工业机器人技术及应用.ppt

工业机器人技术及应用 涂装机器人及其操作应用 讲授 王兴 章节目录 8 1涂装机器人的分类及特点 8 2涂装机器人的系统组成 8 3涂装机器人的作业示教 思考练习 学习目标导入案例 扩展与提高本章小结 课堂认知 8 4涂装机器人的周边设备 8 4 1周边设备 8 4 2工位布局 返回 目录 1 42 课前回顾 所 处 位 置 简述点焊机器人的简单作业编程 简述弧焊机器人与点焊机器人的作业编程有何区别 课 前 回 顾 返回 目录 2 42 学习目标 所 处 位 置 了解涂装机器人的分类及特点 能够识别涂装机器人工作 掌握涂装机器人的系统基本组 站基本构成 学 成 习 能够进行涂装机器人的简 熟悉涂装机器人作业示教的基 目 单作业示教 标 本流程 熟悉涂装机器人典型周边设备 与布局 返回 目录 3 42 认知目标 能力目标 导入案例 助力涂装工业杜尔公司在中国成功安装第7000台机器人 所 处 位 置 杜尔公司的第二代涂装机器人EcoRPE32 33的首次亮相是在2005年9 月 此后不久 该机器人就在正式生产 中显示了它非凡的实力 导 入 2013年 杜尔将在中国为长安福特 案 例 建设两个涂装车间 长安福特的重庆涂 装车间主要依赖于福特成熟的 高效节 能的三湿高固工艺 该工艺对涂装技术 提出了严格的要求 杜尔RoDip技术能 提供目前最好的防腐保护 在帮助工厂节省空间和材料的同时 很好地实 现了绿色涂装 返回 目录 4 42 8 1涂装机器人的分类及特点 所 处 涂装机器人作为一种典型的涂装自动化装备 涂装机器人与传统的机 位 置 械涂装相比 具有以下优点 1 最大限度提高涂料的利用率 降低涂装过程中的VOC 有害挥发性有机 物 排放量 课 堂 认 2 显著提高喷枪的运动速度 缩短生产节拍 效率显著高于传统的机械涂 知 装 3 柔性强 能够适应于多品种 小批量的涂装任务 4 能够精确保证涂装工艺的一致性 获得较高质量的涂装产品 5 与高速旋杯经典涂装站相比可以减少大约30 40 的喷枪数量 降低 系统故障概率和维护成本 返回 目录 5 42 8 1涂装机器人的分类及特点 国内外的涂装机器人大多数从构型上仍采取与通用工业机器人相似的5或 所 6自由度串联关节式机器人 在其末端加装自动喷枪 按照手腕构型划分 涂 处 位 装机器人主要有 球型手腕涂装机器人和非球型手腕涂装机器人 置 课 堂 认 知 a 球型手腕涂装机器人 b 非球型手腕涂装机器人 返回 目录 涂装机器人分类 6 42 8 1涂装机器人的分类及特点 所 球型手腕涂装机器人球型手腕涂装机器人与通用工业机器人手腕构型 处 位 类似 手腕三个关节轴线相交于一点 目前绝大多数商用机器人所采用 置 的Bendix手腕 课 堂 认 知 a Bendix手腕结构 b 采用Bendix手腕构型的涂装机器人 返回 Bendix手腕结构及涂装机器人 目录 7 42 8 1涂装机器人的分类及特点 所 非球型手腕涂装机器人非球型手腕涂装机器人 其手腕的3个轴线并非 处 位 如球型手腕机器人一样相交于一点 而是相交于两点 根据相邻轴线的 置 位置关系又可分为正交非球型手腕和斜交非球型手腕两种形式 1 正交非球型手腕 相邻轴线夹角为90 课 堂 2 斜交非球型手腕手腕相邻两轴线不垂直 而是成一定的角度 认 知 返回 a 正交非球型手腕 b 斜交非球型手腕 目录 非球型手腕涂装机器人 8 42 8 1涂装机器人的分类及特点 所 涂装作业环境充满了易燃 易爆的有害挥发性有机物 除了要求涂装机器人 处 位 具有出色的重复定位精度和循径能力及对其防爆性能有较高的要求外 仍入如下 置 特殊的要求 课 1 能够通过示教器方便的设定流量 雾化气压 喷幅气压以及静电量等 堂 认 知 涂装参数 2 具有供漆系统 能够方便的进行换色 混色 确保高质量 高精度的 工艺调节 3 具有多种安装方式 如 落地 倒置 角度安装和壁挂 4 能够与转台 滑台 输送链等一系列的工艺辅助设备轻松集成 5 结构紧凑 方便减少喷房尺寸 降低通风要求 返回 目录 9 42 8 2涂装机器人的系统组成 典型的涂装机器人工作站主要由涂装机器人 机器人控制系统 供漆系统 所 自动喷枪 旋杯 喷房 防爆吹扫系统等组成 处 位 置 课 堂 认 知 1 机器人控制柜 2 示教器 3 供漆系统 4 防爆吹扫系统 5 涂装机器 人 6 自动喷枪 旋杯 涂装机器人系统组成 返回 目录 10 42 8 2涂装机器人的系统组成 涂装机器人与普通工业机器人相比 操作机在结构方面的差别除了球型手 所 腕与非球型手腕外 主要是防爆 油漆及空气管路和喷枪的布置导致的差异 处 其特点有 位 置 1 一般手臂工作范围宽大 进行涂装作业时可以灵活避障 2 手腕一般有2 3个自由度 轻巧快速 适合内部 狭窄的空间 及复杂工件的涂装 课 3 较先进的涂装机器人采用中空手臂和柔性中空手腕 堂 认 4 一般在水平手臂搭载喷漆工艺系统 从而缩短清洗 换色时间 知 提高生产效率 节约涂料及清洗液 返回 柔性中空手腕 集成于手臂上的涂装工艺系统 目录 11 42 8 2涂装机器人的系统组成 涂装机器人控制系统主要完成本体和涂装工艺控制 体的控制在控制原理 所 功能及组成上与通用工业机器人基本相同 喷涂工艺的控制则是对供漆系统的 处 控制 位 置 供漆系统主要由涂料单元控制盘 气源 流量调节器 齿轮泵 涂料混合 器 换色阀 供漆供气管路及监控管线组成 课 堂 认 知 a 流量调节器 b 齿轮泵 返回 c 涂料混合器 d 换色阀 目录 涂装系统主要部件 12 42 8 2涂装机器人的系统组成 涂装工艺包括空气涂装 高压无气涂装和静电涂装 静电涂装中的旋杯 所 式静电涂装工艺具有高质量 高效率 节能环保等优点 处 位 置 空气涂装所谓空气涂装 就是利用压缩空气的气流 流过喷枪喷嘴 孔形成负压 在负压的作用下涂料从吸管吸入 经过喷嘴喷出 通过 压缩空气对涂料进行吹散 以达到均匀雾化的效果 空气涂装一般用 课 于家具 3C产品外壳 汽车等产品的涂装 堂 认 知 a 日本明治FA100H P b 美国DEVILBISST AGHV c 德国PILOTWA500 返回 自动空气喷枪 目录 13 42 8 2涂装机器人的系统组成 涂装工艺包括空气涂装 高压无气涂装和静电涂装 静电涂装中的旋杯 所 式静电涂装工艺具有高质量 高效率 节能环保等优点 处 位 高压无气涂装高压无气涂装是一较先进的涂装方法 其采用增压泵 置 将涂料增至6 30MPa的高压 通过很细的喷孔喷出 使涂料形成扇形雾 状 具有较高的涂料传递效率和生产效率 表面质量明显优于空气涂 装 课 静电涂装静电涂装一般是以接地的被涂物为阳极 接电源负高压的涂 堂 认 料雾化结构为阴极 使得涂料雾化颗粒上带电荷 通过静电作用 吸附 知 在工件表面 常应用于金属表面或导电性良好且结构复杂 或是球面 圆柱体涂装 返回 ABB溶剂性涂料高速旋杯式静电喷枪 ABB水性涂料高速旋杯式静电喷枪 目录 高速旋杯式静电喷枪 14 42 8 2涂装机器人的系统组成 涂装工艺包括空气涂装 高压无气涂装和静电涂装 静电涂装中的旋杯 所 式静电涂装工艺具有高质量 高效率 节能环保等优点 处 位 置 1 5 2 课 4 堂 认 知 3 1 供气系统 2 供漆系统 3 高压静电发生系统 4 旋杯 5 工件 高速旋杯式静电喷枪工作原理 返回 目录 15 42 8 2涂装机器人的系统组成 防爆吹扫系统主要由危险区域之外的吹扫单元 操作机内部的吹扫传感器 所 控制柜内的吹扫控制单元三部分组成 处 位 置 3 8 1 防爆工作原理 吹扫单元通过柔 课 堂 性软管向包含有 认 电气元件的操作 知 机内部施加过压 4 阻止爆燃性气体 2 进入操作机里面 同时由吹扫控制 5 单元监视操作机 吹扫区域 内压 喷房气压 危险区域 7 当异常状况发生 6 1 空气接口 2 控制柜 3 吹扫单元 4 吹扫单元控制电缆 时立即切断操作 5 操作机控制电缆 6 吹扫传感器控制电缆 7 软管 机伺服电源 8 吹扫传感器 返回 目录 防爆吹扫系统工作原理 16 42 8 3涂装机器人的作业示教 涂装是一种较为常用的表面防腐 装饰 防污的表面处理方法 其规则之一 所 需要喷枪在工件表面做往复运动 处 位 TCP点确定 置 对于涂装机器人而言 其TCP一般设置在喷枪的末端中心 且在涂装作业 中 高速旋杯的端面要相对于工件涂装工作面走蛇形轨迹并保持一定的距离 课 堂 认 知 a 工具中心点的确定 b 喷枪作业姿态 返回 喷涂机器人TCP和喷枪作业姿态 目录 17 42 8 3涂装机器人的作业示教 为达到工件涂层的质量要求 须保证 所 处 1 旋杯的轴线始终要在工件涂装工作面的法线方向 位 置 2 旋杯端面到工件涂装工作面的距离要保持稳定 一般保持在0 2m左右 3 旋杯涂装轨迹要部分相互重叠 一般搭接宽度为2 3 3 4时较为理想 并 保持适当的间距 课 4 涂装机器人应能迎上和跟踪工件传送装置上的工件的运动 堂 认 5 在进行示教编程时 若前臂及手腕有外露的管线 应避免与工件发生干涉 知 钢制箱体表面涂 装作业 喷枪为高转 速旋杯式自动静电涂 程序点8 程序点1 装机 配合换色阀及 程序点2 涂料混合器完成旋杯 程序点7 程序点3 程序点6 打开 关闭进行涂装 作业 由8个程序点 程序点4 构成 返回 程序点5 目录 涂装机器人运动轨迹示意图 18 42 8 3涂装机器人的作业示教 涂装作业程序点说明 所 程序点 说明 程序点 说明 程序点 说明 处 位 程序点1 机器人原点 程序点4 涂装作业中间点 程序点7 作业规避点 置 程序点2 作业临近点 程序点5 涂装作业中间点 程序点8 机器人原点 程序点3 涂装作业开始点 程序点6 涂装作业结束点 课 堂 设定作业条件 登录程序点8 示教前的准备 认 知 登录程序点7 新建一个示教程序 运行确认 登录程序点1 登录程序点6 再现喷涂 登录程序点2 登录程序点5 返回 登录程序点3 登录程序点4 目录 涂装机器人作业示教流程 19 42 8 3涂装机器人的作业示教 1 示教前的准备 所 处 位 1 工件表面清理 置 2 工件装夹 3 安全确认 4 机器人原点确认 课 2 新建作业程序 堂 认 点按示教器的相关菜单或按钮 新建一个作业程序 Paint sheet 知 3 程序点输入 涂装作业示教 程序点 示教方法 按第3章手动操纵机器人要领移动机器人到原点 程序点1 将程序点插补方式选 PTP 机器人原点 确认保存程序点1为机器人原点 手动操纵机器人移动到作业临近点 调整喷枪姿态 程序点2 将程序点插补方式选 PTP 作业临近点 返回 确认保存程序点2为作业临近点 目录 20 42 8 3涂装机器人的作业示教 程序点 示教方法 所 保持喷枪姿态不变 手动操纵机器人移动到涂装作业开始点 处 将程序点插补方式选 直线插补 程序点3 位 置 确认保存程序点3为作业开始点 涂装作业开始点 如有需要 手动插入涂装作业开始命令 保持喷枪姿态不变 手动操纵机器人依次移动到各涂装作业中间点 程序点4 5 课 将程序点插补方式选 直线插补 堂 涂装作业中间点 认 确认保存程序点4 5为作业中间点 知 保持喷枪姿态不变 手动操纵机器人移动到涂装作业结束点 将程序点插补方式选 直线插补 程序点6 确认保存程序点6为作业结束点 涂装作业结束点 如有需要 手动插入涂装作业结束命令 手动操纵机器人移动到作业临近点 程序点7 将程序点插补方式选 PTP 作业规避点 确认保存程序点7为作业规避点 手动操纵机器人移动机器人到原点 程序点8 将程序点插补方式选 PTP 机器人原点 返回 确认保存程序点8为机器人原点 目录 21 42 8 3涂装机器人的作业示教 4 设定作业条件 所 涂装作业条件的登录 主要涉及 设定涂装条件 文件 涂装次序指令 处 位 的添加 置 设定涂装条件涂装条件的设定主要包括涂装流量 雾化气压 喷幅 调 扇幅 气压 静电电压以及颜色设置表等 课 堂 添加涂装次序指令在涂装开始 结束点 或各路径的开始 结束点 手 认 知 动添加涂装次序指令 控制喷枪的开关 涂装条件设定参考值 喷幅 枪速 吐出量 旋杯 空气压 工艺 搭接 U静电 mm mm 1 mL 1 kr 1 kV 力 MPa 条件 宽度 s min min 参考 2 3 3 300 400 600 800 0 500 20 40 60 90 0 15 值 4 5 检查试运行 1 打开要测试的程序文件 返回 2 移动光标到程序开头 目录 3 持续按住示教器上的有关 跟踪功能键 实现机器人的单步或连续运转 22 42 8 3涂装机器人的作业示教 6 再现涂装 所 处 1 打开要再现的作业程序 并移动光标到程序开头 位 置 2 切换 模式转换 至 再现 自动 状态 3 按示教器上的 伺服ON按钮 接通伺服电源 4 按 启动按钮 机器人开始再现涂装 课 堂 综上 涂装机器人的编程搬运 码垛 焊接机器人编程相似 亦是通 认 过示教方式获取运动轨迹上的关键点 然后存入程序的运动指令中 对于 知 大型 复杂曲面工件的编程则更多地采用离线编程 各大机器人厂商对于 喷涂作业的离线编程均有相应的商业化软件推出 比如ABB的RobotStudio Paint和ShopFloorEditor 这些离线编程软件工具可以在无需中断生产的前 提下 进一步简化编程操作和工艺调整 返回 目录 23 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 1周边设备 所 处 常见的涂装机器人辅助装置有机器人走行单元 工件传送 旋转 单元 位 空气过滤系统 输调漆系统 喷枪清理装置 喷漆生产线控制盘等 置 1 机器人走行单元与工件传送 旋转 单元主要包括完成工件的传送及旋转动 作的伺服转台 伺服穿梭机及输送系统 和完成机器人上下左右滑移的走行单元 课 涂装机器人所配备的走行单元与工件传送和旋转单元的防爆性能有着较高的要求 堂 认 知 一般来将配备走行单元和工件传送与旋转单元的涂装机器人生产线及柔性 涂装单元的工作方式有三种 动 静模式 流动模式及跟踪模式 动 静模式在动 静模式下 工件先由伺服穿梭机或输送系统传送到涂装室 中 由伺服转台完成工件旋转 之后由涂装机器人单体或者配备走行单元 的机器人对其完成涂装作业 在涂装过程中工件可以是静止地做独立运动 也可与机器人做协调运动 流动模式在流动模式下 工件由输送链承载匀速通过涂装室 由固定不 动的的涂装机器人对工件完成涂装作业 跟踪模式在跟踪模式下 工件由输送链承载匀速通过涂装室 机器人不 仅要跟踪随输送链运动的涂装物 而且要根据涂装面而改变喷枪的方向和返回 目录 角度 24 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 1周边设备 所 一般来将配备走行单元和工件传送与旋转单元的涂装机器人生产线及柔性 处 涂装单元的工作方式有三种 动 静模式 流动模式及跟踪模式 位 置 喷房 喷房 气动盘机器人控制器 机器人控制器 工件输 气动盘 送装置 课 堂 认 知 安全围栏 伺服穿梭机 安全围栏 机器人底座 手动操作盒 伺服旋转器 伺服穿梭机 a 配备伺服穿梭机的涂装单元 b 配备输送系统的涂装单元 喷房 气动盘机器人控制器 移动滑台 工件上 下料 伺服转台 安全围栏 返回 d 机器人与伺服转台协调运动的涂装单元 c 配备走行单元的涂装单元 目录 动 静模式下的涂装单元 25 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 1周边设备 所 一般来将配备走行单元和工件传送与旋转单元的涂装机器人生产线及柔性 处 涂装单元的工作方式有三种 动 静模式 流动模式及跟踪模式 位 置 课 堂 认 知 跟踪模式下的涂装机器人生产线 流动模式下的涂装单元 返回 目录 26 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 1周边设备 所 2 空气过滤系统保证涂装作业的表面质量 涂装线所处环境及空气涂装所使用 处 位 的压缩空气应当尽可能保持清洁 喷房内的空气纯净度要求最高 置 3 输调漆系统输调漆系统是保证生产线多个涂装机器人单元协同作业的重要装 置 通常输调漆系统包括 油漆和溶剂混合的调漆系统 输送系统 液压泵系统 油漆温度控制系统 溶剂回收系统 辅助输调漆设备及输调漆管网等 课 堂 认 知 艾森曼公司设计制造的输调漆系统 返回 目录 27 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 1周边设备 所 4 喷枪清理装置防止涂装作业中污物堵塞喷枪气路 亦适应不同工件涂装 处 位 时颜色不同 此时需要对喷枪进行清理喷枪 清洗装置在对喷枪清理时一般经 置 过四个步骤 空气自动冲洗 自动清洗 自动溶剂冲洗 自动通风排气 其编 程需要5 7个程序点 课 喷枪动作程序点说明 堂 认 知 程序 程序点 说明 说明 程序点 说明 点 程序点 移向清枪位 程序 移出清枪 清枪位置 程序点5 置 点3 位置 1 程序点 程序 清枪前一点 喷枪抬起 点4 2 Uni ramUG4000自动喷枪清理机 返回 目录 28 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 1周边设备 所 5 喷漆生产线控制盘对于采用两套或者两套以上涂装机器人单元同时工作的涂 处 位 装作业系统 一般需配置生产线控制盘对生产线进行监控和管理 置 课 堂 认 知 返回 KOSMOS涂装生产线控制盘 目录 29 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 2工位布局 所 喷涂机器人具有喷涂质量稳定 涂料利用率高 可以连续大批量生 处 位 产等优点 喷涂机器人工作站或生产线的布局是否合理直接影响到企业 置 的产能及能源和原料利用率 涂装生产线在构型上一般有两种 即 线 型布局和并行盒子布局 清洗站 BCint BCint BC1extBC2ext 课 堂 认 CCext CCint ext CCint 知 a 线型布局 每个盒子 BC CCint ext 清洗站 未来产能扩充 b 并行盒子布局 返回 目录 喷涂机器人生产线的布局 30 42 8 4涂装机器人的周边设备与工位布局 8 4 2工位布局 所 处 线性布局与并行盒子布局生产线比较 位 置 比较项目 线型布局生产线 并行盒子布局生产线 涂装产品范围 单一 满足多产品要求 课 堂 对生产节拍变化适应性 要求尽可能稳定 可适应各异的生产节拍 认 知 同等生产力的系统长度 长 远远短于线型布局 同等生产力的需要机器人的数量 多 较少 设计建造难易程度 简单 相对较为复杂 生产线运行能耗 高 低 作业期间换色时涂料的损失量 多 较少 未来生产能力扩充难易 较为困难 灵活简单 返回 目录 31 42 涂装机器人技术的新发展 1 机器人系统 所 处 位 操作机瑞士ABB机器人公司推出的为汽车工业量身定制的最新型涂装机 置 器人 FlexPainterIRB5500涂装机器人 它在涂装范围 涂装效率 集成 性和综合性价比等方面具有较为突出的优势 依托QuickMove和TrueMove 功能 可以实现高加速度的运动和灵活精准快速的涂装作业 扩 展 与 提 高 ABBFlexPainterIRB5500涂装机器人 返回 目录 32 42 涂装机器人技术的新发展 1 机器人系统 所 处 位 操作机瑞士ABB机器人公司推出的为汽车工业量身定制的最新型涂装机 置 器人 FlexPainterIRB5500涂装机器人 它在涂装范围 涂装效率 集成 性和综合性价比等方面具有较为突出的优势 依托QuickMove和TrueMove 功能 可以实现高加速度的运动和灵活精准快速的涂装作业 扩 展 与 V m 1 s 提 高 传统 QuickMoveTM 0 1m s 1m s 0 1m s 1m s TrueMoveTM模式 t 传统 t s 周期时间增加 a QuickMove功能 b TrueMove功能 返回 TrueMove和QuickMove功能示意图 目录 33 42 涂装机器人技术的新发展 1 机器人系统 所 处 位 控制器ABB推出了融合集成过程系统 IPS 技术 连续涂装StayOn 置 功能和无堆积NoPatch功能 为涂装车间应用量身定制的新一代的涂装 机器人机器人控制系统 IRC5P 无堆积NoPatch功能配合IRB5500机 器人可以平行于纵向和横向车身表面自如移动手臂 可以一次涂装无需 重叠拼接 扩 展 与 提 高 传统 StayOnTM 通过指令频繁开关旋杯 连续喷涂 返回 StayOn连续涂装功能 目录 34 42 涂装机器人技术的新发展 1 机器人系统 所 处 位 控制器ABB推出了融合集成过程系统 IPS 技术 连续涂装StayOn 置 功能和无堆积NoPatch功能 为涂装车间应用量身定制的新一代的涂装 机器人机器人控制系统 IRC5P 无堆积NoPatch功能配合IRB5500机 器人可以平行于纵向和横向车身表面自如移动手臂 可以一次涂装无需 重叠拼接 扩 展 与 提 高 NoPatchTM功能 传统 返回 NoPatch无堆积涂装功能 目录 35 42 涂装机器人技术的新发展 2 涂装设备 所 处 针对小批量涂装和多色涂装 ABB推出了FlexBell弹匣式旋杯系统 位 置 CBS 针对小批量涂装和多色涂装 该系统可对直接施于水性涂料的高 压电提供有效绝缘 同时确保每只弹匣精确填充必要用量的涂料 从而将 换色过程中的涂料损耗降低的近乎为零 扩 展 与 提 高 返回 目录 FlexBell弹匣式旋杯系统 36 42 涂装机器人技术的新发展 2 涂装设备 所 处 对于汽车车身外面的涂装目前采用的最先进的涂装工艺为旋杯 旋杯涂 位 装 杜尔公司开发出了EcoBell3旋杯式静电喷枪 保证静电喷枪要结构紧凑 置 同时喷枪形成的喷幅宽度要具有较大的调整范围 扩 展 与 提 高 a 宽的漆雾喷涂大面积表面 b 窄柱状漆雾喷涂细小表面 c 在狭窄空间内工作 返回 EcoBell3旋杯式静电喷枪用于保险杠的喷涂 目录 37 42 本章小结 所 喷涂机器人主要包括机器人和自动喷涂设备两部分 机 处 位 器人由机器人本体和控制柜组成 而自动喷涂设备一般由供 置 漆系统 自动喷枪 旋杯 喷房 防爆吹扫系统等部分组成 为满足实际作业需求 通常将喷涂机器人与周边设备 如机 本 器人走行单元 工件传送及旋转单元 喷枪清理装置 喷漆 章 小 生产线控制盘等 集合成喷涂机器人工作站 并将多个工作 结 站