FANUC機(jī)器人在車橋噴涂上的應(yīng)用

馬林科

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710021）

前言

近年來隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，客車、重型卡車、工程車等汽車市場需求迅速增長，尤其在2017年，重卡行業(yè)呈翻番式增長，這對各生產(chǎn)廠的產(chǎn)能提出了新的需求跟考驗(yàn)。傳統(tǒng)的車橋噴涂一般都是采用人工噴涂，該形式工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性均較低，漆料浪費(fèi)大。為了對該問題進(jìn)行改善，我公司對橋總成涂裝生產(chǎn)線進(jìn)行改造，在車橋噴涂過程中采用機(jī)器人噴涂系統(tǒng)，本文就此做以介紹。

1 前期方案準(zhǔn)備

對于在原有的生產(chǎn)線進(jìn)行改造，增加機(jī)器人噴涂系統(tǒng)，除要考慮機(jī)器人的選型問題外，還需重點(diǎn)考慮車間工藝布局及空間尺寸的問題。

1.1 機(jī)器人的選型

對于車橋噴涂機(jī)器人的選型，首先需要考慮工件的外形尺寸、噴涂位置面積、生產(chǎn)節(jié)拍、油漆相關(guān)參數(shù)等條件，從而來確定機(jī)器人噴涂系統(tǒng)和工藝布置方案。

圖1 P250iB機(jī)器人及運(yùn)動尺寸圖

原有涂裝線為普通懸鏈連續(xù)生產(chǎn)試結(jié)構(gòu)，鏈速范圍為（1.4-1.8）m/min，橋總成最大外形尺寸不超過2500mm×800 mm×600mm，在選擇機(jī)器人時需保證其工作軌跡范圍能夠完全覆蓋所需施工工件的相關(guān)表面,考慮到橋總成外形結(jié)構(gòu)變化差異較大，個別部位噴涂時機(jī)器人需繞過凸起或干涉部位，故選用了FANUC的P250iB機(jī)器人。該機(jī)器人最大活動半徑達(dá) 2800mm，機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)密封、防爆，且為空心手腕，避免了外部引線、管路等在運(yùn)行過程中纏繞等問題，P250iB機(jī)器人及運(yùn)動尺寸見圖1。

1.2 機(jī)器人的工藝布局

原有涂裝線噴漆室工藝布局為四個噴漆室，橋總成分左右兩部分進(jìn)行兩遍油漆噴涂，該布局結(jié)構(gòu)使得改造變得簡單，只需要將第一、二噴漆室改造為機(jī)器人噴涂，第三、四噴漆室由人工進(jìn)行補(bǔ)漆即可，唯一需要考慮的問題就是噴漆室內(nèi)部空間能否滿足PB250iB機(jī)器人的活動范圍。

圖2 噴漆室布局圖

為了驗(yàn)證P250iB機(jī)器人能否在噴漆室內(nèi)正常噴涂，通過發(fā)那科PaintPRO機(jī)器人噴涂離線編程軟件進(jìn)行模擬，將機(jī)器人在漆室內(nèi)的位置、橋總成數(shù)模和相關(guān)工藝參數(shù)導(dǎo)入后，對機(jī)器人的噴涂軌跡進(jìn)行編輯和模擬，確定機(jī)器人的合理安裝位置。經(jīng)過多次測試，噴漆室與懸鏈垂直方向墻壁與懸鏈距離偏近，導(dǎo)致機(jī)器人與墻壁安全距離太小，易發(fā)生撞墻風(fēng)險。如圖2所示，我們將噴漆室與懸鏈垂直方向進(jìn)行擴(kuò)建，增加噴漆室該方向的長度350mm。

2 橋型的識別

由于車橋的品種很多，需要在涂裝線上進(jìn)行混流生產(chǎn)，機(jī)器人在噴涂作業(yè)前必須知道當(dāng)前橋總成的型號，F(xiàn)ANUC機(jī)器人噴涂系統(tǒng)采用條形碼加載碼體系統(tǒng)進(jìn)行橋型識別和機(jī)器人自動噴涂。

在車橋上件處提供一把掃描槍將代表車橋類型的條形碼進(jìn)行掃描，掃描的信息將通過載碼體的讀寫頭寫入車橋掛具的載碼體中，當(dāng)車橋在進(jìn)入機(jī)器人噴房前，位于噴房前的讀寫頭將讀取掛具上的載碼體，讀出車橋的類型信息，該信息將發(fā)給機(jī)器人的系統(tǒng)控制柜。當(dāng)噴涂工件進(jìn)入噴房后，系統(tǒng)控制柜將工件類型發(fā)給每臺噴涂機(jī)器人，噴涂機(jī)器人就可以調(diào)取相應(yīng)的程序進(jìn)行噴涂。

3 輸送鏈同步跟蹤的實(shí)現(xiàn)

同步跟蹤是保證工件運(yùn)動與機(jī)器人噴涂動作正確實(shí)施的關(guān)鍵要素。系統(tǒng)通過脈沖編碼器實(shí)時檢測鏈速變化并把變化數(shù)值轉(zhuǎn)化為脈沖值，傳送給機(jī)器人控制器，始終保持示教時機(jī)器人動作與工件的相互位置與動作關(guān)系，從而確保噴涂質(zhì)量。

如輸送鏈停止，機(jī)器人能記憶當(dāng)前位置并停機(jī)，輸送鏈重新開動后機(jī)器人繼續(xù)執(zhí)行未完的部分程序。由于輸送鏈緊急停止或正常停止時可輸出相應(yīng)的信號給機(jī)器人系統(tǒng)，機(jī)器人根據(jù)本系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)采取相應(yīng)的動作，且記憶當(dāng)前的工作狀態(tài)，當(dāng)輸送鏈恢復(fù)正常時，機(jī)器人恢復(fù)到之前的工作狀態(tài)。

圖3 同步跟蹤系統(tǒng)

4 噴涂程序的合理規(guī)劃

機(jī)器人噴漆時，不同外形的橋型需分別對應(yīng)一個噴涂程序，這就要求針對每種不同外形的橋型，都需要編制有相應(yīng)的噴涂程序。

橋總成的噴涂程序主要是通過示教來編程的，故需要生產(chǎn)線停線進(jìn)行編程，這將直接影響到產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。這就要求我們在程序編制時能夠高效、高質(zhì)量的完成。

4.1 程序結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建

機(jī)器人噴涂應(yīng)用程序主要有兩種，即作業(yè)（Job）程序和進(jìn)程（Process）程序，作業(yè)程序中主要包含CALL指令，進(jìn)程程序中主要包含機(jī)器人的運(yùn)動指令。機(jī)器人生產(chǎn)時執(zhí)行的主程序必須為Job類型的作業(yè)程序，作業(yè)程序通過CALL指令來調(diào)用已編程好的進(jìn)程程序。

對于噴涂程序的創(chuàng)建，遵循的原則應(yīng)是通用性越強(qiáng)越好。從機(jī)器人的位置來看橋總成的外形，可以將橋總成分為主要的三大部分，即前制動鼓及輪轂部分、主減及橋殼部分、后制動鼓及輪轂部分，針對每部分分別編制程序，通過調(diào)用，完成主程序的編制。

某橋型噴涂作業(yè)程序內(nèi)容：

1: CALL Q_ZDG_335 調(diào)用 前制動鼓部分程序（335為制動鼓特征尺寸）

2: CALL HDM485_ZJ 調(diào)用 主減部分程序

3: CALL H_ZDG_335 調(diào)用 后制動鼓部分程序

4: CALL HOME 調(diào)用 HOME程序（回原點(diǎn)）

END 程序結(jié)束

由于同一類型橋總成，制動鼓及輪邊（轂）部分經(jīng)常是相同或外形尺寸稍有差異，完全可以調(diào)用相同的子程序進(jìn)行噴涂。將這三部分分別編制進(jìn)程（Process）程序后，當(dāng)出現(xiàn)新橋型時，只需對主減及橋殼部分程序內(nèi)容進(jìn)行示教更改即可完成新程序的編制，從而縮短新程序的編制時間。

4.2 機(jī)器人運(yùn)動軌跡的規(guī)劃

機(jī)器人運(yùn)動軌跡的規(guī)劃對機(jī)器人高效、穩(wěn)定的運(yùn)行具有重要意義，通過軌跡合理規(guī)劃，使機(jī)器人運(yùn)動平順，減少沖擊和振動，避免不必要的輔助運(yùn)動。

軌跡規(guī)劃其實(shí)就是將期望運(yùn)動的描述轉(zhuǎn)換成由時間序列定義的一條軌跡，而這一時間序列與機(jī)器人運(yùn)行時的初始點(diǎn)、經(jīng)過點(diǎn)、和終止點(diǎn)之間的位置有重要關(guān)系，圖4對橋總成噴涂時機(jī)器人運(yùn)動軌跡的初始點(diǎn)、經(jīng)過點(diǎn)、和終止點(diǎn)做一個就簡單的示意。

圖4 機(jī)器人噴漆運(yùn)動軌跡圖

5 機(jī)器人使用過程中的問題及解決方法

（1）懸鏈定位精度差，機(jī)器人時常撞槍。普通懸鏈吊掛噴涂，存在一個較大的缺點(diǎn)就是定位精度比較差，尤其當(dāng)機(jī)器人定位脈沖編碼器位置與機(jī)器人之間存在懸鏈張緊時，機(jī)器人在噴漆時與橋總成的位置偏差甚至可以達(dá)到10cm以上。

針對該問題可以從以下方面查找解決：

①脈沖編碼器位置與機(jī)器人位置中間不能有懸鏈的張緊設(shè)施存在，因?yàn)閺埦o設(shè)施的移動導(dǎo)致懸鏈的移動是不能被脈沖編碼器偵測到的；②橋總成在上件吊掛時不要空吊掛工位，或者有規(guī)律性的間隔吊掛，這樣橋總成在上下坡時不容易造成懸鏈堆積。③示教編程時，預(yù)留出安全距離。

（2）噴漆時橋總成同一部位噴槍不出漆。在噴涂橋總成時，時常會遇到同一噴涂程序，噴涂效果一直是正常的，突然出現(xiàn)連續(xù)批量性的該程序所噴涂的橋型每根橋的相同部位噴槍不出漆或出漆量特別少。

首先檢查，排除油漆、空氣管路，噴槍及氣壓等運(yùn)行正常。若以上問題均排除，將機(jī)器人示教器打到機(jī)器人噴漆時的程序跟蹤頁面，觀察機(jī)器人噴漆過程，當(dāng)噴槍剛開始不出漆之前，機(jī)器人關(guān)節(jié)四、五或六軸應(yīng)該有一個比較大幅度的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動（一般會大于135°），出漆不暢就是由于該大幅度的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動導(dǎo)致的油漆或空氣管路的不暢造成的。記錄下機(jī)器人噴涂時關(guān)節(jié)大幅度轉(zhuǎn)動的程序行數(shù)，重新示教對該處程序進(jìn)行更改，通過JOINT坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，加入過渡點(diǎn)引導(dǎo)機(jī)器人關(guān)節(jié)從反方向轉(zhuǎn)動到下一位置點(diǎn)。

（3）橋總成與機(jī)器人定位位置統(tǒng)一超前或偏后。由于機(jī)器人定位光電移動、懸鏈改造等原因，導(dǎo)致正常噴漆時機(jī)器人所有噴涂點(diǎn)都比實(shí)際要噴涂位置偏前或偏后。

圖5 示教器操作圖

圖6 示教器操作圖

將機(jī)器人退出生產(chǎn)模式，按以下操作在示教器上進(jìn)行更改即可完成重新定位：Menu—SETUP—Tracing（圖 5），找到圖6中界面，將第8行數(shù)字“1390” 進(jìn)行更改，若給該數(shù)值加50，則為噴槍定位位置相對于橋總成向懸鏈運(yùn)行方向移動50mm，減50則相反。

6 結(jié)語

通過對車橋涂裝線進(jìn)行機(jī)器人噴涂改造，不但提高了漆膜的外觀質(zhì)量，降低了漆料消耗，人工成本等，還提高了生產(chǎn)效率。隨著各主機(jī)廠對生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等方面要求的進(jìn)一步提高，機(jī)器人噴漆將成為不二選擇。

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