机器人柔性坐标测量系统自动化研究与设计.doc

天津大学硕士学位论文机器人柔性坐标测量系统自动化研究与设计姓名：何佳申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：刘常杰20090801（），出，讪嘶，：，；，；，；，；，；，；：，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导：旨导下进行的研究作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞注盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一工作的一志对奉研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：蟊？睾签字日期：，弓年兮月；日、二一学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或厂几构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者芗名：土誓签宁日期：年月弓曰晰躲长。郜幺导师签名：。即幺签宁隰吁年月弓曰第一章绪论引言第一章绪论本课题属于应用性研究的范畴。随着视觉技术的发展，固定式白车身激光视觉检测站的应用，人们实现了汽车白车身生产过程中在线检测，对车身产品的质量控制起到了重要作用。但是，在生产实际应用中仍存着以下问题：）测量系统造价与测量点数成正比；）测量系统柔性不足；）标定工作量与测量点数成正比；）检测站安装在生产线固定的区域，造成测量死角区域的出现。一种由工业机器人【和视觉检测技术共同构建的柔性坐标测量系统解决了上述问题，实现了造价低、适用多个车型、测量无死角的实时柔性视觉检测站【一。由于工业机器人快速灵活可编程，视觉传感器测量快速非接触，该技术能够很好的适应目前汽车生产中柔性生产线的需要。柔性视觉检测站主要包括：视觉传感器、测量系统、高精度工业机器人、自动化控制系统、机械传动定位等主要部分【】，本文的主要工作是完成该检测站的自动化控制系统。本文针对传感器在汽车焊装线上的具体应用场合以及要求，充分利用机器人工作环境和装配零件的先验知识，严格按照现代大型汽车生产线建造标准，制定了详细的自动化方案，为编写了相应的程序，具有良好的工作效率、稳定性和可维护性。课题的工程背景和意义汽车是现代文明社会的一个缩影，汽车制造业具有技术密集程度高、生产批量大、综合性强的特征，在任何一个主要工业化国家的国民经济中，它都占有举足轻重的地位【。我国汽车制造业近年来发展十分迅速，已经成为国家的支柱产业之一，随着国外汽车业不断以合作、合资等方式的涌入以及中国加入后，贸易壁垒逐步被打破，汽车产业的竞争日趋激烈，参与竞争的国内外厂家越来越多。汽车发展的趋势给汽车的开发部门和生产厂家提出了更高的要求，如何把用户的使用要求进行量化，如何为开发设计人员提供设计的依据，如何使汽车产品的功能达到用户的要求，是汽车生产厂家面临的重要问题。为此，汽车生产厂家要在其产品生产的全过程中进行验证，在确保用户所要求的功能真正实现后，方能把第一章绪论生产的汽车产品送到用户手中。车身成型是汽车制造的关键工序之一，对车身的各项指标要求严格，需对车身进行的检测。汽车生产具有批量大、节拍快、品种更新快、柔性生产等特点。传统的车身检测方法是利用三坐标测量机，其操作复杂，速度慢，工期长，只能进行抽检。因此在提高生产设备可靠性的同时，采用在线测量监控系统逐渐成为必不可少的一个环节。随着计算机视觉【】的不断发展，人们开始将其逐步运用到实际的生产和生活中，这就产生了工程中常说的机器视觉。这种机器视觉是计算机视觉与机械、控制、电子、光学、光源照明等技术交叉融合而产生的综合技术。在上世纪年代早期开始，机器视觉进入了实际应用。许多先行者开始使用这些技术来解决工程实际中的问题，但是由于当时计算机计算能力的不足和高昂的价格使其很难广泛地进行商业推广。随着计算机技术的进步和机器视觉理论研究的深入，机器视觉技术也获得了很大的发展。相对于计算机视觉，针对工程应用的机器人柔性测量系统的机器视觉具有以下特点：速度快、精度适中、非接触、自动化程度高。工业机器人【】是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统（）、自动化工厂（）、计算机集成制造系统（）的自动化工具。广泛采用工业机器人，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。目前，大部分自动化工厂中采用的工业机器人具有以下特点：技术成熟、柔性好、自动化程度高、可靠性高，造价适中，应用广泛等。现代化大生产的发展趋势是批量小、品种多，这对生产和工艺设备提出了柔性化的要求，因此发展测量速度快、自动化程度高、柔性好的在线检测系统已成为国内外公认的趋势。机器人柔性坐标测量系统由于具备了工业机器人快速灵活可编程以及视觉传感器测量快速非接触的特点，因而能够很好的适应目前汽车生产中柔性生产线的需要。随着国内外立体视觉测试计量技术和理论的不断完善以及工业机器人控制技术的发展，以机器人作为视觉传感器的载体，能够将两者的优势技术充分地结合起来。基于结构光主动视觉【】【】的通用测量机器人在测试计量技术领域内的作用和优势越发地突现出来。这种通用测量机器人不仅能够充分发挥机器人运动灵活，占地面积小的特点，而且随时变换程序即能够满足产品多品种、多系列的测量需求，尤其适合在混流生产线上对大型异型零部件进行非接触、快速、精确测第章绪论量。发展现状长期以来，三坐标测量机是汽车制造业进行质量监控的主要手段。三坐标钡量机以其测量原理简单、精度高，通用性好等优点广泛应用于各种几何量测量领域。但精度高必然要阻牺牲测量速度为代价。虽然其测量精度高但是对于汽车白车身采说，并不需要过高的测量精度。更重要的是，三坐标测量机只能将白车身拖入专门的测量车间进行离线检测，而且测量时间非常长，其测量效率与当今汽车自动化焊装线每小时辆甚至更高的生产速度相比相差较远。因此使用三坐标测量机只能实现对白车身的抽检，无法满足现代汽车工业对质量控制越来越高的要求“”。固定式在线视觉椅测技术在汽车自车身领域的成功应用，实现了对汽车自车身的关键点的空间坐标进行的在线检测，能够实时反映焊装线的工作状态。视觉检测技术是基于计算机和光敏器件（摄像机）来模仿人的视觉功能，结台光学、图象处理、模式识别、工业控制等技术实现物体对象的宁间位置和尺寸等几何量的测量。视觉检测站是基于视觉检测技术的工业现场测量设备，在应用中主要有以下几种方式，多传感器固定式视觉检测站，基于机器人的柔性视觉检测站以及混合式测量系统”。多佶感器固定式视觉检测站（如图所示）在功能上它相当于多测头（非接触）的坐标测量机，每个传感器测量一个被测点，多个传感器同时测量车身上多个点的空间三维坐标，实现车身的在线实时测量。一图多传感器固定式视觉检测站多传感器固定式激光视觉检测站的特点是第一章绪论测量精度高：在系统校准后，检预站测量精度只和传感器（测头）测量精度有关，理论上可以达到传感器测量精度。测量速度快：多传感器同时工作，可以得到很高的测量速度。可维护性好，精度易于保证：检测站中没有任何运动部件，不存在机械磨耗，长期运行精度可以得到有效保证。成本较高：随着测量点数量增多，传感器数量增加，系统的制造成本会相应提高。柔性差：当被测零件发生改变，需要完全重新调整传感器位置，工作量大，耗时长，成本高。基于机器人和视觉测量的柔性坐标测量系统由一台机器人和一个传感器组成一个柔性测量部件。一般，一个检蜩站由多个柔性测量部件组成，所以采用的传感器数量较少，如图所示。图基于机器人的柔性视觉检测站基于机器和视觉测量的柔性坐标测量系统的特点是：测量精度一般：检褪站测毒精度受到传感器（测头）精度和机器运动精度两方面影响。但是完全可以满足一般工业测量的要求。可维护性一般，精度不易保证：测量过程必须借助机器人的不断运动实现，存在机械磨耗，长期运行精度保证困难，且误差不能修正。测量速度一般：测量过程必须借助机器人运动，随着测量点的增加，钡量速度明显下降。这可以靠使用多台测量机器人来解决。成本适中：随着测量点数量的增加，系统的制造成本相比多传感器固定式激光视觉检测站有一定优势。第一章绪论柔性好：可以测量共线生产的不同零件，而不需彻底调整工位。增加新的被测零件时，仅需增加机器人轨迹然后标定。国外的研究与应用状况国外方面，早在世纪年代就开始了机器人在测量方面的理论研究，但最初也仅仅局限于二维图像信息的获取与处理。但随着机器视觉理论的发展与完善，尤其是以实现机器人的高级自动化功能为目的的机器人视觉的研究成为许多工业国家对机器人三维视觉系统研究的热点。国外由于工业自动化起步早，机器技术早已成熟，具有视觉功能的机器人主要应用于汽车、电子、机械制造等工业领域。也就是说，机器人视觉在加工制造业已经有了很成熟的技术应用。为了实现测量速度快、自动化程度高、柔性好的在线检测系统，许多厂商开始重视机器人在三维测试技术的市场领域【引。机器人激光测量系统的发展加快了产品的更新周期和降低了测量系统配置成本，还具有精度高、响应速度快和可靠性及维护性好等特点。意大利公司水平臂测量机器人、美国公司机器人测量系统以及公司机器人测量系统都是在线实时测量车身和部件的激光柔性测量系统，在宝马、大众、通用、福特等汽车公司已得到应用。除了能够实现在线测量功能，宝马公司采用的机器人还能够根据测量数据进行信息反馈，找出机床、零件和工艺上的问题，时间仅需数分钟，产品的竞争优势也大大增加。著名的意大利工业机器人公司采用了的硬件和软件解决方案，并利用其产品发展带有完整视觉能力的机器人系统。这些先进的技术解决方案现在都已经广泛应用在目标自动识别鉴定、质量管理控制和组装等方面【。国内的研究与应用状况在国内，以中科院北京、沈阳自动化所、哈工大为代表的许多大专院校和研究机构也在机器人视觉、激光立体视觉测试技术方面做过许多卓有成效的工作。但国内方面关于机器人在视觉测量方面的研究起步比较晚，而且由于诸多因素的限制，大多都停留在理论研究的水平，鲜见视觉传感器依靠机器人作为载体的应用实例。因此国内机器人视觉技术的研究普遍与国外存在较大的差距。但是由天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室在这方面已经取得了很大的突破，处于国内的领先水平。天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室从八十年代末就开始从事视觉检测技术的研究，先后得到了国家“八五”、“九五”攻关，“第一章绪论计划、天津市重大科技攻关及多项国家自然科学基金的资助。年在南京车身厂建立了国内第一套现场工作的车身三维尺寸视觉检测站样机系统；年在天津夏利轿车厂建立了国内第一套在线工作的车身三维尺寸视觉检测站样机系统；年在一汽大众建立了国内第一套在线工作的车身三维尺寸视觉检测站商用系统。面对国内蒸蒸日上的汽车产业和竞争日益激烈的汽车市场，基于立体视觉的通用机器人柔性坐标测量系统有着非常良好的应用前景。但是，在技术上，我国与国外存在相当大的差距，国外在通用机器人柔性坐标测量系统的研究和应用方面已经远远的走在了中国的前面。因此，进行高精度、低成本的视觉传感器与机器人相结合的实际应用具有很重要的现实意义。本文的研究内容和方向机器人柔性坐标测量系统由于具备了工业机器人快速灵活可编程以及视觉传感器测量快速非接触的特点，能够很好的适应目前汽车生产中柔性生产线的需要。为了发挥课题组在视觉检测方面的优势，使已有的激光视觉检测手段更好的满足汽车生产企业柔性生产线的自动化控制与管理的需求，必须使机器人柔性测量系统更加符合现有车身制造工艺和工厂环境下的控制和管理方式。该系统应用于现实的汽车生产线，严格的企业标准和严酷的工作环境要求其设计必然不同于一般的实验室装置，需要具有极高的可靠性和安全性，并且能与生产线其他工位通过通讯协同工作。而测量系统本身对精度的要求，也使得它不同于生产线上的其他工位。本文从现实应用的角度出发，进行了机器人柔性测量系统的自动化设计，并付诸实施，目前该测量系统已正式运行。本课题主要进行的工作包括：研究柔性坐标测量系统在现有车身制造工艺和工厂环境下的控制和管理方式；测量系统对自动化的要求，包括测量系统内部控制、与生产线信号交互等需求，进行系统级设计；掌握的使用方法，选择适当的及其相关组件并编程，以实现对机器人以及整个工位的完全控制；进行测量系统的可靠性设计并加以实施，以保证工位的长期稳定运行；进行测量系统的安全性设计并加以实施，以保证工位的长期安全运行；现场的安装、调试；项目的总结和文字规范化。第二章系统设计第二章系统设计汽车整车焊装自动化控制系统是用于汽车焊装工艺的生产控制系统，是在整车厂的四大工艺（冲压，焊装，喷涂，总装）中自动化水平要求最高的。汽车焊装控制系统直接决定汽车的生产质量，其控制的内容包括各类焊装设备（机器人、自动焊装机、龙门吊、折边机等）；电气元器件有执行件（气缸、电机）、预执行元件（电磁阀、接触器、变频器等）以及可能需要的传感器（行程终止、检测器等）机械系统如实现车身所有或一部分转运和加工（焊接机、中转库、输送链等）；还包括气路控制，输配电控制，机器人的控制等【引。在汽车车身制造（焊装）过程中，制造精度是关键质量控制因素，需要控制大批量生产的一致性。目前保证车身精度最有效手段是采用在线测量技术对焊装线上车身实行在线测量，实时、动态监控生产线，及时发现误差，并根据当前测量数据和历史数据规律对产生误差的原因做出客观判断，调整相关夹具或状态参数，控制车身精度在要求的范围内。由车身制造工艺特点所决定，完整的激光视觉在线检测应用情况应当是：在车身焊装线的主要工序完成位置设置检测站，对组成车身的各个部件、分总成、总成进行实时测量，例如车身总成，侧围总成，地板总成的测量。所有测量结果通过网络数据库统一管理，综合分析车身各组成部件的制造误差，迅速准确地定位误差工位甚至夹具，为高质量的车身制造提供有效的测手段。总体设计柔性测量系统介绍柔性视觉测量系统的基本组成包括视觉传感器、图像采集及处理系统、数据分析及存储系统、检测站内部网络通讯与控制系统、电气控制系统、与生产线接口系统、远程质量监控及数据访问系统等。本工位为全自动工位，正常工作时无需人工操作，位于焊装线末端。整个工位完成车身总成关键点坐标测量功能。系统主要由测量系统、台机器人（）、工位控制系统组成。控制系统采用系列（），戤总线控制台机器人，并通过硬连线的方式与主线进行信号交换。测量系统采用以太网与控制系统进行通讯。工位第二章系统设计的布局如图所示。图工位布局图光缸测量数据管理是由柔性测量系统和数据库服务器组成，数据库安装在柔性测量系统的测量柜上，其服务器是企业网内部的一个节点，网络接与其他局域网用户完全一样。在数据管理上，测量结果首先储存在数据库服务器中，如果网络无故障，局域网的其他用户就可以对其进行实时访问。数据库网络结构如图所示旧。第二章系统设计图数据库网络结构柔性测量系统需求分析本柔性检测系统的传感器是依附于工业机器人工作的，因此对机器人的控制是本系统自动化部分的晟基本需求。而且该系统直接工作在工业生产线上，与一般的工作在实验室的视觉检测装置的结构组成有相当大的差异。除了要拥有视觉检测系统的基本结构外，本工位的设计、建造还要满足一个自动化生产线工位的全部要求。首先，本文所涉及到的设计要满足测量系统自身对自动化控制的需求。这里，既要实现对传感器的精确运动控制（台机器人和个气缸），又要实现测量系统对被测零件的型号判断和精确定位（通过和向传感器）。其次，由于柔性测量系统是生产线的组成部分，因此本设计还要满足测量系统外围殳备对自动化控制的需求，以及本系统与主线的衔接。比如要符合大型企业对生产安全的极其严格的要求。第二章系统设计另外，随着汽车厂产量的迅速增长和现代汽车工业技术的不断发展，汽车厂所涉及的技术领域日益增多，其系统规模大幅度上升，难度也大不同于其它行业。对其控制方式、运行水平的要求也越来越高。工业设备连接在网络上，相互进行数据通信和信息交换，实现分散的网络控制和信息的集中管理。本柔性测量工位网络结构图如图所示。工位运行流程图工位网络结构图本工位在主线、本地以及测量计算机的协同控制下进行生产循环，工位运行的具体流程如下：在被测车身允许进入测量工位条件下，车身在主线的控制下进入测量工位。（允许条件：没有急停信号、两个安全门关闭、光栅无人闯入、台机器人在原位，气缸在零位、测量系统工作正常、测量站自动工作模式或放空模式）到达位置后发送到位（允许读取零件类型）信号给测量站，测量站通过读写器读取放置在滑橇上的磁卡上的车身信息（车型等）。主线对车身定位、夹紧，同时测量站控制测量机器人预投。（预投：为了节省时间，提高生产节拍，在车身定位、夹紧还没有完成，但又不影响安全的情况下，使机器人预先运动到工作位置附近。）第二章系统设计定位好后主线，发送信号给测量站，测量站控制系统通过向传感器的测量，确认工件定位是否合格。如定位合格，测量站根据车型启动一个测量（使机器人针对该车型，走预先设定的轨迹），测量开始进行，测量站测量计算机与机器人交互信号完成测量，将测量结果显示并保存。如不合格，发送测量完成信号给主线，并自身记录，如满足停线请求条件（连续辆车身无法正确定位），则发送停线请求。测量完成后，测量工作站发送测量完成信号给主线，完成一个测量周期，根据测量结果发送是否允许滑撬排出信号。工作流程图如图所示：图工作流程图第二章系统设计测量过程包括机器人测量和固定式测量，而机器人测量还包括了零件测量和校准两个阶段。如图所示为零件测量流程图，图为校准测量流程图：否图零件测量流程图厂丽雨校准开始允许机器人运行至校准区第一点机器人移动到被测点，发送测量点号信息给测量柜测量计算机控制传感器开始测量测量当前点完成后，发送测量下一点信号给机器入完成最后一是图校准测量流程图第二章系统设计测量系统自身的自动化控制设计与实现柔性激光视觉检测站所具有的核心功能就是对汽车白车身是否合格进行检验，根据柔性激光视觉检测站和现场具体情况可得出测量站完成白车身测量任务的核心自动化设备主要有：工业机器人（）、可编程控制器（系列及相关配件）、零件向确认传感装置（）、人机接口（）（）、零件识别系统（基于，及相关附件）、气缸和气路控制系统、测量计算机控制柜等。传感器的运动控制在本项目的柔性激光视觉检测站中，对汽车白车身形貌特征点的直接测量是由实验室自行设计的线结构光视觉传感器完成的。每一个传感器与负载其运动的自动化部件组成一个测量部件，本测量系统包括机器人柔性坐标测量系统和固定式测量部件。其中机器人柔性坐标测量系统由两部分构成：多自由度工业机器人和安装在机器人末端的视觉传感器【。固定测量部件由一个气缸和安装在气缸活塞末端的视觉传感器组成。结果证明，两种测量部件协调工作，完全能够满足多种车型共线生产的柔性测量要求。柔性测量装置本柔性检测系统的传感器是以工业机器人作为运动载体工作的，因此机器人是本系统测量自动化部分的最基本配置。由于近几年来工业机器人技术的迅速发展，其运动精度、重复性等技术指标都有了长足的进步，因此可在一定程度上满足工业现场测量的精度需求。并且机器人自动化技术成熟，可靠性高等特点也为现场测量系统在恶劣环境中可靠工作提供了可靠保障。在本文柔性激光视觉检测站中，机器人与传感器必须和测量计算机配合工作。测量具体过程为：视觉传感器安装在机器人的工具末端，当机器人接收到开始测量信号后，按照预先示敦的轨迹运动，使被测点进入视觉传感器的测量空间，传感器再根据计算机指令进行测量。视觉传感器可以测量被测点在传感器坐标系的坐标，经过传感器坐标系一机器人末端法兰坐标系一机器人基坐标系一工件坐标系的坐标转换最终测量出被测点在工件坐标系下的坐标。等待测量结束后，机器人回到初始状态，并发送测量完毕信号。柔性测量装置测量原理如图所示【。第二章系统设计图柔性坐标测量装置示意图由于柔性测量装置采用的传感器数量较步。和多传感器固定式激光视觉检测站相比，具有较好的柔性，故适用于多种车型的柔性生产线。同时柔性测量装置对于车身内部的一些重要特征点也可以进行测量，而且测量成本和用户需要测量的点数关系不太，只需要符合生产线的生产节拍即可。根据客户对机器人性能提出的具体参数要求（机器人范围：和；重复定位精度优于，负载大于；工作半径左右）。本测量系统选择了机器人作为传感器运动载体，其重复精度为，工作半径为，完全符合测量的要求。本激光测量系统共包括四套测量机器人，其中每个测量装置由一台工业机器人和一个视觉传蓐器组成。测量机器人的实物图如图所示。国柔性测量装置实物图第二章系统设计固定式测量装置虽然柔性测量装置已经可以实现对白车身绝大多数被测点的测量，但由于机器人运动范围、安装位置以及现场工装的限制机器人臂末端的视觉传感器无法深入到白车身底部对位于车身底部的个关键特征点进行测量，因此必须引入固定测量装置。本测量系统每个固定测量装置由一个视觉传感器和一个气缸（及其底座）组成，用于完成车身底部针对点的酒量。图为测量系统现场使用的气缸，本站采用了具放置于适当底座上的气缸，当滚床下降完成自车身定位后，个气缸将个视觉传感器推八自车身底部进行测量。图固定式测量所用气缸本测量系统使用出品的系列气源处理单元在指令控制下完成对气缸的控制。图一为系列气源处理单元示意图，如图所示：该气源处理单元包括过滤器、减压阀、开关电磁阔、压力渐增伐（安全肩动阀）、气源截止阀等。由于现场施工环境比较恶劣，灰尘、飞溅和碰撞均有可能造成不必要的事故，故将气源处理单元固定在铁笼上并用透明软帘覆盖。图系列气源处理单元第二章系统设计零件的识别和定位零件识别系统睦着汽车市场竞争的日益激烈，单个车型的市场寿命周期越来越短，因此小批量、多品种生产已成为各大汽车生产商的必然选择，同时柔性生产线也就成为了现代化生产线的必然趋势，即多种零件共线生产。由于本工位所处的焊装生产线是对应多种车型的秉性生产线，所阻控制工位自动化运动的必须判断出此时生产线上的白车身为何种型号，然后才能命令机器人按相应的轨迹运行，完成白车身的测量。本测量系统是通过安置于滚床工装上的读写器（）读取放置于托取白车身的滑撬上的载码体（电子标签）（）上韵车型信息，进而通过判断白车身型号的。图是一套完整的系统。皇装附什冒一喀载码体电子标签）读写器圈系统读写器通过以太网连接盒（）和控制柜中的交换机（）与进行通讯。具体如何对进行读取操作将在第三章相关程序中加以详细说明。零件定位系统由于本工位属于测量工位因此对白车身的定位和固定条件要求都比较高第二章系统设计因为不管是比较大的定位误差还是测量中自车身的晃动都会引起系统测量结果发生较大偏差，进而影响飒量的准确率。当本工位进入车身等待状态时放置于滑撬上的零件（白车身）在主线的控制在滚床的带动下进入本工位之后主线控制滚床使白车身下降到指定位置，井由夹具夹紧。此时本工位必须检测白车身是否下降到位，以确保白车身的定位精度满足测量条件。一旦定位合格，工位就进入了等待测量状态。本测量系统共使用了四个向传感器用来判断白车身的下降到位情况，舂器采用公司出品的激光位移传感器。系列激光位移传感器不仅测量精确，操作简单。而且拥有直观的测量数据显示装置，其可靠性也完全满足丁业廊用的需求，另外一体化的设计使它无须额外使用控制嚣。系列激光位移传感器是基于光学三角测量原理设计的。发射器发射测距光脉冲到被检测物体表面，在物体表面反射后，被光接收器接收。根据光的三角反射原理，被检测物体到传感器的不同距离决定了其在光接收器上的不同位最，从而选到距离测量的目的。如图所示为传感器三角法测距原理。激光准直镜被测袁向传感器通过标准的、插头与外界连接，采用供电输出到的输入模块，只有个向传感器均显示零件到位才确认白车身的到位信号有效。侍感嚣到电气控制柜中的走线较长，为了保证信号可靠，个向传感器均就近接入菲尼克斯通讯适配器一，通过工业现场专用连接方式进入控制柜。陶为向传感器连接的电气原理圈其左侧是传感器与通讯适配器的连接右侧为与输模块的连接。第二章系统设计图向传感器连接的电气原理图测量系统信号交互当今，随着汽车产量的快速增长和现代汽车工业技术的迅猛发展，汽车厂涉及的技术领域也日益增多，其控制系统的规模和难度也大幅增大，其控制方式和运行水平的要求也越来越高。计算机控制技术己经迅速应用于各式各样的可编程序设备中，如工业计算机、可编程控制器、机器人、柔性制造系统等。将此类工业设备接入网络中，相互进行数据通信和信息交换，即可实现分散的网络控制和信息的集中管理。汽车焊装车间自动化控制系统是汽车厂生产中较为庞大的一个公用控制系统，该系统主要以由可编程控制器构建的网络为主，实现系统的联网自动化控制。网上控制设备包括可编程控制器，人机界面（操作面板和上位机），远程及其它通讯模块。在技术上具有如下特点：控制功能强、信息网络化、编程层次化、工艺联锁方便、节省硬接线、维护方便、在线修改等特点。其中不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且能实现远程通讯，联网及上位机监控等，可为整条生产线实现计算机控制和管理创造条件，对地域分布较广的系统还可以增加远程控制站及与异构控制系统进行信息和数据交换。另外，本工位的测量计算机与生产线办公网用以太网相连。第二章系统设计与机器人的信号交互本工位系列和台机器人（）之间的信号交互主要是通过进行通讯的。总线是一个主从结构的总线式通讯网络，整个总线网络可以挂个终端设备。主机作为主站，其它智能终端作为从站挂在总线网络上。这种主从式网络由主站负责整个网络的通讯和管理，能够及时有效处理网络的数据通讯和交换、故障的诊断。图为与四台机器人的网络拓扑图。等等器铲等等宇等嗍璀驯球，蝴。嗣朔终端电磁图与网络拓扑图终瑞电阻除了通过对机器人进行控制外，出于安全和可靠性考虑，还设计了条从电气控制柜到机器人的硬连线，专门负责传输与安全直接相关的工位状态（如急停信号、安全门信号和安全光幕信号）。如图所示，为了保证安全，其连线方式为环状拓扑，这样即使有一侧线路意外断路，另一侧仍可保证将安全状态信号传至每个机器人。图与机器人安全连线与测量计算机的信号交互与测量计算机（工控机）之间的测量信息（当前点号，运动、测量请求等信息）、与之间的车型信息以及与之间的通讯信息都是第二章系统设计通过以太用实现交换的，该以太网络中的每一台设备都被分配了唯一地址，并连接到出品的以太网交换机（）上。另外为了对生产状况和生产质量进行远程实时质量监控，还要通过以太网将工位的测量信息传输到监控室等地。图所示为本工位的以太网结构图。图一所示为的以太网配置页面。卜交换机圈工位阻太网结构图图以太网配置页面测量系统外围的自动化控制设计与实现柔性激光视觉检测站在实现了对汽车白车身进行合格性检验的基础上，还对整个自动化系统的安全性进行了充分的设计其结果完全符合神龙汽车有限公司对安全性的要求。具体用到的安全器件包括急停按钮、安全光幕、安全门等，同时对能源的合理配置和与主线的交互也是本测量系统能够可靠工作的保证。第二章系统设计电源分配生产线为本激光测量工位分配了动力电，所采用的是三相五线制（、），其、代表三根火线，相互之间的电压是，代表零线，与每根火线间的电压是，代表地线，用来保护设备。除台工业机器人控制柜外，本工位的计算机测量柜和电气控制柜均使用电源。图为电气原理图中强电电源分配部分，如图所示，其分配的电源主要供给计算机测量柜、可编程控制器和电气控制柜中用以维护系统的电源。图电源分配部分的电气原理图本工位除了机器人所需的电源外，许多器件（如人机界面，控制回路，输入输出模块，传感器等）采用的是直流供电，因此在控制柜内安置了一个转的变压器（）。图所示即为控制系统弱点供电回路，其中每个回路都有单独的空开控制，并且配备了空开附件用以提供该路供电开启状况，供诊断电源故障。第二章系统设计。一戚了一变压器，星耋，；“厂眨行。喜控磊爰轳嚣勰驴桫一、州：科童“豫静；器控输输出电输供电安全防护图电源分配部分的电气原理图追求生产效率的时代，机器自动化生产是工厂的必然选择，而就在工厂机器自动化生产的同时，车间内的机器自动化生产系统也对人员安全、设备、零件安全提出了越来越高的要求。其自动化系统必须对所有危险区域进行，并严格限制人员进入，对进入危险区域进行安全的控制，换言之，如果机现故障或者操作中出现疏忽，都会使自动化系统进入一个非危险的状态。本站为了提高自动化系统的安全性，采取的安全措施主要有安全光幕、急停按安全门。安全光幕幕是电敏保护设备（），能够在一束光幕中断以后马上停止危险运动而保护机器附近的操作人员的安全。安全光幕不仅为操作危险机器的人员提安全保护，而且还适用于很多其它类型的机器。借助这些安全光幕，操作人以在自由接近机器的过程中得到相应的保护。能影响安全的故障检测和机器，制动机器及其控制系统必须和安全光幕同样的安全等级，以便保证在人员进入受安全光幕保护的危险区域之后能第二章系统设计够马上停止机器的危险运动。如果要进入受保护区域，就必须先开启保护系统。所以，在安装安全光幕的时候，要确保它们能够正常触发。只有当危险不复存在，并且没有任何人处于危险区域时，机器才能重新启动。必须避免操作人员处于受保护区域之内，但是同时没有出现在光幕保护光束之内的情况。图是安全光幕的电气连接图，可以看出，视觉监测站的安全光幕信号是通过光幕发射端和接受端共同产生的，通过控制光幕继电器的触点信号进而控制硬件回路和向发送光幕信号的。急停按钮图安全光幕电气连接图急停按钮的作用是从硬件和软件上对系统加以保护，分别在继电控制回路和程序中禁止相应控制部分的输出（包括停止的相关输出、输出刹车制动信号等等）、触发故障动作信号的发出（包括故障处理继电器的动作信号、声光报警信号等等），根据情况也可以同时切断某些主回路。原则上，紧急停止按钮是红色的，顺时针复位后系统不能自动启动，需要重新在主电控柜面板上按下第二章系统设计启动按钮进行启动。柔性激光视觉监测站中采用的急停按钮，属于常闭触点型急停按钮（）。成功应用于柔性激光视觉监测站的急停控制回路如图所示，其中表示主电气控制柜，和分别表示两个安全门上的安全门控制盒，表示主线控制台。安全门及附件一村精翟，啪图急停控制回路电气原理图本测量工位为全自动工位，正常工作时无需人工操作，并且工位内有机器人、滚床等危险设备，所以设备运行期间禁止任何人员进入防护网范围之内。但在需对设备进行维护检修时，在工位防护网两侧设置了供工作人员进入的两个安全门。每个安全门上有一个检测安全门开启状态的行程开关和一个检测门闩插入状态的接近开关，另外每个安全门旁边还设置了一个控制盒，上面设有急停开关、请求工位停止开关和生产岛启动开关。图是本工位安全门全貌。第二章系统设计图本工位安全门全貌应用于柔性激光视觉监测站的安全门控制回踌如图所示，其中表示安全门。表示安全门，安全门中的常闭开关表示安全门开关。图安全门控制回路电气原理图由图可以看出，视觉监测站的安全门控制凰路是通过安全门开关控制继电器，进而用继电器的触点信号来控制硬件回路和向发送安全门打开信号的。其中两个安全门开关通过串行方式连接，这保证了只要有个安全门打开，第二章系统设计整个工位就进入非自动化运行状态，即安全状态。从这方面讲，安全门信号类似于急停信号，但它更偏重于对操作人员人身安全的保护。本工位与主线信号交互本站和主线并不是直接通过相连的，而是将与主线交互的如图、图所示信号，从输入模块（）和输出模块（）传输，通过硬连线连至远程模块，远程模块将这些信号转化为符合传输协议的信号，再通过与主线进行通讯。远程模块