回轉(zhuǎn)體自動(dòng)噴涂工作站的研制

孫德奎，李 慧，高云萌，劉 彤

SUN De-kui, LI Hui, GAO Yun-meng, LIU Tong

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

長期以來，在我國制造業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品外表面涂層噴涂一般采用手工作業(yè)，存在精度差、涂料利用率低、施工條件差等問題。隨著自動(dòng)噴涂技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域開始采用機(jī)器人或?qū)Ｓ醚b備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品噴涂[1,2]。

本文介紹的回轉(zhuǎn)體自動(dòng)噴涂工作站是針對(duì)某生產(chǎn)企業(yè)需求，依據(jù)待涂工件的外形特征而研制開發(fā)的。系統(tǒng)組成如下：

1）ABB IRB540型（短臂）噴涂機(jī)器人1臺(tái)；

2）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)1臺(tái)；

3）涂料輸供系統(tǒng)1套；

4）真空吸附系統(tǒng)1套；

5）工作站總控制柜1臺(tái)。

工作時(shí)，通過真空吸附裝置將工件吸附在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)面上，確保安全后，由控制系統(tǒng)控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與噴涂機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)完成對(duì)工件的噴涂。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 ABB IRB540型（短臂）噴涂機(jī)器人

蘊(yùn)含人性化設(shè)計(jì)的IRB 540是一種平衡性極佳、結(jié)構(gòu)精簡的機(jī)器人，采用獨(dú)有的FlexiWrist專利技術(shù)，極大地便利了人工編程操作（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連續(xù)路徑）。只需人工將機(jī)器人移至各個(gè)目標(biāo)程序位置，然后按觸發(fā)鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)編寫RAPID程序指令。該機(jī)器人帶有工藝控制系統(tǒng)（IPS），能穩(wěn)定保持出色的涂裝質(zhì)量并防止過噴，減少原料耗用和浪費(fèi)。具有涂料循環(huán)系統(tǒng)及控制，能實(shí)時(shí)監(jiān)控涂料的流量，降低能量的消耗，并實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人動(dòng)作的精準(zhǔn)同步，同時(shí)具有自動(dòng)換色功能，提高生產(chǎn)效率。 IRB 540型（短臂）噴涂機(jī)器人是為中小型零件噴涂而設(shè)計(jì)的機(jī)器人[3]。

1.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，如圖1所示，由伺服電機(jī)經(jīng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)一對(duì)直齒齒輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，被噴工件經(jīng)真空吸附安裝在主軸上部具有真空吸附作用的圓盤或凹槽中，與主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)采用正壓防爆設(shè)計(jì)。

圖1 回轉(zhuǎn)體工作臺(tái)

回轉(zhuǎn)臺(tái)的工作由總控系統(tǒng)控制，可實(shí)現(xiàn)1～120rpm可調(diào)的連續(xù)回轉(zhuǎn)，總控系統(tǒng)根據(jù)不同的工件協(xié)調(diào)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)配合機(jī)器人完成整個(gè)噴涂過程。

1.3 涂料輸供系統(tǒng)

涂料輸供系統(tǒng)，選用美國GRACO公司的產(chǎn)品，主要包括：自動(dòng)HVLP空氣噴槍1把；2加侖標(biāo)準(zhǔn)壓力罐1個(gè)；隔膜泵1個(gè)、自動(dòng)換色閥1個(gè)，管路1套及控制調(diào)節(jié)組件1套。

1.4 真空吸附裝置

回轉(zhuǎn)體工件放置于真空吸附裝置的密封圈上，通過抽真空的方式，將工件吸附在回轉(zhuǎn)臺(tái)上，并配有真空壓力檢測傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測真空壓力。當(dāng)檢測壓力小于設(shè)定值，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)回轉(zhuǎn)臺(tái)停止旋轉(zhuǎn)，防止工件掉落，確保系統(tǒng)安全作業(yè)。

1.5 工作站控制系統(tǒng)

1.5.1 總控系統(tǒng)

深入貫徹落實(shí)中央水利決策部署 全力加快推進(jìn)新一輪治淮…………………………………………………… 錢 敏（24.70）

總控系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)、伺服控制系統(tǒng)及機(jī)器人控制系統(tǒng)組成。

總控系統(tǒng)上位機(jī)采用研華的工控機(jī)，其主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的綜合管理，如系統(tǒng)功能顯示，系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控，自動(dòng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及打印報(bào)表，故障記錄報(bào)警顯示管理，機(jī)器人離現(xiàn)示教和轉(zhuǎn)盤的示教等。下位機(jī)采用西門子公司的S7-200 PLC，通過系統(tǒng)的I/O接口與外圍系統(tǒng)進(jìn)行連接，主要作用是對(duì)外圍信號(hào)、回轉(zhuǎn)裝置、總控臺(tái)指令信號(hào)、噴漆機(jī)器人系統(tǒng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。伺服控制器與PLC實(shí)時(shí)通訊完成對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制。機(jī)器人控制系統(tǒng)與PLC實(shí)時(shí)通訊完成對(duì)噴涂機(jī)器人的控制。

1）總控系統(tǒng)硬件構(gòu)成：

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)：選用研華工控機(jī)。

PLC控制器：選用西門子公司的S7-200 PLC。

總控臺(tái)：包含電源控制電路及控制按鈕。

伺服控制系統(tǒng)：采用丹納赫S603伺服控制器。

上位監(jiān)控組態(tài)軟件：選用杰控公司的FameView工業(yè)組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

2）外圍系統(tǒng)構(gòu)成：

溫濕度儀表：測量噴房溫度及濕度，傳送至總控系統(tǒng)。負(fù)壓真空傳感器：檢測真空吸附度。

總控系統(tǒng)完成整個(gè)工作站的協(xié)調(diào)控制、外圍系統(tǒng)檢測、工作狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)上傳及下載、 系統(tǒng)管理、系統(tǒng)維護(hù)、權(quán)限管理、系統(tǒng)故障顯示、系統(tǒng)信息打印等功能。

1.5.2 機(jī)器人控制系統(tǒng)

采用IRC5P系統(tǒng)，是高品質(zhì)涂裝的捷徑，具有安裝調(diào)試簡單快捷，超常的正常運(yùn)行時(shí)間，融合IPS技術(shù)，是集成式噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)。與總控系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息交互，控制機(jī)器人本體軌跡實(shí)現(xiàn)，完成對(duì)回轉(zhuǎn)體工件的噴涂。

1.5.3 控制系統(tǒng)原理

如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)原理圖

2 工作過程描述

系統(tǒng)上電后，總控系統(tǒng)檢測系統(tǒng)各單元的工作狀態(tài)是否正常，機(jī)器人系統(tǒng)自檢通過，也向總控系統(tǒng)發(fā)準(zhǔn)備就緒信號(hào)，并在噴涂初始位置等待。

操作者在上位機(jī)輸入機(jī)器人噴涂程序號(hào)及噴涂參數(shù)，并設(shè)置好噴涂遍數(shù)，參數(shù)設(shè)置完畢，發(fā)出啟動(dòng)命令?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)根據(jù)程序號(hào)，按照設(shè)置好的速度做旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人啟動(dòng)后分段完成對(duì)工件的噴涂作業(yè)。噴完第一遍，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)停轉(zhuǎn)，機(jī)器人回工作初始位置，控制系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)第二遍噴涂的信號(hào)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人開始工件的第二遍噴涂。直至完成設(shè)定的噴涂遍數(shù)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)停止待命，機(jī)器人回工作初始位置，為一個(gè)噴涂過程結(jié)束。

工作流程如圖3所示。

圖3 工作流程圖

3 結(jié)束語

該自動(dòng)噴涂工作站已實(shí)際應(yīng)用于某單位，并已取得良好的使用效果。由于噴涂工件是危險(xiǎn)品，工作站的投入使用，提高噴涂質(zhì)量，同時(shí)將操作人員從密閉危險(xiǎn)的環(huán)境下解放出來，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。

[1] Seegmiller N A. Precision robotic coating application and thickness control optimization for F-35 final finishes[J].SAE Journal,2010(3).

[2] 林青,沙春鵬,張波,徐磊,孫德奎,劉晨,趙宏劍,王崇.飛機(jī)進(jìn)氣道自動(dòng)噴涂設(shè)備研制[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013:92-93.

[3] ABB機(jī)器人參考手冊 IPS結(jié)構(gòu)[Z].2008.

[4] ABB機(jī)器人參考手冊 IPS結(jié)構(gòu)[Z].2008.