摘要：本文介绍了一套变速器胶合面先轨迹扫描后涂胶的全自动控制系统，其主要由PLC、供胶系统、机器人、视觉系统、激光传感器及其软件等几部分构成，该系统可根据变速器胶合面位置的变动量，经由三维激光传感器采集轨迹信息，控制机器人做出涂胶轨迹修补，从而避免了胶线位置偏差过大的问题，并利用视觉系统做涂胶后效果检查，确保不断胶、不漏涂。此轨迹全自动扫描涂胶系统，进一步保证了变速器较高的密封性、紧固性。

关键词：轨迹扫描；机器人；涂胶；视觉系统

汽车变速器的密封性、紧固性是衡量汽车质量的重要指标之一，变速器涂胶更是变速器生产过程中的一项重要环节。目前变速器壳体涂胶方案大多采用手动涂胶或多轴伺服机构自动涂胶来实现，手动涂胶，操作人员劳动强度大，效率低，涂胶均匀性、一致性差；伺服机构自动涂胶，由于胶线轨迹已预先由程序设定，而现实中变速器壳体胶合面形状复杂且窄小，以及壳体模具磨损等因素，致使批量壳体的胶合面之间，存在不同程度的位置偏差，所以固定轨迹式自动涂胶，难以保证胶线的准确性，为了提高变速器壳体的涂胶质量，引入轨迹扫描技术，预先获取准确的轨迹之后涂胶。本文从系统结构、软硬件功能等方面对这一轨迹全自动扫描涂胶系统做出详细介绍。

1系统整体结构

1.1机器人系统

机器人作为该系统的最终执行机构，要求其多角度动作，较高的重复定位精度，本系统选用FANUCROBOTM20iA6轴机器人，负载能力20KG，重复定位精度±0.08mm，最大作业半径1811mm，配备FANUC公司生产的智能运动控制系统R30iB机器人控制器，全数字伺服模块给机器人6个关节轴的交流伺服电机提供驱动电源，完成直线插补和圆弧插补，外部I/O点可随意扩展，开放式结构，可以与外围设备进行PROFIBUS、Ethernet、Devicenet等通信连接，本系统分别采用PROFIBUS、Ethernet与主控PLC、激光扫描系统连接通信。

1.2人机界面主控系统

控制部分选用西门子S7300PLC、MP277触摸屏，PLC主要执行逻辑程序运算，共同与机器人、供胶系统、视觉系统通信，控制启动机器人程序、涂胶系统、视觉系统，是整个系统的核心部分。触摸屏作为一种人机交互方式，方便操作人员控制整个系统的运行、停止、手动、自动切换，以及显示系统的整体运行情况，必要的报警信息提示等。

1.3供胶系统

供胶系统选用具备加热保温功能的固瑞克PCF流体计量系统，该系统结合了闭环压力控制功能，能够迅速改变胶滴的形状，采用可选流量计，系统会自动调节以应对作业环境的变化，比如胶粘度、温度和喷嘴磨损，以维持所需的注胶速度，基于实际流率和所需流率的比较，提供精确而持续的流量输出。该系统组件主要由控制中心、流体盘装置两部分组成，如图2所示。

控制中心与PCF流体盘装置通信，以控制流体压力和分注阀操作，控制中心从PLC处接收输入信号，并利用输入信号来确定与流体盘装置之间的通信，流体盘装置包括了控制及监控流体分注的组件，流体调节器使用空气压力来控制流体压力，并会对电子指令产生快速反应，保证了精确而持续的胶体流动。

1.4视觉系统

视觉系统共采用了4个高分辨率的COGNEX5403工业相机，对涂胶后效果检查判断，配备使用InSightExplorer软件，利用其成熟的视觉工具、独特的运算方法，分析拍照图片，识别胶线是否合格，是否有漏涂、断胶等不良现象，如果发现有涂胶不合格的变速器壳体，视觉系统会发出报警提示，请求操作人员确认，并将所有图片发送到服务器电脑保存，便于后期追溯查看。

2轨迹扫描技术

2.1传感器扫描原理

此激光传感器测量方式采用三角测量法，激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被測物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器〗就能计算出传感器和被测物体之间的距离，传感器便可获取被测物体的表面轮廓。三角测量法检测稳定，对被测物体的颜色、亮度等因素不敏感，但要求轮廓表面要有关节点，如台阶、凹槽或斜面等，这样传感器才能根据距离差准确识别变化点的位置。原理如图3所示。

传感器将获取到的轮廓表面信息传送到PC电脑，由基于多种算法的专用软件来分析处理，根据轮廓表面类型不同，设置相应的关节点检测参数，计算出轮廓中关节点的坐标信息（X、Y、Z），数据采集和计算是实时进行的，该部分功能受控于外部的机器人，因此所有的计算结果都发送到机器人的控制器内。Joint坐标如图4所示。

2.2变速器轨迹扫描

本系统中实现对变速器壳体扫描使用的是德国FALLDORF三维激光传感器，其外围设备主要由机器人、连接通信线、PC电脑、处理软件四部分组成。通讯关系如图5所示。

由于变速器胶合面形状复杂且狭长，为保证胶线轨迹的精度，将变速器胶合面定义出88个扫描采集点，传感器将检测到的胶合面倒角处的位置点信息上传到PC电脑，通过软件换算得到相应的坐标信息，并将坐标信息发送到机器人，接下来结合机器人的运行程序将这88个点位完成直线插补和圆弧插补，便形成了一条为涂胶而准备的轨迹，接下来控制供胶系统完成涂胶作业。采集点如图6所示：

3引入轨迹扫描技术的意义

轨迹全自动扫描涂胶技术，利用三维激光传感器基于三角测量法，预先采集轨迹轮廓，优化机器人涂胶轨迹算法，控制系统智能化、模块化、技术成熟、结构清晰、设计合理，使得该系统具有较高稳定性、可靠性、准确性。相对手动涂胶方式节省了大量的涂胶时间，提升了涂胶质量，相对固定轨迹式自动涂胶系统，进一步提升了涂胶轨迹的准确性、一致性，涂胶质量得到了大幅提升，完美避免了因变速器胶合面尺寸波动而导致胶线位置偏差过大的问题，大大保证了变速器合箱后良好的密封性，是一项值得推广的涂胶技术方案。

参考文献：

[1]王吉芳，郭桂兰，王锡俊.自动涂胶机的研制[J].制造业自动化，2001，23（6）：4345.

[2]郗安民，刘颖，狄春良，邹静.汽车玻璃涂胶机器人工作站[J].机电产品开发与创新，2004（5）：3940.

作者简介：武守胜（1984），男，汉族，山东聊城人，本科，初级职称，研究方向：电气自动化。