摘要：在噴塗生產線中，採用FX5U、3D質量檢測和Python編程，可以快速調節噴槍工作頻率、噴塗濃度和範圍、噴槍到工件表面直線距離，使得產品複雜表面塗層的厚度均勻美觀，成功打造智能製造的成功範例。
關鍵詞：全智能噴塗；3D檢測；Python編程
Abstract: In the spraying production line, FX5U, 3D quality inspection and Python programming can be used to quickly adjust the working frequency of spray gun, spraying concentration and range, and the straight line distance between the spray gun and the workpiece surface,making the thickness of the complex surface coating of the product uniform and beautiful. It successfully creates a successful example of intelligent manufacturing.
Key words: Full intelligent spraying; 3D inspection; Python programming
1 前言
在各類機動車機械結構中，如果通過減輕重量來提高燃料效率，就會增加對諸如鐵、鋁和樹脂部件等不同材料之間進行接合的需求，同時所使用的結構粘合劑的數量也會增加。為確保產品質量，需要對噴塗過程中進行粘合和密封的塗層劑的質量進行控制。在傳統手工操作中，操作員通過手持噴槍對成型物體進行噴塗，噴槍到物體表面的距離變化幅度大、噴槍旋轉軌跡變化大等因素，導致表面塗層不均勻，容易發生漏噴現象，並導致次品率居高不下、噴塗效率低、嚴重影響生產能力。本設計將採用FX5U PLC、3D質量檢測技術等全自動化控制系統對噴塗線進行智能升級。
2 全智能噴塗線的整體設計
噴塗生產線如圖1所示，包括噴槍控制和噴塗質量檢測兩個控制部件。
圖1 噴塗生產線
（1）噴槍控制
噴槍控制包括噴槍角度調整、噴槍間歇時間控制和供塗料迴路。噴槍角度調整是由在放置在噴槍橫杆頭部的機械調整裝置來完成，它可以根據需要調整噴槍工作角度和噴槍對工件的相對位置，以達到最佳效果，如圖2所示。
圖2 噴槍角度調整
（2）噴塗質量檢測
噴塗質量檢測示意如圖3所示，能夠使用圖像傳感器對噴塗工件上進行三維測量（即3D檢測），與主流的二維圖像檢查系統相比，3D檢測可以在三個維度上檢查塗層劑的寬度、高度、橫截面積和位置，在生產線上立即分析捕獲的圖像，並檢測缺陷、過剩和不足之處，並同時反饋給噴槍控制。
圖3 噴塗質量檢測
（3）控制系統架構
全智能噴塗線的控制系統如圖4所示，以交換機為中心採用FX5U PLC、3D檢測相機、Python PC端來實現通訊控制。其中FX5U PLC主要控制塗料、噴槍和3D質量檢測裝置。在噴槍控制上，需要在噴槍與空氣壓縮機之間接入壓力調整閥來調整供給噴槍的空氣壓力，使之被控制在噴槍的許可壓力範圍內，防止噴槍損壞；同時根據現場生產需要採用間歇工作制噴塗方式，即通過傳感器檢測產品在生產線上的位置，控制氣動元件來實現噴塗工藝。
圖4 控制系統架構
3 全智能噴塗線的軟件設計
（1）PLC邏輯控制
為了保證待噴塗產品能夠合理地通過噴槍噴霧扇面，對噴槍的開啟時間有著嚴格的要求，為此設定了噴槍延時啟動功能，噴槍控制流程圖如圖5所示。在等待噴塗工件通過檢測區時，控制氣源迴路接有電磁換向閥，並配合傳感器檢測信號的程序實現對噴槍開閉的控制。
圖5 噴槍控制流程圖
（2）3D質量檢測
由於技術原理的限制，2D相機無法提供被拍噴塗工件的深度信息，不能提供z軸方向的引導。此處的3D相機採用移相法結構光技術，可快速獲取被測物體的表面特徵和深度信息，輸出點雲數據，且無需移動，安裝或塗膠完成後可實現原位檢測，極大改善了2D相機和線激光在該類應用的不足。
（3）上位機控制
上位機採用Python編程，基於三菱FX5U所支持的SMTP協議，可利用Python的Socket庫按照三菱PLC的協議格式進行通信，其中上位機作為客戶端，而PLC作為服務器。以下是循環tcp重連的源程序。
import socket
import time
import xlwt,xlrd,struct
from xlutils.copy import copy
import sys
import re,os,sys
data="ok"
class TcpThread(QThread): trigger = pyqtSignal(str) trigger1=pyqtSignal(str) def __int__(self): super(TcpThread, self).__init__() # 分離出一個函數用於循環tcp 重連 def doConnect(self): with open('IP_Address.txt', 'r')as fn: s1 = fn.read() host = ''.join(re.findall(r'IP:(.*)', s1)) # 服務器IP地址取出來，並轉成字符串
port = int(''.join(re.findall(r'PORT:(.*)', s1)))# 從文本中提取端口號轉成整數 BUFFSIZE = int(''.join(re.findall(r'BUFFSIZE:(.*)',s1))) # 從文本中提取字符長度轉整數 ADDRESS = (''.join(re.findall(r'ADDRESS:(.*)',s1))) # 從文本中提取字符長度轉整數 LENGTH = (''.join(re.findall(r'LENGTH:(.*)',s1))) # 從文本中提取字符長度轉整數 print(host,port,ADDRESS,LENGTH) sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) try: sock.connect((host, port)) print("connect is ok") except: print('fail to setup socket connection') return sock, BUFFSIZE,ADDRESS,LENGTH
4 結束語
在噴塗生產線中，採用FX5U、3D質量檢測和Python編程，可以快速調節噴槍工作頻率、噴塗濃度和範圍、噴槍到工件表面直線距離，使得產品複雜表面塗層的厚度均勻美觀。
參考文獻：
[1] 李方園. 智能工廠設備配置研究[M]. 北京：電子工業出版社，2018.
李方園（1973-），男，浙江舟山人，副教授，高級工程師，碩士，畢業於浙江工業大學信息學院控制工程專業，現就職於浙江工商職業技術學院，長期從事智能製造新技術應用與研究工作。
摘自《自動化博覽》2020年1月刊
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