回轉體自動噴涂工作站的研制

孫德奎，李 慧，高云萌，劉 彤

SUN De-kui, LI Hui, GAO Yun-meng, LIU Tong

（北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

0 引言

長期以來，在我國制造業領域，產品外表面涂層噴涂一般采用手工作業，存在精度差、涂料利用率低、施工條件差等問題。隨著自動噴涂技術的發展，國內外相關領域開始采用機器人或專用裝備實現產品噴涂[1,2]。

本文介紹的回轉體自動噴涂工作站是針對某生產企業需求，依據待涂工件的外形特征而研制開發的。系統組成如下：

1）ABB IRB540型（短臂）噴涂機器人1臺；

2）回轉工作臺1臺；

3）涂料輸供系統1套；

4）真空吸附系統1套；

5）工作站總控制柜1臺。

工作時，通過真空吸附裝置將工件吸附在回轉工作臺面上，確保安全后，由控制系統控制回轉工作臺與噴涂機器人協調作業完成對工件的噴涂。

1 系統介紹

1.1 ABB IRB540型（短臂）噴涂機器人

蘊含人性化設計的IRB 540是一種平衡性極佳、結構精簡的機器人，采用獨有的FlexiWrist專利技術，極大地便利了人工編程操作（點對點連續路徑）。只需人工將機器人移至各個目標程序位置，然后按觸發鈕，系統將自動編寫RAPID程序指令。該機器人帶有工藝控制系統（IPS），能穩定保持出色的涂裝質量并防止過噴，減少原料耗用和浪費。具有涂料循環系統及控制，能實時監控涂料的流量，降低能量的消耗，并實現與機器人動作的精準同步，同時具有自動換色功能，提高生產效率。 IRB 540型（短臂）噴涂機器人是為中小型零件噴涂而設計的機器人[3]。

1.2 回轉工作臺

回轉工作臺，如圖1所示，由伺服電機經減速機驅動，經一對直齒齒輪帶動主軸旋轉，被噴工件經真空吸附安裝在主軸上部具有真空吸附作用的圓盤或凹槽中，與主軸同時旋轉，系統采用正壓防爆設計。

圖1 回轉體工作臺

回轉臺的工作由總控系統控制，可實現1～120rpm可調的連續回轉，總控系統根據不同的工件協調回轉工作臺運動配合機器人完成整個噴涂過程。

1.3 涂料輸供系統

涂料輸供系統，選用美國GRACO公司的產品，主要包括：自動HVLP空氣噴槍1把；2加侖標準壓力罐1個；隔膜泵1個、自動換色閥1個，管路1套及控制調節組件1套。

1.4 真空吸附裝置

回轉體工件放置于真空吸附裝置的密封圈上，通過抽真空的方式，將工件吸附在回轉臺上，并配有真空壓力檢測傳感器，實時監測真空壓力。當檢測壓力小于設定值，系統發出報警，同時回轉臺停止旋轉，防止工件掉落，確保系統安全作業。

1.5 工作站控制系統

1.5.1 總控系統

深入貫徹落實中央水利決策部署 全力加快推進新一輪治淮…………………………………………………… 錢 敏（24.70）

總控系統由上位機、下位機、伺服控制系統及機器人控制系統組成。

總控系統上位機采用研華的工控機，其主要負責系統的綜合管理，如系統功能顯示，系統狀態監控，自動生產數據統計及打印報表，故障記錄報警顯示管理，機器人離現示教和轉盤的示教等。下位機采用西門子公司的S7-200 PLC，通過系統的I/O接口與外圍系統進行連接，主要作用是對外圍信號、回轉裝置、總控臺指令信號、噴漆機器人系統信息進行實時處理，協調整個系統的工作。伺服控制器與PLC實時通訊完成對轉臺的控制。機器人控制系統與PLC實時通訊完成對噴涂機器人的控制。

1）總控系統硬件構成：

工業控制計算機：選用研華工控機。

PLC控制器：選用西門子公司的S7-200 PLC。

總控臺：包含電源控制電路及控制按鈕。

伺服控制系統：采用丹納赫S603伺服控制器。

上位監控組態軟件：選用杰控公司的FameView工業組態軟件對系統工作狀態進行監控。

2）外圍系統構成：

溫濕度儀表：測量噴房溫度及濕度，傳送至總控系統。負壓真空傳感器：檢測真空吸附度。

總控系統完成整個工作站的協調控制、外圍系統檢測、工作狀態監控、參數上傳及下載、 系統管理、系統維護、權限管理、系統故障顯示、系統信息打印等功能。

1.5.2 機器人控制系統

采用IRC5P系統，是高品質涂裝的捷徑，具有安裝調試簡單快捷，超常的正常運行時間，融合IPS技術，是集成式噴涂機器人控制系統。與總控系統實時信息交互，控制機器人本體軌跡實現，完成對回轉體工件的噴涂。

1.5.3 控制系統原理

如圖2所示。

圖2 控制系統原理圖

2 工作過程描述

系統上電后，總控系統檢測系統各單元的工作狀態是否正常，機器人系統自檢通過，也向總控系統發準備就緒信號，并在噴涂初始位置等待。

操作者在上位機輸入機器人噴涂程序號及噴涂參數，并設置好噴涂遍數，參數設置完畢，發出啟動命令?；剞D工作臺根據程序號，按照設置好的速度做旋轉，機器人啟動后分段完成對工件的噴涂作業。噴完第一遍，旋轉工作臺停轉，機器人回工作初始位置，控制系統自動發第二遍噴涂的信號，回轉工作臺帶動工件旋轉，機器人開始工件的第二遍噴涂。直至完成設定的噴涂遍數，回轉工作臺停止待命，機器人回工作初始位置，為一個噴涂過程結束。

工作流程如圖3所示。

圖3 工作流程圖

3 結束語

該自動噴涂工作站已實際應用于某單位，并已取得良好的使用效果。由于噴涂工件是危險品，工作站的投入使用，提高噴涂質量，同時將操作人員從密閉危險的環境下解放出來，實現自動化生產。

[1] Seegmiller N A. Precision robotic coating application and thickness control optimization for F-35 final finishes[J].SAE Journal,2010(3).

[2] 林青,沙春鵬,張波,徐磊,孫德奎,劉晨,趙宏劍,王崇.飛機進氣道自動噴涂設備研制[J].制造業自動化,2013:92-93.

[3] ABB機器人參考手冊 IPS結構[Z].2008.

[4] ABB機器人參考手冊 IPS結構[Z].2008.