进而引起汽车发动机漏油，严重的可能引起发动机损坏。而且胶体也会危害工作人员的身体健康，长期工作在此环境中将会引起多种疾病。鉴于以上人工作业现状，本文设计并搭建了一套基于工业机器人的自动化汽车密封件涂胶工作站。

工业机器人在现今汽车制造行业中有着广泛应用，如汽车喷漆、汽车结构焊接和冲压过程中工件搬运等。工业机器人工作站通过搭配不同的工具手和工艺装备，可实现不同的工作需求，而且工业机器人与原有人工相比，具有工作效率高、动作标准化程度高、稳定性强等优点，同时也降低了生产过程中的成本。

1 涂胶工作站结构设计

汽车发动机密封件自动涂胶系统以油底壳为例，主要由工业机器人、多功能工装台、工业机器人工具手、胶罐以及出胶控制系统组成。工业机器人根据本项目工作要求载重以及运动范围，采用ABB IRB1410 型号工业机器人作为载体，在其上方配置相关设备以实现设计目的，如图1 所示。

图1 涂胶工作站机械结构三维图

1.1 工装台设计

本文所设计的工业机器人工装台主要实现对油底壳外轮廓识别、定位和涂胶固定作用，在工厂中可采用工件传送装置，方便其上下料，提高工作效率。工装台上有6个定位销，用于对油底壳进行摆放定位，并且便于相机识别后定位工件位置。背光光源用于辅助相机拍照过程中更好地识别工件外轮廓与螺丝孔位置。相机支架用于支撑相机满足清晰识别油底壳轮廓并且不妨碍工业机器人的涂胶运动。光电传感器用于检测被涂胶工件是否到位。

1.2 涂胶工具手设计

本文所设计的涂胶工作站中将胶枪安装于工业机器人第六轴法兰上，并且以45°安装。此方案中选择的工业机器人自带6 个自由度，可以在涂胶过程中出胶方向随轨迹方向自由变换，实现灵活涂胶的目的。经过大量测试，工业机器人末端法兰与胶枪呈45°夹角安装出胶质量最好，可实现胶体直接落到工件表面，保证涂胶质量。

2 涂胶工作站控制系统设计

本文所设计的涂胶工作站控制系统包括：工业机器人控制器、工业视觉识别模块、供胶系统、传感器、控制按钮等，如图2 所示。工业机器人选用ABB 机器人控制系统，配备一个DSQC327AIO 信号拓展版，可以连接10 个数字量输入信号、10 个数字量输出信号和4 个模拟量输出信号，满足本工作站系统逻辑控制与运行的要求。工业机器人具体对工件进行涂胶工作，供胶系统实现工业机器人末端胶枪的胶体输出，视觉识别用于对被涂胶工件外轮廓和螺丝孔进行识别定位，并规划机器人运行路径、控制按钮控制工作站设备的启动、暂停、停止、复位以及一些状态显示。整套工作站由启动按钮运行启动，供胶系统开始运行，等待被涂胶工件到达相机识别工位，相机识别完成后，将点位信息发送至工业机器人，等待供胶系统准备就绪，工业机器人启动涂胶程序，对工件进行涂胶作业。

图2 汽车密封件涂胶工作站系统组成

2.1 出胶装置控制系统

为实现机器人涂胶作业，本文设计了全自动控制供胶系统，该系统由胶罐、气动控制元件、气源、胶枪等部件组成。胶罐用于存储胶体，通过气动控制元件压缩空气，使得胶体进入工业机器人末端所安装的胶枪，气源为本套系统提供0.6MPa 的压缩空气，使得整套系统正常运行，出胶系统首先由气源提供两路压缩空气，经过气动二联件，一路进入胶罐，增加胶罐中的压力，使得胶体向外流至胶枪供胶管中；另一路气源进入两位五通电磁阀，通过机器人电信号控制气流换向，控制供胶量和胶路开闭。胶枪开启涂胶功能，胶体从胶枪中平滑流出。出胶系统原理图如图3 所示。

图3 汽车密封件涂胶工作站出胶系统原理图

2.2 工业视觉相机识别控制系统

本设计中采用康耐视IS2000C 型号相机，通过Modbus 通讯协议将相机拍照数据传输至工业机器人。利用机器人控制工装台底部光源可对工件轮廓、孔位进行更好的识别。通过相机识别软件对机器人涂胶轨迹进行规划，并将点位数据传输至机器人，根据预设的工件坐标系即可完成涂胶轨迹运行。相机识别画面如图4 所示。

图4 相机识别画面

2.3 涂胶机器人整体控制逻辑与IO 控制

涂胶机器人根据本设计中的任务要求，除了与工业视觉相机进行网络通信的同时，还需要与现场其他设备进行信号交互，通过在机器人程序中进行逻辑判断，完成所设计的任务要求。工业机器人根据工装台工件到位传感器信号启动涂胶工作、控制出胶系统运行、储胶罐系统胶量和运行状态监控、视觉系统拍照与光源控制以及全自动运行过程中系统启动停止外部控制按钮的输入信号。机器人IO 系统DSQC327A 信号板中包含数字量输入端、数字量输出端和模拟量输出端。为了实现与机器人控制的外围设备通信，可以使用数字量输入端和输出端控制外部设备的状态检测信息。涂胶机器人系统I/O 信号信息如表1 所示。

表1 涂胶机器人系统I/O 信号信息表

3 结论

（1）本文设计了一种自动汽车密封件涂胶机器人工作站，该机器人工作站可根据工业视觉相机进行路径规划，并且可自动控制供胶系统进行密封件涂胶作业。

（2）涂胶工作站中工业机器人与工业视觉通过Modbus 通信协议，将视觉系统所识别到的被涂胶工件轮廓根据螺丝孔位置可规划机器人涂胶路径点位。

（3）上述自动汽车密封件涂胶机器人工作站可广泛应用于汽车制造工厂中，对制造业未来发展有着重要意义。