基于FANUC机器人的某车型程序编写及调试过程

李振房

【摘 要】随着汽车行业的发展，汽车制造业的自动化程度也越来越高。目前国内整车工厂四大工艺车间中，涂装车间的自动化程度一直处于较高水平。文章以喷涂机器人为例，介绍涂装车间新车型的面漆工艺调试过程、喷涂工艺参数设定、注意事项及基于FANUC P500系列机器人的仿形编写、调试。

【关键词】新车型；调试；机器人；FANUC；工艺参数

【中图分类号】TP242；TP391.9【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2016）02-0067-04

0 引言

上汽通用五菱汽车股份有限公司采用FANUC P500系列机器人，对车身外表面进行自动喷涂，色漆、清漆各有10个机械手臂，油漆类型为溶剂型，程序编写采用的是FANUC提供的PanitPRO软件，在此软件环境下可以完成离线程序编写，可大大地缩短程序编写和调试周期。下面就某车型的调试过程进行简单的介绍。

1 准备工作

车型程序编写调试前应该先完成新车型的工装夹具的设计、通过性验证、工艺参数要求、质量标准、CAD数据模型、创建并通过校准的工作单元。下面就关键项做进一步说明。

1.1 通过性验证

通过性需要在工装夹具设计、机运载体改造后通过样车现场校准，对不符合通过性的部分进行改造，直至通过性合格。

1.2 校准的工作单元

工作单元是在PaintPRO软件环境内创建的模拟的现场工作环境，其手臂的数量、地面跟踪链的模式、雾化器的型号及需要编写程序车型的CAD文件（车型也可以在后续过程中通过添加）与车间实际情况大致相同，运行过程中，地面链和机器人连锁保持一致。

进行工作单元校准时，先示范一个程序触摸真实工作单元中的3个点，然后再触摸PaintPRO工作单元中相同的3个点，再基于这些点之间的最小二乘差来移动PaintPRO目标。也可利用软件中的UFRAME程序校准，其用途是可以更容易地在离线状态和在线状态之间移动点。当相对于一个机器人UFRAME来示教程序时，随着UFRAME的移动，程序中的位置也会移动。如果相對于一个PaintPRO目标来示教程序，此目标附着于一个机器人UFRAME，当你校准目标时，位置会自动移动。尽可能地将PaintPRO环境校准为实际的环境。在校准的PaintPRO工作单元中示教TP程序，会将轨迹可转移性问题降低到最小限度。如果在PaintPRO中的工作单元没有用实际机器人进行校准，那么程序可能会表现出运行不正确。

2 程序编写调试过程

2.1 仿形程序分类

仿形程序可以分为“W”形、三角形、“X”形、“Z”形、方形、直线形边及表面或曲面轨迹。对于不同的平面也可以采用多种轨迹程序的组合，本车型采用“W”形、三角形、方形。

2.2 程序创建工具标签参数组成

标签参数由文件命名、TP文件命名、选择TP文件所在的机器人、边界、扇面宽度、重叠率、区域大小、位置、探测深度、运动方向、接近和离开车身的点、喷涂工艺参数、喷涂速度、流体预设值、静电预设值等参数组成。下面仅对关键参数进行介绍。

2.2.1 边界分为入口边界和出口边界

在生产过程中，机器人待工件的条件节点段已经进入了入边界窗口后，才开始喷漆。如果工件移出出口边界窗口时，轨迹并没有被完成，那么将不处理这个工件并且显示一个跟踪目标丢失错误。这会导致机器人因为该工件发生故障而丢失所有的跟踪。PaintTool使用条件节点来控制机器人什么时候能够开始一个喷漆行程，在整个行程（从on至off）已经进入跟踪边界之前，不能开始一个喷漆行程。如果在行程的off节点进入跟踪边界之前，允许喷漆行程开关开始动作，地面链停止时可能喷枪仍然打开，同时机器人会等待下一个进入跟踪边界的机器人的位置。图1用放大的视图阐明了在行程的中间边界横跨了一个喷漆行程开关，如果从开枪位置开始运动后地面链停止，机器人将停下来等待关枪位置进入窗口。

PaintPRO和PaintTool可以插入一个条件关枪节点。COFF会减少机器人可能不得不用来等待启动处理一个轨迹的时间。除了一点外，COFF与OFF几乎是等同的，COFF只会在地面链停止且机器人不能到达下一个COFF或OFF指令的情况下关枪。如果喷枪必须是关闭的，可以使用OFF指令。对于跟踪程序，默认使用条件触发器来减少非喷漆延迟时间（如图2所示）。

2.2.2 喷幅大小重叠率

喷幅大小：黄色的框表示在分度出发点处的行程，黄色和绿色的框表示起始分度加上一个分度处的行程。2个框重叠50%（如图3所示）。

2.2.3 平滑度

顺着图形平面上的图形的法线：在默认的情况下，当从图形平面创建了程序时，用CAD法线来产生应用部分相对于表面的方向。这可能并不总是如所期望的那样，如果表面并不是一个平滑的单轮廓线的表面，当机器人跨越过喷漆区域时，运动的结果可能导致机器人要进行许多次方向的改变。PRO软件具有的设置功能可以控制在跨过CAD表面时方向的平滑度，通过强制法线来调整轨迹顶端和底端的角度（如图4所示）。

2.3 创建TP程序

TP程序的名称由字母、数字和符号组成，其命名也较为随意，本文不做具体介绍。利用TP生成工具创建TP程序，首先选择工程师期望的图形选择项，当鼠标指在CAD模型上时，工程师将看见附属于鼠标光标的一条直线，这称为CAD表面法线。在CAD上连击3次（平行车体平面、喷枪运动方向、轨迹大小）出现黄色的轨迹平面，通过编辑菜单调整轨迹围绕在CAD上的点，完成后设置标签，生成TP程序。

生成的TP程序中，红色的点为不可达到的点；如果多个红色的节点交叉显示在一条直线的两边，则可以调整强制法线或平滑度来消除不能到达的点。如果整个过程都是不能到达的（红色节点），确认分配给图形的控制器与CAD数据同侧，当单侧程序创建完成后，如果其对面的机器人喷涂范围和其相同，可以使用镜像工具（组屏蔽交换复制程序）创建TP程序（如图5所示）。

2.4 创建Job主程序

机器人控制器通过工作名称来区分工作之间的差异。下面通过L0102100来介绍，其中组标识符：L左侧——指定工作由组1来执行，R右侧——指定工作由组2来执行；第一对数字来识别车型号01代表某车型的编号；第二对数字来识别车型选项，可以用选项的其他轨迹来替换具体轨迹；最后3个数字来识别修补号，阐明其他轨迹不是修补工作所必需的。

当完成已经定义了一个带有左侧喷漆区域的车型（喷漆轨迹），确定需要被分配工作的机器人控制器，在控制器中增加工作，利用Job程序分配标签页完成Job程序命名及其工作进行分配，然后生成可执行的主程序。

2.5 程序调试

当所有机器人控制器都完成工作分配且已生成可执行的主程序，程序编写过程完成并进入调试阶段。程序调试阶段分为程序软件调试阶段和程序现场调试阶段。

程序软件调试阶段通过软件的模拟功能对程序进行模拟，有故障则继续查找原因并处理，修补，继续模拟；无故障后，分析程序周期。

程序现场调试阶段，将编写完成的程序拷贝到实际机器人上，放入实车进行现场校准，对偏移进行纠正，更改完成后进行模拟，无故障则进行实车运行。

3 车型调试

车型调试阶段，主要对机器人的喷涂参数进行设定，必要时对局部仿形程序进行调整，以达到公司对此车型的各项质量要求。如：本次调试中的金属漆的颜色为银色。

3.1 喷房工艺参数设定

根据油漆材料要求，对喷房的温湿度、风速、循环水流量等参数进行设定。本次新增车型是在原有产品上增加，不涉及对此方面的相关变动，这里不再详述。

3.2 喷涂参数初步设定

首先根据金属漆的材质要求初步设定静电电压、旋杯转速和成型空气，根据车体面积、喷涂膜厚、溶剂含量、喷涂速度、喷涂时间等参数初步设定喷涂流量。计算公式：喷涂流量=膜厚×面漆×干膜密度/（固体份×喷涂时间×上漆率×稀释密度）。本次计算所得喷涂流量为250 cc/min。

3.3 喷涂参数现场调试

为了节约成本，本次调试采用在车身钉马口铁板、锡箔纸及现场泳涂板材，通过对膜厚、烘干后比重及外观参数（桔皮、色差）等数据进行分析，对现场参数进行调整，参数调整完成后，进行过车调试，根据出车质量对参数进行微调，对边角及易流挂位置进行仿形程序优化，问题解决后可批量生产，举例如下。

前门边角重枪率较高的区域，仿形程序可以做适当的闪避，也可以进行适当的关枪，闪避或关枪的区域靠带静电的漆雾对边角进行喷涂，从而在程序设计上消除边角流挂气泡等缺陷的产生（如图6所示）。在色差方面，影响色差的主要是L、a、b值，在确保满足膜厚要求后，一般情况下，一、二站喷涂流量相同，如对一、二站喷涂比例有调整，色差中的L明度也会略微变化，从而使色差数据达到更优（其中影响较大的是金属色漆）。在不改变喷涂膜厚的情况下，一站流量略微变大，二站流量略微变小，则L值会变小；反之，L值则变大。本次前門中门调整是一站略微减小、二站略微增大、L值略微变大，色差得到改善（如图7所示）。

4 总结

本文主要结合工作中某车型项目的调试过程为案例，对基于FANUC机器人的程序编写、调试过程及部分问题，从中总结了新车型中上涂喷涂工艺的一些经验，归纳了问题解决的相应方法，为新产品及其他车型的调试和问题的解决提供思路和参考。

参 考 文 献

[1]王锡春.涂装车间设计手册[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]上汽通用五菱汽车股份有限公司.P-500机器人喷涂系统编程[Z].2011.

[3]上汽通用五菱汽车股份有限公司.P-500机器人喷涂系统操作[Z].2011.

[责任编辑：陈泽琦]