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噴涂機器人設計時與其他設備之間的關聯

【摘要】:
在汽車涂裝生產線的規劃設計中,與噴涂機器人直接有關的包括與其他設備(輸送系統、輸調漆系統等)之間的連鎖、與室體(噴漆室)配合、工作界面分工及其他設計、控制要求...
在汽車涂裝生產線的規劃設計中,與噴涂機器人直接有關的包括與其他設備(輸送系統、輸調漆系統等)之間的連鎖、與室體(噴漆室)配合、工作界面分工及其他設計、控制要求等,并要滿足規劃設計所使用的油漆特性和對壓縮空氣質量要求等。在對機器人選型、設計前,必須對生產線設計基礎數據(生產產品、節拍、節距、最大車型尺寸、最大噴涂面積等)、工藝要求及人性化設計方面進行綜合考慮,使機器人與其配套系統的規劃設計工作最佳化和合理化。
本文以DURR 噴涂機器人為例,簡單介紹規劃設計時機器人系統與其他設備之間的關聯,同時對其工作界面分工、接口以及要求等方面進行說明。
1 機器人與相關系統之間的連鎖
連鎖可分為機械和電氣連鎖,機器人與相關系統之間的連鎖就是電氣連鎖,電氣連鎖包括硬接線和軟接線連鎖。硬接線方式即傳統的接線方式,靠元件的輔助接點和導線連接來實現。硬接線系統具有可見的接線、接線端子、測試點。相對硬接線控制,采用先進的可編程控制器、計算機的軟連接編程控制等就是軟接線。機器人采取的連鎖信號主要包括:與輸送系統的運行信號、正常信號和急停信號;與噴漆室供排風系統的供排信號;與消防系統的噴房消防正常信號。它們之
間的連鎖不僅有硬接線連鎖,而且有軟接線連鎖。涉及安全連鎖信號,通常采用硬接線連鎖。
2 機器人與輸送系統之間的關聯
2.1 電氣及其通訊
機器人與輸送系統之間除正常的安全連鎖信號外,還有普通的信號交換、通訊,包括安裝在輸送鏈上的編碼器信號、車身(或噴涂物)在輸送鏈上的相對位置、產品(車身或噴涂物)型號和顏色(油漆代碼)等。
1)產品和顏色信息識別系統:要求系統具備自動和手動2 種工作模式。當產品數據無效或遺失時,可以用機器人系統的上位機手動操作進行選擇;當發生問題時,通過操作臺上的人機界面可以實現產品、顏色的輸入。噴涂系統可以識別輸送系統所發過來的空滑撬代碼,自動調整至非噴涂狀態。
2)顏色驗證:如果機器人系統接收到與定義不符的顏色代碼,系統將報錯,提醒工作人員處理。
3)產品信息:產品的型號和顏色信息由輸送系統負責及時地傳輸給機器人系統,機器人系統負責接收并識別輸送系統傳輸過來的信號。機器人與輸送系統的連鎖及通訊信號由機器人自行控制。當輸送裝置停止時,機器人會停止動作;當輸
送裝置再次運轉時,機器人將于其上次停止的地方繼續恢復工作,軟件系統不會發生重啟動故障報警,并能繼續進行從停止點起的仿形以及運動程序。
2.2 輸送系統
要求車身放在滑橇/ 輸送系統上的位置必須保證不變;輸送系統工作時必須不晃動以保證完美的噴漆;總公差由輸送系統、車身、滑橇和基礎組成,通常系統允許公差≤±10.0 mm,否則將直接影響漆膜厚度和噴涂質量。
2.3 工作界面分工
1)機器人系統在輸送鏈驅動軸外伸部分安裝編碼器及編碼器防護罩、安裝支架,檢測輸送鏈與機器人的連鎖運動。機器人系統負責與輸送系統的連鎖裝置,并自行接取輸送系統信號(含工件輸送系統運行、急停、準備就緒等信號)。
2)機器人系統需明確跟蹤編碼器安裝要求(安裝位方式等),而輸送系統需提供輸送鏈驅動軸的旋轉速度、相關圖紙及尺寸。同時要求輸送鏈驅動電機外伸軸有中心定位孔,以便于跟蹤編碼器的安裝。
3)針對電氣連鎖、通訊信號交換,如通信協議不一致,需要提供轉換器、放線及信號連鎖具體是機器人系統負責還是輸送系統負責,可根據實際情況自行規定(以下機器人與噴漆室供排風系統、消防系統、輸漆調系統等工作界面分工同理),通常采用“誰用誰取誰放線”等原則。
2.4 機器人與輸調漆系統之間的關聯
1)涂料
涂料系統溫度必須保持恒定,其溫度控制范圍為(22±2)℃,同時針對不同的涂料著重點不同,如水性涂料的黏度、溶劑型涂料的電阻率。涂料種類可分為水性油漆、溶劑型涂料、高黏度油漆等。不同的涂料所要求輸送到噴漆室壁板(與機器人涂料管路對接)的壓力不同,同時要求涂料壓力穩定、無脈動。涂料要同時滿足每個霧化器的最大消耗量,包括噴涂和預加載時霧化器最大消耗量,其中涂料循環速度必須可調,以便更好地滿足現場實際生產的需要。
2)清洗劑
清洗劑(即去離子水、溶劑)輸送到噴漆室壁板所需的壓力要滿足實際需要,同時要求清洗劑壓力穩定、無脈動,并滿足每個霧化器的最大消耗量。為了實現高效的清洗效果,它必須保證所用供漆
的清洗劑有一個充分溶解所有涂料材料并應用于整個涂料系統。之后,涂料可分為相應的清洗程序,清洗程序和清洗時間不同。
3)明確涂料顏色數量,減少清洗劑和溶劑浪費噴涂站通常分為底漆(中涂)站、色漆站、清漆站,需明確各站機器人數量、涂料循環方式(單線循環系統、兩線循環系統、三線循環系統等)、涂料(顏色)數量、清洗劑數量以及廢溶劑回流線等。既要滿足設計和使用要求,又要避免浪費。
2.5 工作界面分工
1)機器人所使用的涂料、清洗劑(含霧化器自動清洗裝置所用的清洗劑) 由輸調漆系統負責連接至噴漆室內壁板處的球閥接口處,機器人負責接至機器人管路、部件的提供以及安裝。
2)為了更好地滿足涂裝生產線的柔性化生產,規劃的噴涂顏色不能滿足實際需要,通常要求機器人系統為每臺機器人預留、安裝一套包含清洗劑、涂料、壓縮空氣快速接頭以及相應管路,用于噴涂小系統供給的涂料,更好地滿足實際生產的需要。
3)如果要求具備廢溶劑回收功能,需由機器人系統提出廢溶劑收集盒及霧化器自動清洗裝置的位置和接口尺寸,以便廢溶劑回收設備安裝和回收。
3 機器人對噴漆室要求和對地電阻
3.1 對噴漆室要求
噴漆室具備正常噴涂的條件即噴漆室內相對濕度、溫度和風速均要達到設計要求,其中相對濕度需針對具體的涂料,如對溶劑型涂料、水性涂料等,其相對濕度要求不同。
3.2 對地電阻
通常包括車身與大地之間的電阻;兩個部件之間的電阻(塑料或金屬部分);白車身(待噴涂)與大地之間的電阻;2 個單獨的部件之間的電阻(塑料或金屬部分);滑橇(待噴涂)與大地之間的電阻;噴漆室的每個點和輸送系統的對地電阻。其中必須注意的是所有部件安裝在車身或滑橇上噴涂時必須具有導電性。
3.3 信號連鎖
機器人系統與噴漆室供排風系統連鎖:當噴房供排風系統沒有正常運行時,機器人系統要有相應的報警和相應的動作。機器人系統與消防系統連鎖:當消防系統發出火警信號時,機器人系統應停止相應的動作,切斷高壓電源、運動軸電源,關閉涂料、溶劑、壓縮空氣管路,并發出報警指示。
3.4 工作界面分工
3.4.1 機器人基礎
機器人系統在詳細設計時,機器人需將動靜載荷要求及具體安裝位置等詳細資料提供給噴漆室設計方,以便對室體進行設計。負責噴漆室室體設計、制作、加工、安裝的過程包含機器人基礎,同時要求符合機器人所提供的負載、安裝位置、大小尺寸和高度。
3.4.2 人身安全及危險防御
每一個機器人站點室體的出入門上都設置一個急停安全開關,并與自動噴涂系統相連鎖,保證人員處于室體之外。機器人區域進口及出口配備有光柵屏蔽開關,每個安全開關都必須接入每個自動系統控制器。激活任何室體內任何一個安全線路,便可以停止室內設備的運行,中斷噴涂程序。在停止的地方重新啟動系統不影響噴涂的質量(發生急停時除外)。
機器人系統部分配套設備需安裝于噴漆室室體上,這就需要機器人系統將安裝在噴漆室室體上的各安全開關、配套設備的安裝位置、尺寸等詳細資料提供給噴漆室設計方,以便于對室體進行設計、預留,確保機器人系統安裝在噴漆室上的設備滿足使用要求。
4 機器人對壓縮空氣的要求
1)壓縮空氣壓力、位置、消耗量機器人系統需明確所有機器人及配套設備供氣動態壓力(通常為0.6 MPa)大小,以及每小時所消耗的壓縮空氣使用點的體積(Nm3/h)和總的體積(Nm3/h)。
2)壓縮空氣質量
因空壓機輸出的壓縮空氣是不干凈的,除了含有水(包括水蒸氣、凝結水)和懸浮物外,還有油(包括油霧、油蒸氣)。這些污染物對提高生產效率、降低運行成本、提高產品質量是不利的,因此在壓縮空氣供應到機器人及配套設備之前就需要進行一系列的干燥凈化處理。其中壓縮空氣質量等級標準ISO 8573.1 把壓縮空氣中的污染物分為固體雜質、水和油,對于機器人所需的噴霧空氣質量具體要求如下:
①壓力露點(即干濕程度)≤- 20 ℃,可通過干燥器來達到;②殘余含塵量(即塵埃粒徑和濃度)≤0.1mg/m3(對應粒徑為0.1 μm),可通過過濾器來達到;③殘余含油量(即單位體積壓縮空氣含油質量多少)≤0.01 mg/m3,通過過濾器來達到。因壓縮空氣質量的高低直接影響投資和生產費用的高低,所以應該避免過高的質量要求。使用干燥的及相應無塵和無油的壓縮空氣較為經濟實用,這樣可以避免油、水或冰以及灰塵引起機器人本體及元器件等多種故障,并可避免廢品發生及生產停頓。
3)接入機器人、電離站等所需的壓縮空氣管路接口,通常以螺紋標準符合DIN / ISO 228 標準為準。
4)工作界面分工公用動力將提供符合機器人系統要求(壓力、流量、質量等)的0.6 MPa壓縮空氣,并負責將符合條件的壓縮空氣引入每個機器人的氣動柜(具體工作界面分工可視情況而定);如機器人系統需要高于0.6 MPa的壓縮空氣,則由機器人提供壓縮空氣增壓裝置,并能滿足使用需求。另外要求機器人的氣動柜內設有過濾器、調壓器和壓力表等,以進一步確認壓縮空氣是否達到實際使用要求。
5 其他設計、控制要求
5.1 供電要求
機器人系統根據機器人的數量(包含各個機器人站的消耗量和連接量)和配套設備提出具體供電要求,以便滿足現場設備正常運行。
工作界面分工:通常是公用動力提供一路滿足要求的380 V 三相五線電源到機器人系統主電控柜(具體工作界面分工可視情況而定),機器人系統內部供電自行分配或到此點接取電源,并負責此點后的所有電路的提供及連接。
5.2 中控室信息
要求所有噴涂機器人站與中控室有信息交換,即這些設備的上位機要連入設備控制以太網,允許相關人員在中控室或其他監控站能夠監控噴涂機器人站具體機器人的運行狀態和報警信息。
機器人系統負責在機器人站控制柜內提供一個RJ45 以太網接口,并在PLC 程序中準備好機器人站狀態信息和基本故障信息的數據塊,由中控自行讀取,其他均由中控室負責。
5.3 車型識別防錯系統
為了確保車身的信息準確無誤,機器人系統應在底漆(中涂)線、面漆線入口各設有一個產品識別系統,該系統將數據傳送至控制器,同時與輸送系統所傳輸給機器人系統的產品型號進行比對,如果一致,將正確調用機器人噴漆仿型、噴漆參數;否則系統將報錯,提醒工作人員處理。
6 結語
通過了解和掌握涂裝噴涂機器人系統與其他設備、室體之間的關聯,為汽車涂裝生產線中機器人系統規劃設計工作起到關鍵性的作用,直接影響、制約生產產品質量和投資成本。根據生產線規劃設計基礎數據、工藝要求及機器人系統與關聯設備、室體之間的密切配合,明確他們之間連鎖、工作界面、接口以及要求的分工。及時有效、合理分工、相互配合處理解決和完善設計中關聯設備問題,機器人系統設計才得以完善。

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