自動噴涂機器人在內鍋作業應用

鄧德應 任暉 葉錦華

摘 要： 在國內制造業中， 噴涂是一項非常常用且重要的工序。雖然國內很多企業還是用人工來進行噴涂作業， 但是已經有很多公司開始逐漸用噴涂機器人來代替人工作業， 相比于傳統人工噴涂， 機器人噴涂涂料利用率高。系統針對內鍋體型工件， 對機器人噴涂方案進行了優化設計， 可大幅改善涂層密集性和運作效率， 通過在項目實施中驗證， 本系統針對內鍋作業工件的噴涂具有良好的效果， 噴涂密集性及噴涂質量得到保證。

關鍵詞： 內鍋作業；自動噴涂；密集性；運作效率

1 機器人方案設計

操作臺設備將旋轉體自動噴涂工件安裝到停放在噴房外的工件旋轉運輸車的滾輪上， 裝夾完畢后， 將自動噴涂工件旋轉運輸車移動至噴房內指定噴涂工位， 采用自動噴涂器件， 工裝靜止的方式進行內鍋的自動噴涂作業。

噴涂內鍋第一層時， 工件在旋轉裝置上按一定的轉速自動旋轉， 防止在噴涂過程中出現涂料不均勻、噴涂過程時間過長從而出現涂料層次變化， 通過單位時間內減少噴涂時間， 采用機器人伺服模式移動裝置上安放兩個獨立滑板， 由兩臺機器人實現內鍋層次相對應區域的噴涂作業；兩臺機器人工作時， 為了避免其中一臺機器人由于長期操作錯誤進行另外一臺機器人的噴涂表面， 因此要求最后一臺機器人噴涂螺帶應越過其運動方向的另外一臺臺噴涂的噴涂螺帶， 整體噴涂形狀為多支點形狀螺帶， 因此， 要求工件每旋轉一周所需的時間內， 機器人移動距離為三倍的機器人擺幅距離。

圖1中， 噴涂機器人分別安裝在用于內鍋作業的底座上， 如圖噴涂機器人1、噴涂機器人2、移動涂料罐、移動噴槍和激光傳感器所示， 兩個移動底座可在移動平臺上定速、定位、變速等形式攜帶機器人進行移動， 移動噴槍和激光傳感器的移動速度及方式與機器人系統進行協調配合， 通過總控系統控制柜對機器人的動作及移動底座的移動協調控制。旋轉型工件在旋轉裝置上進行內鍋噴涂定位， 并可定速旋轉， 旋轉速度可調節。

機器人噴涂工藝過程描述如下：

1） 工件裝夾完成， 并移動至指定的噴涂位置；

2） 當收到控制柜發出的噴涂工作指令， 噴涂機器人1和噴涂機器人2通過系統設定的圓弧查找起始點， 同時工件開始旋轉， 轉速達到均衡后噴涂準備就緒， 噴涂機器人1和噴涂機器人2按預先示教好的程序對內鍋各個層面進行噴涂作業。噴涂完畢， 噴涂機器人1和噴涂機器人2自動回到起始位置等待新的生產指令。

3） 回轉體工件的噴涂作業過程分為四個階段：

（1） 第一階段為兩臺機器人陸續開始噴涂的階段

當收到系統發出的噴涂指令， 待噴工件開始旋轉， 先是噴涂機器人1由等待位置移動到噴涂開始位置， 機器人開始噴涂， 噴涂過程中移動底座1拖動噴涂機器人1沿著工件的末端開始噴涂， 同時噴涂機器人2由等待位置移動到噴涂開始位置， 并從工件的另一端開始噴涂。

（2） 第二階段為兩臺機器人都在噴涂的階段

噴涂作業開始后， 兩臺機器人在內鍋各個端點上從四周逐漸噴涂到內側一直至中央位置。

（3） 第三階段為機器人檢查停止噴涂的階段

當兩臺機器人到達噴涂點交集區域時， 機器人1完成指定的噴涂工作， 并停止噴涂返回開始噴涂位置， 機器人2在完成之前的噴涂作業的同時， 并要處理好兩端噴涂部分的銜接， 確保圖層的均勻性及厚度， 完成后停止噴涂并返回起始位置。

（4） 工件選裝裝置停止動作， 并將噴涂完成的工件進行檢測及指定傳輸， 根據操作指令可實現持續的裝卡工件。

（5） 系統進入待命，準備操作者下達的另一個噴涂指令。

兩臺機器人同時處于初始設定位置， 全自動待機。

2 控制系統設計

噴涂系統采用華葉信息噴涂控制系統， 機器人伺服轉動裝置和工件旋轉運送器件共含有三臺伺服電機， 因此本控制系統采用雙軸伺服控制系統， 實現各軸間精準定位的個性實現和同時操作。上位采用多臺觸摸屏， 實現在工作區域范圍內效率觸點， 三臺觸摸屏的功能基本相同， 具有監控功能、檢測障礙功能， 便于設備自動發現故障；總控系統與機器人系統間即時互相傳輸控制信息。

機器人系統的故障信號主要有兩種形式：

（1） 機器人故障信號的輸出。

（2） 外部故障信號的輸入。

這兩種故障方式的處理均采用機器人系統與總控系統硬件直接傳輸鏈接， 連接在機器人系統的安全端口上， 當任何一方出現故障時， 系統可以做到點對點鎖定， 保證系統在出現故障的第一時間對整個系統進行及時控制。

3）系統的擴展I/O信號的作用主要是信號的采集及指令的輸入， 總控系統與其他傳感器等的信號傳輸、互換， 各個運動軸上限位信號、零點信號、防撞信號、速度等的處理

4） 擴展I/O信號與主控制系統的連接采用STRESS-UP的連接， 總線連接方式使得外部I/O信號擴展更加方便。

3 系統的實現

本系統主要完成如下功能：

1） 協調各軸之間的互鎖控制， 對機器人移動底座進行及時有效控制：在工作模式下， 機器人移動底座是靠系統程序根據內鍋軌跡控制。在修復模式下， 可單步進行橫向或縱向操作， 系統在檢修狀態下對移動裝置硬件系統進行移動、檢修等操作。

2） 完成對機器人發送控制命令， 以及接收機器人工作過程中返回的狀態信息。總控系統與機器人系統間實時交互狀態信息， 確保機器人與移動裝置之間及設備與工件之間統一有序的工作。

3） 與上位機的信息傳輸互換， 接受上位機發來的各種命令并對其進行相應的執行， 向上位機發送各種狀態信息。

4） 對人機界面的輸入按鈕及輸出指示進行控制， 對報警指示燈進行控制。

5） 對外部的各種輸入輸出信息 （如移動裝置的限位信號、零點信號、工件到位信號、故障信號等） 進行處理。