機器人在重卡駕駛室表面噴涂中的應用

□徐　磊　□姚　煒　□杜永聰上海發(fā)那科機器人有限公司　上?！?01906

機器人在重卡駕駛室表面噴涂中的應用

□徐磊□姚煒□杜永聰
上海發(fā)那科機器人有限公司上海201906

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

1　采用機器人進行噴涂的必要性

中國已成為世界第一汽車生產大國，2010年產量超過了1 800萬臺。隨著產量的增加，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)拍和噴涂質量也提出了更高的要求。現在汽車的涂層質量，其外觀裝飾性和耐腐性等已跟上了時代潮流的要求，達到和超過了汽車的使用壽命?，F今，汽車涂裝技術為保護地球環(huán)境、提高涂裝經濟性和涂層品質、增加產品附加值提供了有力保障，而機器人自動化生產線的高速發(fā)展正順應了這一市場趨勢。

與人工手動噴涂相比，機器人自動噴涂具有裝飾好、質量穩(wěn)定，上漆率高、節(jié)省涂料等優(yōu)點。機器人系統(tǒng)受環(huán)境和人為因素影響小，產量穩(wěn)定，因而國外的機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，實現了噴涂無人化。

2　項目簡介及方案制定

2.1項目簡介

2008年，國內某重型汽車有限公司對其在西安工廠的涂裝車間進行技術改造，要求實現雙班制年產量6萬輛的目標。根據工藝要求，在涂裝車間增加了3個機器人自動噴涂工作站，分別為中涂站噴涂機器人4臺、色漆站噴涂機器人6臺、清漆站噴涂機器人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該廠多款車型駕駛室本體的噴涂任務，其中最大的駕駛室本體外形尺寸等參數見表1。

涂裝駕駛室外觀質量要求：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；實色漆35～45 μm；中涂30～40 μm。

2.3機器人布局

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

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

表1　最大駕駛室本體參數

圖2　中涂站和清漆站機器人的布局

圖3　色漆站機器人布局

3　控制系統(tǒng)構成及工作流程

3.1電氣方案

應客戶要求采用了高性能CPU作為主控制器，用西門子Profibus-DP總線連接噴涂生產線上各不同工位的機器人，工藝控制設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參數進行控制。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，并可進行人工判斷，對識別出的數據進行修改。

正常生產時，PLC將識別出的工件號轉化為機器人對應的工作序號傳送給機器人控制器，機器人接受到工作號后調用對應的噴涂程序，同時Mudel A控制噴涂設備，協(xié)調完成噴涂工作，如圖4所示。

難點是色漆線前端的自動識別車型數據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行的雙鏈。在各自的傳輸鏈驅動電機上安裝有編碼器，PLC通過計算編碼器采集的信號可以檢測出雙鏈上各駕駛室的實際位置。但當駕駛室運行到兩條雙鏈中間的流平區(qū)時（流平區(qū)由多個滾床組成），駕駛室的位置數據與編碼器的采樣信號脫離了關系，PLC無法檢測到各個駕駛室的具體位置，并且無法將色漆站采樣的車型、顏色數據對應實際運行的駕駛室傳送到清漆站，產生了到達色漆站的實際駕駛室與噴涂數據不能對應的問題，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PLC，保證PLC之間數據傳輸。在色漆線上的駕駛室運行到雙鏈末端時，利用編碼器檢測的位置條件將該駕駛室對應的車型及顏色數據傳送給清漆線的PLC；清漆線PLC收到后將數據進行堆棧存儲，并依次存入駕駛室2、駕駛室3等的數據。當駕駛室1到達清漆線雙鏈，碰到進入清漆線的檢測開關時，就將駕駛室1的數據讀取出來，對應存儲到駕駛室1在清漆線PLC對應的存儲區(qū)中。通過這種方法，可以有效解決兩套獨立的PLC控制系統(tǒng)的數據交換問題，實現了整線上車型識別數據的共享。

圖4　色漆站機器人控制系統(tǒng)構成示意圖

圖5　駕駛室在兩個噴涂區(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)中包含兩個人機界面，分別安裝在主控柜觸摸屏和通過以太網連接機器人的工業(yè)控制電腦上，所用的監(jiān)控軟件是FANUC自主開發(fā)的人機界面軟件Paint Works。

在觸摸屏上可以監(jiān)控所有設備的當前狀態(tài)，包括機器人的位置、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的顏色號碼，如圖6所示。

在Paint Works的界面中可以顯示所有機器人的即時狀態(tài)、相關參數設置、歷史報警記錄等，還可以修改機器人內部參數，機器人數據的備份及導入，噴涂時換色程序的修改及設定，可以按照工藝要求編寫換色步驟及各個不同的電磁閥開度的時間等。

圖6　中涂線噴房在線監(jiān)控界面

4　系統(tǒng)總結

該項目正式投產后，完全實現了最終用戶的預定目標，在產能實現大幅提升的同時，產品的質量也有了可靠的保證，充分體現了噴涂機器人系統(tǒng)在重卡駕駛室表面噴涂的應用價值，具體表現如下。

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

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

（3）提高駕駛室的噴涂質量和一次交驗合格率。

（4）降低工人勞動強度。采用機器人噴涂可減少4個人的勞動量，并降低其他噴漆人員的勞動強度。

（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40%以上，減少后續(xù)的處理量。

5　結束語

該機器人噴涂生產線控制系統(tǒng)融合了國外先進的生產工藝，自主開發(fā)設計制作。投入生產后運行穩(wěn)定可靠，PLC控制系統(tǒng)運行半年多來，功能完備，性能可靠，維護方便，對于重卡駕駛室噴涂線的安全、經濟地運行起到良好的作用，達到了預期的目標，得到了用戶的好評。同時，隨著該系統(tǒng)在重卡駕駛室表面噴涂的成功應用，也預示了噴涂機器人在噴涂行業(yè)的應用前景非常廣闊，大大縮小了我國在重卡駕駛室噴涂領域與國外的技術差距。

［1］王錫春.涂裝車間設計手冊［M］.北京：化學工業(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，主要從事機器人控制系統(tǒng)自動化軟件的設計管理工作