噴涂機(jī)器人LCC快速換色系統(tǒng)的故障解決

王洪江 （一汽-大眾汽車有限公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

在車身自動(dòng)噴涂工藝中，DURR噴涂機(jī)器人的LCC快速換色系統(tǒng)可同時(shí)滿足多種顏色的快速切換和自動(dòng)沖洗，相比傳統(tǒng)的多種顏色噴涂系統(tǒng)，具有設(shè)備集成化程度更高、工作效率更快、換色清洗溶劑使用量更少的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于設(shè)備維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加精密，控制方式更加復(fù)雜，在處理系統(tǒng)故障時(shí)需要花費(fèi)大量時(shí)間，進(jìn)而影響生產(chǎn)節(jié)拍。下面對(duì)使用中最常見的滑塊移行超時(shí)故障（LCC ALAN1 Timeout target position reached）進(jìn)行了深入分析，根據(jù)系統(tǒng)中相關(guān)元件的工作原理，出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)表現(xiàn)出不同的運(yùn)行狀態(tài)，通過觀察現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)現(xiàn)象可以快速鎖定故障區(qū)域。另外，針對(duì)故障區(qū)域的檢查和處理過程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)行了流程化梳理，便于系統(tǒng)移行超時(shí)故障的快速解決，減少停臺(tái)時(shí)間。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 控制系統(tǒng)

LCC快速換色控制系統(tǒng)使用了FESTO公司的相關(guān)設(shè)備，主要由線性驅(qū)動(dòng)控制器SPC200、軸接口AIF、路徑測(cè)量單元MTS以及比例方向控制閥MPYE組成。線性驅(qū)動(dòng)控制器包含有電源卡、診斷卡以及通訊卡，其中電源卡負(fù)責(zé)提供DC24V直流電，并與軸接口之間采用canbus總線進(jìn)行通訊，診斷卡利用自帶的RS232接口可外接電腦進(jìn)行診斷和調(diào)試，通訊卡通過profibus總線連接至機(jī)器人系統(tǒng)。軸接口負(fù)責(zé)讀取路徑測(cè)量單元的信號(hào)并將其傳遞給線性驅(qū)動(dòng)控制器，同時(shí)將從線性驅(qū)動(dòng)控制器接收到的糾正值以模擬模式傳遞給比例方向控制閥。在路徑測(cè)量單元中，通過轉(zhuǎn)換器將電氣信號(hào)提供給測(cè)量桿，測(cè)量桿根據(jù)移動(dòng)裝置上磁鐵位置返回磁場(chǎng)信號(hào)，并被轉(zhuǎn)換器所接收。系統(tǒng)根據(jù)從信號(hào)生成到反射信號(hào)到達(dá)的這段時(shí)間，就可以計(jì)算出移動(dòng)裝置的位置。比例方向控制閥接收軸接口發(fā)出的0～10 V模擬電壓信號(hào)，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作需求控制閥的開度，輸出定量的壓縮空氣。如圖1所示，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，比例方向控制閥處于中位，此時(shí)機(jī)械側(cè)處于關(guān)閉狀態(tài)，但控制側(cè)仍有5 V的電位信號(hào)輸入，保持關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以最快速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，比例方向控制閥根據(jù)控制側(cè)的PI調(diào)節(jié)，打開一側(cè)氣源充氣，同時(shí)另一側(cè)等量排氣。因此，比例方向控制閥的中位狀態(tài)由控制信號(hào)和機(jī)械彈簧共同作用，當(dāng)斷電時(shí)，只能靠機(jī)械彈簧保持在中位。

圖1 比例方向控制閥的控制過程Figure 1 Control process of proportional direction control valve

1.2 執(zhí)行系統(tǒng)

執(zhí)行系統(tǒng)由LCC移行氣缸系統(tǒng)、滑塊鎖止氣缸系統(tǒng)組成。LCC移行氣缸根據(jù)比例方向控制閥的充排氣量可實(shí)現(xiàn)執(zhí)行系統(tǒng)在換色前的精準(zhǔn)到位，滑塊鎖止氣缸用于移行系統(tǒng)到位后的完全鎖止，防止發(fā)生漏漆。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在換色移行前必須處于解鎖狀態(tài)，確?；瑝K定位銷完全脫離導(dǎo)軌，否則會(huì)發(fā)生機(jī)械卡頓。由于鎖止氣缸結(jié)構(gòu)的特殊性，出現(xiàn)內(nèi)部活塞磨損時(shí)會(huì)導(dǎo)致定位銷無(wú)法完全脫離。如圖2所示，在使用中鎖止氣缸有3種狀態(tài)：在關(guān)閉氣源時(shí)，鎖止氣缸因內(nèi)部彈簧機(jī)械力自動(dòng)鎖止滑塊，即F彈＞F摩擦；在打開氣源并操作鎖止時(shí)，鎖止氣缸在內(nèi)部彈簧機(jī)械力之外，還增加了鎖止壓力，即F鎖+F彈＞F摩擦，確?；瑝K鎖止的密封性；在打開氣源并操作解鎖時(shí)，解鎖壓力克服彈簧機(jī)械力推動(dòng)氣缸打開，即F解＞F摩擦+F彈，由于彈簧彈力與機(jī)械形變呈正比關(guān)系，當(dāng)摩擦力增大到一定程度后，鎖止氣缸會(huì)在解鎖的過程中發(fā)生來(lái)回?fù)u擺的現(xiàn)象。綜上所述，判斷鎖止氣缸是否正常的條件有2個(gè)：一是在初始狀態(tài)時(shí)氣缸能夠完成貼合動(dòng)作；二是在解鎖狀態(tài)時(shí)氣缸有無(wú)搖擺現(xiàn)象。

圖2 鎖止氣缸的受力分析Figure 2 Force analysis of locking cylinder

2 故障處理

LCC換色系統(tǒng)使用相對(duì)穩(wěn)定，其控制系統(tǒng)技術(shù)成熟，最常見的故障有2種：一種是因斷電等原因引起的參考位丟失，這種情況按照順序操作重新校零即可恢復(fù)正常：（1）首先關(guān)閉移行氣缸氣源，將滑塊手動(dòng)移至0號(hào)位置；（2）關(guān)閉鎖止氣缸氣源，滑塊自動(dòng)鎖在0號(hào)位置上；（3）打開移行氣缸氣源，在目視化權(quán)限滿足的條件下操作示教器，手動(dòng)觸發(fā)參考位；（4）參考位給定成功后執(zhí)行LCC學(xué)習(xí)程序，換色系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行每個(gè)位置的貼合與脫開，全部成功后系統(tǒng)即可使用。另一種故障是因機(jī)械磨損等原因引起的滑塊移行超時(shí)，由于此故障涉及設(shè)備區(qū)域多，處理過程相對(duì)復(fù)雜，下面分別從滑塊操作時(shí)、滑塊運(yùn)行時(shí)及滑塊定位時(shí)這3種不同情況下的現(xiàn)象入手，梳理并總結(jié)3種故障類型及處理流程。

2.1 機(jī)械連接故障

在出現(xiàn)滑塊移行超時(shí)故障時(shí)，首先采用的最直接簡(jiǎn)便的方法就是在手動(dòng)條件下操作滑塊移動(dòng)，并觀察故障現(xiàn)象。在無(wú)其他報(bào)警的情況下，如果手動(dòng)操作時(shí)滑塊仍禁止不動(dòng)，說(shuō)明出現(xiàn)機(jī)械卡死，應(yīng)立即按圖3所示的部位和流程展開檢查。如果現(xiàn)場(chǎng)氣源供應(yīng)均正常，先手動(dòng)推動(dòng)滑塊并檢查移行氣缸手動(dòng)閥的狀態(tài)，再檢查坦克鏈內(nèi)有無(wú)干涉物以及驅(qū)動(dòng)支架連接螺絲有無(wú)松動(dòng)。需要注意的是，在移行氣缸手動(dòng)閥開啟的狀態(tài)下，滑塊受比例方向控制閥的作用手動(dòng)不可推動(dòng)，只有在關(guān)閉移行氣缸手動(dòng)閥后才可以檢查移行干涉點(diǎn)。以上幾點(diǎn)都是機(jī)械部分容易出現(xiàn)的問題點(diǎn)，按照流程排查完畢后機(jī)械系統(tǒng)問題基本可以快速排除。

圖3 機(jī)械連接部分故障處理流程Figure 3 Troubleshooting process of mechanical connection part

2.2 鎖緊系統(tǒng)故障

在手動(dòng)操作移行過程中，如果出現(xiàn)滑塊來(lái)回?cái)[動(dòng)或卡頓的現(xiàn)象，這種情況的故障優(yōu)先檢查滑塊自身的鎖緊系統(tǒng)。從兩方面可以快速判斷鎖緊系統(tǒng)的工作狀態(tài)：首先在解鎖狀態(tài)下，檢查滑塊定位銷有無(wú)脫離導(dǎo)軌，若無(wú)脫離，可檢查解鎖供氣壓力以及控制閥片有無(wú)正常開啟；若正常脫開，必須觀察滑塊在鎖止方向有無(wú)來(lái)回竄動(dòng)現(xiàn)象，以及操作鎖止后滑塊能否貼合緊密，這兩點(diǎn)中有任一點(diǎn)不滿足，都說(shuō)明鎖止氣缸內(nèi)部存在磨損或潤(rùn)滑不良，必須進(jìn)行更換。由于鎖止氣缸安裝在滑塊內(nèi)部，其動(dòng)作現(xiàn)象不易被觀察，經(jīng)多次操作驗(yàn)證，只要出現(xiàn)上述兩種現(xiàn)象，就會(huì)在滑塊移行過程中出現(xiàn)卡頓。在按照流程排查供氣控制閥片以及鎖止氣缸故障后，鎖緊系統(tǒng)的問題可以快速排除。

2.3 控制單元故障

如果滑塊可以手動(dòng)移行操作，并且移行過程中沒有出現(xiàn)卡頓或擺動(dòng)現(xiàn)象，這時(shí)必須關(guān)注滑塊在到位鎖止時(shí)的定位位置是否準(zhǔn)確。若出現(xiàn)偏差，問題點(diǎn)基本可鎖定在控制系統(tǒng)中。首先要對(duì)比例方向控制閥進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)，如內(nèi)部有嚴(yán)重漏氣現(xiàn)象需立即更換。由于比例方向控制閥是模擬量控制元件，并帶有比例積分調(diào)節(jié)功能，極易受到外界電氣干擾產(chǎn)生誤差輸出或損壞，因此還要檢查其控制線纜和接地線的連接狀態(tài)。以上狀態(tài)均確認(rèn)后可執(zhí)行一次校正及學(xué)習(xí)步驟，檢查比例方向控制閥的工作穩(wěn)定性。若學(xué)習(xí)不成功，可更換比例方向控制閥。在滑塊移行超時(shí)故障中，控制系統(tǒng)的問題基本可以通過更換比例方向控制閥來(lái)解決，通過上述流程可快速準(zhǔn)確地排除控制系統(tǒng)的問題。鎖緊系統(tǒng)和控制系統(tǒng)故障處理流程如圖4所示。

圖4 鎖緊系統(tǒng)和控制單元故障處理流程Figure 4 Troubleshooting process of locking system and control unit

3 結(jié)語(yǔ)

在汽車涂裝過程中LCC快速換色控制系統(tǒng)滑塊移行超時(shí)的故障經(jīng)常出現(xiàn)，但是報(bào)警涉及的工作環(huán)境復(fù)雜，關(guān)聯(lián)設(shè)備眾多，如果沒有進(jìn)行系統(tǒng)的分析和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)累積，會(huì)導(dǎo)致處理效率低下，影響生產(chǎn)節(jié)拍的同時(shí)還會(huì)造成噴涂質(zhì)量缺陷。通過對(duì)滑塊移行超時(shí)故障的現(xiàn)象分析以及處理流程的總結(jié)，可將故障引起的平均停臺(tái)時(shí)間由2 h/次降低至30 min/次以內(nèi)，在保證車身質(zhì)量的同時(shí)提高了工作效率。