机器人喷涂系统概述

机 器 人 喷 涂 系 统 概 述 机 器 人 在 汽 车 喷 涂 中 应 用 在 汽 车 涂 装 工 艺 中 ， 喷 涂 机 器 人 的 应 用 越 来越 广 泛 ， 其 显 著 的 优 点 是 可 以 同 时 在 同 一 生 产线 上 混 线 生 产 多 种 车 型 ， 提 升 了 涂 装 的 自 动 化程 度 及 生 产 效 率 ， 其 六 轴 或 七 轴 的 运 动 轴 系 比传 统 的 往 复 机 和 自 动 喷 涂 机 更 灵 活 。 焊 装 完 成的 白 车 身 经 过 涂 装 车 间 前 处 理 、 电 泳 等 工 艺 后 ，还 要 经 过 中 涂 和 面 漆 及 罩 光 等 工 艺 阶 段 ， 才 能使 汽 车 车 身 拥 有 漂 亮 的 油 漆 外 观 。 中 涂 和 面 漆及 罩 光 的 喷 涂 任 务 可 以 由 机 器 人 喷 涂 系 统 来 完成 。 机 器 人 喷 涂 系 统 组 成 机 器 人 喷 涂 系 统 由 以 下 几 个 部 分 组 成 ： 车型 识 别 及 信 息 传 递 部 分 、 位 置 跟 踪 部 分 、 油 漆供 给 及 喷 涂 控 制 部 分 、 机 器 人 运 动 控 制 部 分 、联 锁 控 制 部 分 、 机 器 人 喷 涂 系 统 中 央 控 制 部 分和 安 全 保 护 部 分 等 。 车 型 识 别 及 信 息 传 递 部 分主 要 作 用 该 系 统 能 够 自 动 识 别 或 人 工 输入 待 喷 涂 车 身 的 车 型 及 颜 色 等 信 息 ， 并 将该 信 息 与 数 据 库 定 义 参 数 进 行 比 较 ， 确 认符 合 后 将 喷 涂 参 数 传 递 给 机 器 人 。 主 要 配 置 车 型 识 别 装 置 ： 该 装 置 主 要 由两 组 相 同 高 度 的 光 电 开 关 组 成 ， 一 组 为 发射 端 ， 另 一 组 为 接 收 端 。 每 组 光 电 开 关 中各 光 电 开 关 的 高 度 对 应 车 身 的 不 同 部 位 。当 滑 橇 碰 到 车 型 识 别 行 程 开 关 后 开 始 进 行检 测 ， 由 于 车 身 形 状 不 同 ， 光 电 开 关 被 挡住 的 时 间 长 短 随 不 同 车 型 有 所 不 同 。 检 测完 毕 后 系 统 自 动 将 各 光 电 开 关 被 挡 住 的 距离 与 喷 涂 数 据 表 中 的 设 定 值 进 行 比 较 ， 由 此 确 定 车 型 。 车 型 识 别 及 信 息 传 递 部 分手 动 输 入 装 置 ： 在 喷 漆 房 入口 设 置 人 工 车 型 /颜 色 输 入 台 。 位 置 跟 踪 部 分在 输 送 链 的 驱 动 轴 上 装 有 编码 器 ， 编 码 器 旋 转 时 产 生 脉冲 信 号 ， 该 脉 冲 信 号 传 递 给机 器 人 控 制 柜 和 PLC的 高 速 计数 器 。 由 于 每 个 脉 冲 对 应 的移 动 距 离 为 固 定 值 ， 根 据 检测 到 的 脉 冲 数 即 可 计 算 出 车身 移 动 的 具 体 距 离 。 这 样 就检 测 到 车 身 的 具 体 位 置 信 息 ，实 现 机 器 人 对 车 身 的 位 置 跟踪 . 油 漆 供 给 和 喷 涂 控 制 部 分主 要 作 用 按 车 型 颜 色 供 给 机 器 人 相 应 颜 色 的 油 漆 并 实 现 颜 色 实 时 更 换 ， 按 喷涂 参 数 进 行 油 漆 喷 涂 。 主 要 配 置 油 漆 供 给 及 喷 涂 控 制 部 分 由 气 动 控 制 柜 、 换 色 阀 、 齿 轮 泵 及 电 机 、静 电 喷 杯 （ 喷 枪 ） 、 油 漆 、 溶 剂 及 空 气 供 给 管 路 、 流 量 、 雾 化 压 力 、 成 形 空气 压 力 和 高 电 压 调 节 系 统 组 成 。 油 漆 供 给 和 喷 涂 控 制 部 分喷 涂 控 制 电 气 部 分主 要 集 成 在 AP柜 中 ，气 动 部 分 在 机 器 人手 臂 上 。 油 漆 供 给 和 喷 涂 控 制 部 分主 空 气 入 口 设 置 数 显 压 力 开 关 ， 用 来 显 示 入 口 空 气 压 力 并 在 压 力 低 时 产 生 报警 。 主 空 气 进 入 气 控 柜 后 一 路 直 接 连 接 到 喷 杯 气 动 轴 承 处 ， 另 一 路 又 由 球 阀分 成 两 路 ， 一 路 接 到 机 器 人 控 制 柜 ， 供 给 机 器 人 防 爆 空 气 ； 另 一 路 进 入 分 气罐 。 换 色 阀 由 一 组 模 块 组 合 而 成 ， 每 个 模 块 可 以 对 两 种 颜 色 进 行 换 色 。 静 电 喷 杯 （ 喷 枪 ） ： 目 前 轿 车 面 漆 自 动 喷 涂 系 统 一 般 采 用 高 压 静 电 旋 杯 +高 压静 电 旋 杯 的 方 式 进 行 喷 涂 。 流 量 控 制 ： 车 身 的 不 同 部 位 要 求 喷 杯 的 油 漆 吐 出 量 不 同 ， 机 器 人 工 作 时 在 车身 的 不 同 部 位 调 用 不 同 的 喷 涂 参 数 ， 包 括 吐 出 量 等 。 该 参 数 通 过 控 制 系 统 数模 转 换 模 块 输 出 一 个 模 拟 量 。 该 模 拟 量 输 出 给 控 制 齿 轮 泵 电 机 转 动 的 变 频 器 ，通 过 调 节 变 频 器 即 可 控 制 齿 轮 泵 的 转 速 ， 不 同 的 转 速 对 应 不 同 的 流 量 ， 从 而实 现 流 量 控 制 。 流 量 控 制 原 理 旋 杯 控 制 原 理喷 杯 转 速 控 制 ： 喷 杯 转 速 参 数 通 过 控 制 系 统 相 应 换 算 后 输 出 一 个 数 字 量 。 该 数 字 量通 过 气 动 控 制 柜 内 的 数 模 转 换 模 块 输 出 一 个 模 拟 量 。 该 模 拟 量 用 来 控 制 调 节 阀 ， 通过 调 节 喷 杯 驱 动 空 气 压 力 即 可 实 现 喷 杯 转 速 调 节 。 喷 杯 转 速 信 号 同 时 作 为 控 制 系 统的 反 馈 量 ， 以 实 现 闭 环 控 制 。 成 形 空 气 压 力 控 制 ： 喷 杯 成 形 空 气 压 力 参 数 通 过 控 制 系 统 进 行 相 应 换 算 输 出 一 个 数字 量 。 该 数 字 量 通 过 气 动 控 制 柜 内 的 数 模 转 换 模 块 输 出 一 个 模 拟 量 。 该 模 拟 量 直 接输 出 给 调 节 阀 ， 通 过 控 制 调 节 阀 的 模 拟 量 输 入 值 即 可 实 现 成 形 空 气 压 力 控 制 。 成 形空 气 压 力 作 为 反 馈 值 以 实 现 闭 环 控 制 。 高 电 压 控 制 ： 与 上 述 调 节 类 似 ， 高 电 压 参 数 经 PLC换 算 输 出 一 个 数 字 量 。 该 数 字 量 经远 程 数 模 转 换 模 块 输 出 一 个 模 拟 量 。 该 模 拟 量 输 出 给 气 动 控 制 柜 内 的 高 压 发 生 装 置 ，此 装 置 根 据 该 模 拟 量 输 出 一 个 高 电 压 给 喷 杯 。 高 电 压 及 电 流 反 馈 值 经 高 压 发 生 装 置换 算 ， 将 换 算 值 输 出 给 模 数 转 换 模 块 ， 作 为 高 电 压 及 电 流 的 反 馈 值 以 实 现 闭 环 控 制 。 转 速 控 制 原 理 机 器 人 控 制 系 统 机 器 人 运 动 控 制 部 分主 要 作 用 按 照 车 型 信 息 及 喷 涂 参 数 表 的 规 定 动 作 ， 与 其 他 部 分 协 同 作 业 ， 实现 自 动 喷 涂 运 动 。 主 要 配 置 喷 涂 机 器 人 ： 采 用 六 轴 伺 服 防 爆 喷 涂 机 器 人 。 机 器 人 的 所 有 轴 均 由交 流 无 刷 伺 服 电 机 提 供 动 力 。 这 些 电 机 的 设 计 遵 循 完 全 封 闭 及 完 全 自 冷 的 原则 。 机 器 人 通 过 该 设 计 避 免 了 干 扰 信 号 传 入 通 信 系 统 。 交 流 伺 服 系 统 设 计 具有 保 护 及 警 告 电 路 功 能 ， 可 以 保 护 机 器 人 及 伺 服 电 机 免 遭 过 电 压 、 过 电 流 或不 正 确 操 作 的 损 害 和 能 源 浪 费 。 运 动 控 制 系 统 由 机 器 人 、 机 器 人 控 制 柜 、 示 教 盘 及 连 接 电 缆 和 轨 迹 跟 踪 系 统组 成 ；机 器 人 、 控 制 柜 、 示 教 盘 是 运 动 系 统 的 硬 件 部 分 ， 轨 迹 跟 踪 系 统 是 机 器 人 的运 动 控 制 核 心 。 轨 迹 跟 踪 系 统轨 迹 跟 踪 系 统 ： 在 进 行 机 器人 示 教 时 ， 把 将 要 进 行 喷 涂的 车 身 分 割 成 若 干 块 ， 通 过计 录 当 前 脉 冲 和 位 置 值 ， 停喷 时 机 器 人 同 步 随 行 ， 到 达命 令 位 置 继 续 喷 涂 。 中 央 控 制 部 分主 要 作 用 在 机 器 人 喷 涂 系 统 中 ， 中 央 控 制 部 分 通 过 各 种 总 线 及 网 络 通 信 ， 收 集 各部 分 的 相 关 信 息 并 进 行 综 合 处 理 。 它 严 格 按 照 规 定 的 程 序 对 各 部 分 发 出 控 制 指 令 ，及 时 反 馈 并 修 正 ， 使 各 部 分 安 全 有 效 地 协 同 作 业 。 中 央 控 制 部 分主 要 配 置 中 央 控 制 部 分 包 括 主 控 柜 、 操 作 柜 、 人 机 界 面 、 工 控 机 及 控 制 软 件 、 现场 总 线 网 络 和 以 太 网 等 。 现 场 总 线 网 络 ： 中 涂 、 面 涂 和 罩 光 清 漆 各 有 一 套 远 程 控 制 系 统 ， 每 套 远 程 控 制 系统 由 现 场 总 线 网 络 组 成 。 现 场 总 线 网 络 传 输 机 器 人 控 制 柜 内 部 的 相 关 信 息 ， 包 括车 型 信 息 、 喷 涂 表 调 用 、 开 关 枪 及 机 器 人 状 态 信 息 。 该 网 络 不 仅 传 输 各 喷 涂 控 制的 开 关 量 （ I/O） 信 号 ， 同 时 传 输 喷 涂 参 数 中 的 喷 杯 驱 动 空 气 压 力 ， 喷 杯 成 形 空 气压 力 和 高 电 压 等 模 拟 量 值 ， 还 传 输 反 馈 信 号 。以 太 网 ： 以 太 网 用 来 传 递 机 器 人 的 作 业 信 息 和 喷 涂 表 里 的 参 数 信 息 等 。 控 制 系 统采 用 以 太 网 高 速 传 送 喷 涂 参 数 及 机 器 人 作 业 信 息 。 系 统 还 可 以 通 过 网 络 模 块 与 现场 控 制 总 线 相 连 ， 通 过 网 络 传 输 将 现 场 信 息 传 递 给 中 控 室 计 算 机 。 这 样 就 能 够 在中 控 室 对 系 统 运 行 状 况 进 行 监 控 。 机 器 人 监 控 系 统 画 面机 器 人 监 控 系 统 画 面 中 央 控 制 部 分 采 用 PC机 作 为 上 位 机 ， 采 用 组 态软 件 制 作 人 机 界 面 ， 能 够 实 时 监 控 生 产 线 各 部 分 的 信 息 ， 并 对 不 同车 型 、 不 同 颜 色 分 别 累 计 产 量 ， 便 于 生 产 管 理 。 系 统 能 够 创 建 和 保存 喷 涂 参 数 表 ， 以 便 自 动 识 别 车 型 ， 并 根 据 输 入 的 喷 涂 颜 色 及 流 量自 动 完 成 换 色 和 喷 涂 作 业 。 安 全 保 护 部 分安 全 保 护 系 统 ： 机 器 人 动 作 速 度 较 快 且 体 积 较 大 ， 一 旦 碰 到 人 将 会 发 生 严 重 的 人 身 伤害 。 另 外 喷 涂 区 域 内 存 在 高 压 静 电 ， 如 不 慎 触 电 ， 也 会 发 生 人 身 事 故 。 系 统 要 求 在 自动 运 行 状 态 下 严 禁 人 员 出 入 机 器 人 喷 涂 工 位 ， 同 时 也 配 备 较 为 严 密 的 安 保 措 施 ： 例 如 ，在 喷 房 入 口 处 设 置 防 爆 高 压 显 示 指 示 灯 ， 当 系 统 高 压 启 动 时 ， 该 指 示 灯 点 亮 ， 表 示 高压 启 动 ， 严 禁 人 员 进 入 ； 在 进 入 喷 房 的 入 口 处 设 置 安 全 销 及 急 停 按 扭 ， 人 员 由 该 门 进入 喷 房 时 必 须 将 安 全 销 拔 下 方 可 进 入 ， 拔 下 安 全 销 时 系 统 产 生 急 停 报 警 ， 机 器 人 停 止动 作 ； 当 人 员 由 车 身 进 入 口 进 入 时 ， 喷 房 入 口 及 出 口 处 设 置 出 入 禁 止 光 电 管 ， 在 自 动待 机 状 态 下 有 人 员 进 入 时 ， 光 电 管 被 挡 住 后 发 出 信 号 给 安 全 控 制 系 统 ， 系 统 产 生 急 停报 警 并 停 机 ； 在 车 门 没 有 关 好 的 状 态 下 ， 车 身 进 入 喷 房 时 ， 喷 房 入 口 处 设 置 的 开 门 检测 行 程 开 关 动 作 ， 车 门 未 关 报 警 发 生 ， 输 送 链 停 止 行 进 ； 由 于 误 动 作 或 不 慎 碰 到 喷 杯或 喷 枪 时 ， 当 碰 撞 冲 击 超 过 一 定 值 时 ， 机 器 人 与 喷 杯 联 结 处 的 塑 料 螺 栓 首 先 断 裂 ， 该处 密 封 的 压 缩 空 气 无 法 保 持 设 定 压 力 ， 产 生 喷 枪 断 裂 报 警 ， 系 统 停 机 ， 该 保 护 系 统 可以 使 喷 杯 在 一 定 的 外 力 作 用 下 ， 连 接 处 最 薄 弱 的 环 节 首 先 断 裂 ， 从 而 避 免 直 接 损 害 喷杯 。 另 外 ， 机 器 人 工 作 的 喷 漆 室 为 易 燃 易 爆 场 所 ， 机 器 人 通 过 密 封 正 压 的 防 爆 空 气 来 实 现 电 气 系 统 与 危 险 场 所 的 隔 离 。 总 结机 器 人 喷 涂 系 统 运 用 了 当 代 比 较 先 进 的 科 学 技 术 ， 其 中 包 括 ： 电 机 的 变 频 、伺 服 驱 动 技 术 ， 气 动 控 制 技 术 ， 光 电 控 制 技 术 ， 现 场 总 线 技 术 ， PLC控 制 技 术和 计 算 机 控 制 技 术 等 。 机 器 人 依 靠 这 些 技 术 手 段 ， 通 过 示 教 操 作 后 严 格 执 行预 定 的 程 序 ， 就 能 够 较 好 地 完 成 人 们 需 要 反 复 做 的 各 种 动 作 ， 从 而 为 人 们 服务 。 但 是 ， 这 类 机 器 人 并 非 智 能 型 机 器 人 ， 要 让 这 些 机 器 人 更 好 地 工 作 还 需要 较 高 水 平 的 工 程 技 术 人 员 来 维 护 和 管 理 。