□徐　磊　□姚　煒　□杜永聰上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司　上海　201906

機(jī)器人在重卡駕駛室表面噴涂中的應(yīng)用

□徐磊□姚煒□杜永聰
上海發(fā)那科機(jī)器人有限公司上海201906

介紹了發(fā)那科P-200E噴涂機(jī)器人和SAMES PPH607系列旋杯在重卡駕駛室表面噴涂中的應(yīng)用，闡述了整體方案的確定、硬件的構(gòu)成、監(jiān)控系統(tǒng)的功能、控制系統(tǒng)的特點(diǎn)等。該項(xiàng)目經(jīng)實(shí)際使用證明，性能優(yōu)良，易于操作，得到業(yè)主的好評。

1　采用機(jī)器人進(jìn)行噴涂的必要性

中國已成為世界第一汽車生產(chǎn)大國，2010年產(chǎn)量超過了1 800萬臺。隨著產(chǎn)量的增加，高速自動化的需求與發(fā)展已成為目前的趨勢，對汽車表面的噴涂節(jié)拍和噴涂質(zhì)量也提出了更高的要求?，F(xiàn)在汽車的涂層質(zhì)量，其外觀裝飾性和耐腐性等已跟上了時(shí)代潮流的要求，達(dá)到和超過了汽車的使用壽命?，F(xiàn)今，汽車涂裝技術(shù)為保護(hù)地球環(huán)境、提高涂裝經(jīng)濟(jì)性和涂層品質(zhì)、增加產(chǎn)品附加值提供了有力保障，而機(jī)器人自動化生產(chǎn)線的高速發(fā)展正順應(yīng)了這一市場趨勢。

與人工手動噴涂相比，機(jī)器人自動噴涂具有裝飾好、質(zhì)量穩(wěn)定，上漆率高、節(jié)省涂料等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器人系統(tǒng)受環(huán)境和人為因素影響小，產(chǎn)量穩(wěn)定，因而國外的機(jī)器人自動化噴涂在汽車車身的中涂和色漆噴涂線上已完全替代了人工噴漆，實(shí)現(xiàn)了噴涂無人化。

2　項(xiàng)目簡介及方案制定

2.1項(xiàng)目簡介

2008年，國內(nèi)某重型汽車有限公司對其在西安工廠的涂裝車間進(jìn)行技術(shù)改造，要求實(shí)現(xiàn)雙班制年產(chǎn)量6萬輛的目標(biāo)。根據(jù)工藝要求，在涂裝車間增加了3個(gè)機(jī)器人自動噴涂工作站，分別為中涂站噴涂機(jī)器人4臺、色漆站噴涂機(jī)器人6臺、清漆站噴涂機(jī)器人4臺，其中中涂線與色漆線噴涂主要工藝過程如圖1所示。

圖1　中涂線與色漆線噴涂主要工藝過程

2.2工藝要求

涂裝車間目前主要承擔(dān)該廠多款車型駕駛室本體的噴涂任務(wù)，其中最大的駕駛室本體外形尺寸等參數(shù)見表1。

涂裝駕駛室外觀質(zhì)量要求：光滑平整，光色均勻，不允許有缺漆、發(fā)花、桔皮、流掛等漆膜缺陷。

涂層干膜厚度：金屬底色漆15～20 μm；罩光清漆35～45 μm；實(shí)色漆35～45 μm；中涂30～40 μm。

2.3機(jī)器人布局

根據(jù)上述膜厚要求，經(jīng)工藝分析后得出各噴涂站需要的機(jī)器人臺數(shù)及布局，本次采用的是FANUC專業(yè)噴涂機(jī)器人P-200E，各機(jī)器人工作站的具體分布如圖2、圖3所示。

色漆站機(jī)器人采用6臺FANUC P-200E噴涂機(jī)器人，為了使6臺機(jī)器人能夠完成一個(gè)駕駛室表面的兩遍噴涂，其中4臺P-200E機(jī)器人選用了帶軌道的配置。

表1　最大駕駛室本體參數(shù)

圖2　中涂站和清漆站機(jī)器人的布局

圖3　色漆站機(jī)器人布局

3　控制系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程

3.1電氣方案

應(yīng)客戶要求采用了高性能CPU作為主控制器，用西門子Profibus-DP總線連接噴涂生產(chǎn)線上各不同工位的機(jī)器人，工藝控制設(shè)備安裝在專門的工藝控制柜中，由FANUC控制器Model A控制。Model A通過FANUC專用總線與機(jī)器人控制器通信，由FANUC專業(yè)噴涂軟件對工藝流程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行控制。在噴房入口處，配有車型自動識別工位，可完成對各種不同駕駛室類型的識別，并可進(jìn)行人工判斷，對識別出的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。

正常生產(chǎn)時(shí)，PLC將識別出的工件號轉(zhuǎn)化為機(jī)器人對應(yīng)的工作序號傳送給機(jī)器人控制器，機(jī)器人接受到工作號后調(diào)用對應(yīng)的噴涂程序，同時(shí)Mudel A控制噴涂設(shè)備，協(xié)調(diào)完成噴涂工作，如圖4所示。

難點(diǎn)是色漆線前端的自動識別車型數(shù)據(jù)需要和清漆線控制系統(tǒng)共享，色漆線與清漆線為兩條不同步運(yùn)行的雙鏈。在各自的傳輸鏈驅(qū)動電機(jī)上安裝有編碼器，PLC通過計(jì)算編碼器采集的信號可以檢測出雙鏈上各駕駛室的實(shí)際位置。但當(dāng)駕駛室運(yùn)行到兩條雙鏈中間的流平區(qū)時(shí)（流平區(qū)由多個(gè)滾床組成），駕駛室的位置數(shù)據(jù)與編碼器的采樣信號脫離了關(guān)系，PLC無法檢測到各個(gè)駕駛室的具體位置，并且無法將色漆站采樣的車型、顏色數(shù)據(jù)對應(yīng)實(shí)際運(yùn)行的駕駛室傳送到清漆站，產(chǎn)生了到達(dá)色漆站的實(shí)際駕駛室與噴涂數(shù)據(jù)不能對應(yīng)的問題，如圖5所示。

通過分析，可以在軟件編程中利用堆棧的原理解決以上問題。首先通過CC-Link總線連接兩個(gè)PLC，保證PLC之間數(shù)據(jù)傳輸。在色漆線上的駕駛室運(yùn)行到雙鏈末端時(shí)，利用編碼器檢測的位置條件將該駕駛室對應(yīng)的車型及顏色數(shù)據(jù)傳送給清漆線的PLC；清漆線PLC收到后將數(shù)據(jù)進(jìn)行堆棧存儲，并依次存入駕駛室2、駕駛室3等的數(shù)據(jù)。當(dāng)駕駛室1到達(dá)清漆線雙鏈，碰到進(jìn)入清漆線的檢測開關(guān)時(shí)，就將駕駛室1的數(shù)據(jù)讀取出來，對應(yīng)存儲到駕駛室1在清漆線PLC對應(yīng)的存儲區(qū)中。通過這種方法，可以有效解決兩套獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換問題，實(shí)現(xiàn)了整線上車型識別數(shù)據(jù)的共享。

圖4　色漆站機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

圖5　駕駛室在兩個(gè)噴涂區(qū)傳輸示意圖

3.2監(jiān)控系統(tǒng)的功能

如圖5中顯示，系統(tǒng)中包含兩個(gè)人機(jī)界面，分別安裝在主控柜觸摸屏和通過以太網(wǎng)連接機(jī)器人的工業(yè)控制電腦上，所用的監(jiān)控軟件是FANUC自主開發(fā)的人機(jī)界面軟件Paint Works。

在觸摸屏上可以監(jiān)控所有設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，包括機(jī)器人的位置、工作狀態(tài)、通信狀態(tài)等。噴房在線監(jiān)控界面可以顯示所有進(jìn)入噴房車體的車型號碼以及該車體需要噴涂的涂料顏色對應(yīng)的顏色號碼，如圖6所示。

在Paint Works的界面中可以顯示所有機(jī)器人的即時(shí)狀態(tài)、相關(guān)參數(shù)設(shè)置、歷史報(bào)警記錄等，還可以修改機(jī)器人內(nèi)部參數(shù)，機(jī)器人數(shù)據(jù)的備份及導(dǎo)入，噴涂時(shí)換色程序的修改及設(shè)定，可以按照工藝要求編寫換色步驟及各個(gè)不同的電磁閥開度的時(shí)間等。

圖6　中涂線噴房在線監(jiān)控界面

4　系統(tǒng)總結(jié)

該項(xiàng)目正式投產(chǎn)后，完全實(shí)現(xiàn)了最終用戶的預(yù)定目標(biāo)，在產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)大幅提升的同時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量也有了可靠的保證，充分體現(xiàn)了噴涂機(jī)器人系統(tǒng)在重卡駕駛室表面噴涂的應(yīng)用價(jià)值，具體表現(xiàn)如下。

（1）提高生產(chǎn)效率。手工噴涂的生產(chǎn)效率僅為10 JPH（Jobs Per Hour），采用機(jī)器人噴涂后的生產(chǎn)效率可達(dá)23 JPH。

（2）節(jié)約油漆。手工噴涂油漆利用率約40%左右，機(jī)器人噴涂可達(dá)到70%以上。

（3）提高駕駛室的噴涂質(zhì)量和一次交驗(yàn)合格率。

（4）降低工人勞動強(qiáng)度。采用機(jī)器人噴涂可減少4個(gè)人的勞動量，并降低其他噴漆人員的勞動強(qiáng)度。

（5）提高噴涂的便利性。重卡駕駛室外形尺寸大，尤其是高頂頂蓋噴涂，在連續(xù)生產(chǎn)方式下不便手工噴涂。

（6）減少廢棄物的排放。油漆利用率的提高，降低廢水、廢渣的量達(dá)40%以上，減少后續(xù)的處理量。

5　結(jié)束語

該機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線控制系統(tǒng)融合了國外先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，自主開發(fā)設(shè)計(jì)制作。投入生產(chǎn)后運(yùn)行穩(wěn)定可靠，PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行半年多來，功能完備，性能可靠，維護(hù)方便，對于重卡駕駛室噴涂線的安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行起到良好的作用，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，得到了用戶的好評。同時(shí)，隨著該系統(tǒng)在重卡駕駛室表面噴涂的成功應(yīng)用，也預(yù)示了噴涂機(jī)器人在噴涂行業(yè)的應(yīng)用前景非常廣闊，大大縮小了我國在重卡駕駛室噴涂領(lǐng)域與國外的技術(shù)差距。

［1］王錫春.涂裝車間設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

Gived an introduction on the application of FANUC P-200E painting robots and SAMES PPH607 series rotary cup in surface coating of heavy truck cab，including assessment of overall program，hardware configuration，functions of monitoring and control system，features of control system etc.The project has been put into operation.owing to its excellent performance and easy operation it has good reputation among the owners.

FANUC；噴涂機(jī)器人；旋杯；涂裝

FANUC；Coating Robot；Rotary Cup；Painting&Dressing

PT242.2

B

1672-0555（2015）03-052-05

2015年5月

徐磊（1982年-），男，工程師，主要從事機(jī)器人控制系統(tǒng)自動化軟件的設(shè)計(jì)管理工作