KUKA機器人車身打號機的工作流程及故障分析

周麗　劉雙喜　雋珽

摘要：本文介紹了KUKA機器人車身打號系統，它主要用于混合車型的車號打印，較詳細的介紹了車身打號機的自動流程及出現問題后的解決措施。

關鍵詞：KUKA機器人打號系統

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)06(c)-0072-02

1 引言

工業機器人是一種通過重復編程和自動控制,能夠完成制造過程中某些操作任務的多功能、多自由度的機電一體化自動機械裝備和系統[1]。1962年美國Unimation公司的第一臺工業機器人“UNIMATE”在美國通用汽車公司(GM)投入使用,這標志著第一代機器人的誕生,從此,工業機器人技術不斷進步,產品不斷改進和完善,逐步發展形成了第一代可編程控制再現型工業機器人及其技術。進入20世紀80年代,工業機器人的制造形成產業,并被廣泛用于制造行業。如美國的PUMA機器人、意大利的SMART機器人、日本的MOTOMAN機器人、德國的KUKA機器人、ABB公司的IRB機器人等。

2 車身打號機的結構

車身打號機設備是用于混合打印速騰、邁騰、高爾夫、邁騰CC等車型的車身底盤號。車身底盤號的打印是用KUKA機器人來驅動的,右邊的機器人是主機,用于平時的正常打印,左邊的機器人用于備用,在主機有故障的情況下使用。KUKA機器人的打印頭可以打印幾種車型[3],可以分車型更換打印頭,車身數據與傳感器感應出不同的車型,機器人做出不同的運動軌跡,來打印不同區域。為了避免車身的晃動固定車身,所以要用夾具夾緊,保證打印質量。打印頭通過機器人移動到打印區域,為了避免機器人的硬接觸的碰撞安裝了橡膠片作為緩沖,貼緊打印區域后夾具就伸出旋轉夾具,開始打印VIN號。

3 車身打號機的工作原理

在打印過程中,通過PEPPERL+FUCHS讀取數據載體上的VIN號,讀來的VIN號再和打印控制FIS系統傳來VIN號進行比較正確后,又通過傳感器的識別,再次比較。工作站上方的超聲波傳感器檢測車身前端發動機蓋是否打開,程序開始啟動機器人手臂位置移動到打印頭在車身側面打印區域,打印過程開始執行[2]。打印完畢后,打印頭開始倒退過程,機器人回基準位置,然后機器人執行打印頭校基準點。校準位置后機器人回它的基準位置氣缸下降,車身回到雪橇線上。執行完畢然后車身移動,打號機結束動作過程。

4 車身打號機的工作過程

4.1 一般運行

在一般運行中只有一個機器人運行,不能同時有兩個同時運行,程序設定也是不可能的。系統通過VIN號的第七位和第八位的號,又通過傳感器的識別,進行比較,一致后驅動機器人運行該車打印號碼位置的軌跡,打印該車身,這就是一般運行。

4.2 緊急運行

緊急運行指的是一臺設備在故障維修,另一臺備機進行打印工作的運行稱為緊急運行。兩臺設備都有相同的功能。

4.3 自動過程

自動開始前的初始位置:機器人從基準位置切換到自動運行狀態,經過打印頭控制系統和SPS無故障循環過程后,車身進入工作站。在SPS滾條線的車身占位信號置位,準備讀取數據載體上的數據。通過Profibus讀取數據載體上的PKN號,并且同時打印設備上的信號“讀取PKN”置位。讀來的PKN號從打印控制系統的數據庫中尋找從FIS傳來有效的VIN號。緊接著打印設備將有效的VIN號通過總線寫入,SPS識別VIN號中的車型識別位(在VIN號中的7和8位)來確定在工作站上的車型。在工作站上方的超聲波傳感器再一次的檢測車型。信號“側面空”,“確認到達”和“確認結束”將返回置位。車身位置檢測汽缸托起車身,用前兩個超聲波檢測車身前端發動機蓋是否打開。SLW程序１開始啟動,機器人手臂位置移動到打印頭在車身側面打印區域。打印過程開始執行,打印完畢后,打印頭開始倒退過程,機械手回基準位置,然后機械手執行打印頭校基準點,到工作臺上接觸到基準點傳感器。校準位置后機械手回它的基準位置,汽缸下降,車身回到車架位置。SPS置位信號“執行完畢”,然后車身移動,使“車身占位”信號返回置位,SPS置位“側面空”,車身“確定到達”和“確定結束”信號。

5 SICK安全保護裝置

設備上的保護裝置來自于SICK公司,它是采用光電感應的,分發射和接受,這樣就能組成一個有效的保護面。分為四個組,兩對安裝在工作區域的入口和出口,它的運行方式是在沒有車身進入或駛出工作區域時,總是激活運行的,防止人員進入機器人工作區域,造成不必要的人身安全事故。另外在兩個機器人靠滾條線側的一邊各有兩對光電感應器,它安裝的作用是用于維修,當一臺機器人設備有故障時,為了保證流水線的繼續運行,啟用備用的一臺工作,人員進入一臺有故障的維修區域,用鑰匙打開有故障側的門,進入區域維修,那時有故障側的光電感應器起作用,人員的活動區域一旦超過光電感應器設定的區域,就出現停機現象,所以這是為避免誤入另一臺工作的機械手區域而設立的保護裝置,清楚的分割機器人工作區域和緊急維修區域。

在設備的各個操作區域都安裝著警停的按鈕,以便發生特別緊急情況下緊急處理。為了方便維修,特別的在兩個機器人工作區域的外側各按上了門鎖,進入區域時要在旁邊的控制盒用鑰匙切換到接通保護門鎖,有了這樣的條件,門才能打開[4]。

6 故障報警

設備所有的故障報警都可以在這個頁面中查詢得到,不管是當時的還是歷史記錄著的。報警頁分為兩部分：按一次報警頁的按鈕時,即進入一個窗口頁面,一個是當時發生故障時,記錄著還沒有排除和未復位的信息,故障發生時,系統會記錄著發生的時間日期,故障的內容。當在及時報警頁面時,再按一次報警頁的按鈕,就會切換到另一個窗口,這個窗口記錄著所有以前發生的故障信息和時間,排除故障的時間,以便維修人員查詢歷史記錄。紅色的報警是表示故障發生出現的時刻;藍色報告條表示故障出現后,操作員沒有按確認按鈕鍵,直接在故障即時跳出的顯示字條屏上確認的時間記錄;綠色表示故障排除后確認復位開啟時的記錄。當故障出現時,故障顯示字條會即時出現在操作屏幕上,以便你確認[5]。

7 易出現的問題及解決措施

出現的問題：車身打號機器人進入車身打號區域時,造成翼子板劃傷的質量缺陷;同時,在與車身鈑金刮碰后,打印頭車身檢測傳感器磨損嚴重導致設備故障,嚴重影響本工位生產節拍、造成生產終端車輛滯留;平均日滯留車為30多輛。直接成為總裝車間“產能釋放”的瓶頸。

解決措施：反復測量計算車身翼子板與打號機器人之間的空間距離后,確定翼子板內側供給打號機器人工作的空間過于狹小;于是將打號機器人軌跡進行優化,使之與翼子板保持安全工作距離,再將原有的車身檢測傳感器結構重新設計同時將傳感器升級為檢測功能更強的新型號;最后將機器人程序參數進行優化,使機器人工作站每臺車工作時間縮短2～3秒鐘;從而實現保證車身質量、提高本工位生產效率的既定目標。

解決效果：通過優化打號機器人程序參數和機械結構,將翼子板劃傷率將為零、全年消除9240臺返修滯留車、打號機器人工作站單車工作時間降低為61秒以內,實現每個月增產481臺。

8 結語

汽車增型最主要的是改造生產線。采用機器人可提高汽車生產線的通用性,使多種車型能共線生產,改造量降至最小,是降低汽車增型投資成本的主要措施之一。中國著名一汽大眾汽車有限公司的總裝生產線已普遍使用KUKA機器人,來提高生產率。

參考文獻

[1] 劉衛平,王明泉.PLC的發展及應用前景[J],機械管理開發,2009(10).

[2] 武鋒.可編程控制器PLC的基本原理及應用,電子世界,2002(11).

[3] 卞洪元.基于PLC控制的工業機器人系統的研究與實現[M],東南大學,2005(3).

[4] 徐蘭欣.西門子PLC在轎車組合儀表試驗系統中的應用,工程與試驗,2008(4).

[5] 許海峰.PLC的應用,才智,2008(5).