工业机器人在车身喷涂工艺中的应用

工业机器人在车身喷涂工艺中的应用方学舟1 罗敏2 何晓波31,3．东风商用车 湖北 十堰 4420012．湖北汽车工业学院 湖北 十堰 442002摘摘要：本课题针对ABB机器人在喷涂车间的应用，提出了使用ABB机器人进行油漆喷涂作业的相关控制方案。主要完成了相关喷涂设备的选型，包括机器人本体、雾化器、自清洗齿轮泵、换色阀、比例压力控制器等；对机器人的物理通讯通道、传输协议、应用协议做了详细设定；对I/O单元、现场总线单元的附加参数、系统输入输出等做了设定，并对机器人和PLC的数字通讯时序逻辑做了说明；最后对机器人的工作模式、Interbus总线的输入输出和机器人的基本控制做出了相应的程序设计。关键词：机器人喷涂设备PLCApplicationofIndustrialRobotinAutoBodyPaintingProcessGueho，On，Eaobo31,COMMERCIALVEHCLE，Shiyan442001，China2.HubeiAutomotiveIndustriesInstitute，Shiyan442002，ChinaAbstracAbstract：ThisubjectisaimedattheapplicationofBBrobottopraingorkhop,puttingorardomereleantcontrolchemesaboutuingBBrobottothetakofpaintapplication.Thecontentsofthisarticlearemainlyrelatedtoelectionofrelatedequipment,includingthebod,nebulier,elfcleaningearpump,colorchaneale,proportionalpreurecontrollerandoon.Thenmakedetailedettingorphicalcommunicationchannel,tranportprotocolandapplicationprotocol.ettinshasalobeenmadeor/Ounit,additionalparametersofieldbusunitandtheinput-outputoftem.oreoer，intructionsaremadeonrobotanddiitalcommunicationequentialloicofC.Thelatpartmakeeeralproramdeinsabouttheorkpatternsofrobot,theinput-outputofnterbusbuesandthebaiccontrolofrobot.Keywords:Robot;praingequipment;C1 背 景

方学舟，1995年毕业于湖北汽车工业学院电气工程及其自动化专业，现担任东风商用车经营资源管理首席师，主要从事重大投资项目技术管理工作。

④机器人手臂最大载荷：根据选用的喷涂装置匹配。本课题选用ABB的IRB5400喷涂机器人，它采用IRC5P喷涂机器人控制系统，具有高速、高加速等特性，可缩短节拍时间以提高生产效率，同时由于其承重力大，工艺设备的安装位置可以更靠近喷枪，缩短了换色阀和涂料泵与喷涂手腕之间的距离，可降低涂料消耗。随着当代社会对汽车产品的质量和生产效率不断提高和工业机器人本体价格的不断走低，以工业机器人为主体的先进车身涂装工艺被各大汽车生产企业广为采用，其主要技术优势如下：①柔性大，设备利用率高，可实现多种车型的混线生产。②喷涂轨迹精确、涂膜厚度均匀，提高喷涂质量和材料利用率。③控制系统模块化设计、机器人离线编程、现场调试时间短，易于操作和维护。2 设备选型及配置喷涂机器人的选型对与喷涂类机器人的规格选择，从以下几个方面考虑：①机器人的工作轨迹范围：需保证其工作轨迹范围能够完全覆盖所需施工的工件表面。图2.1机器人的工作轨迹范围②机器人的重复精度：一般重复精度达到±m即可。③机器人的运动速度及加速度：机器人的最大运动速度或最大加速度越大，机器人效率越高。自清洗齿轮泵齿轮泵是用来给自动化喷涂设备提供恒定和持续的规定液体的精密装置。齿轮泵的流量是通过综合处理系统IPS(IntegratedProcessSystem)自动规定的。可以用来喷漆、催化剂、和清洁表面。自清洗齿轮泵拥有独特的轴清洗功能，可获得快速及高洁度的清洗效果。在清洗和加载时，环绕着齿轮并与轴及齿轮内部清洗方向平行的旁路系统同时起作用。齿轮泵的工作原理如图2.2：图2.2自清洗齿轮泵工作原理泵体包括两个齿轮，其旋转方向相反，下方的齿轮由泵轴驱动，上方的齿轮受制于下方的齿轮，并且被下方的齿轮驱动。流体从泵的入口进入，充满两个齿轮的齿槽空间，通过两个齿轮的动作，将流体运送到出口端。在齿槽间的总流体体积就是泵每转输送的容积。雾化器雾化器主要用来将油漆雾化为漆雾，并通过空气整形控制成所需要的喷幅面积，再通过高压模块加压后喷涂到车身上。雾化器主要由机体、固定器、阀门单元、内置管件、高压发生器、空气马达、旋杯和整形空气环构成。如图2.3所示：内置管内置管件空气马达固定器机器人SA环机体阀门单元旋杯图2.3雾化器结构整形空气杯的作用是借助空气向前排出，防止涂料粒子飞散，调整漆雾幅度，并将漆雾推向被涂物。此气体从旋杯后侧均匀分布的小孔中喷出，用于限制喷涂幅度。为防止涂料残留在电极环上，需根据涂料量准确的调整整形空气的压力。换色阀ABB换色阀采用模块化设计，可使其灵活的匹配颜色种类，换色阀内部的孔洞没有死角，可将清洗时间缩减到最短。换色阀的每种颜色配有1个2/2流体阀模块，阀采用气动控制，可快速开关。

PLC。车身还要通过二次检测，如果二次检测装置检测的车身和载码体上记录的车身信息一致，则机器人站PLC将车型信息传送给机器人和手工区的ANDON屏，并将车身放入喷漆室，等待机器人对车身进行喷涂。若二次检测信息与载码铁的信息不相符，则要确认车型是否正确，如不正确，需要在MDI手动操作台上更改车身信息。如3.1图所示：喷涂工艺

图3.1车身信息控制3 工艺过程

图2.42/2流体阀

喷漆室的机器人喷涂动作主要由机器人机械臂完成，油漆原料及清洗溶剂来自调漆间，压缩空气来自压缩空气站。油漆进入机器人本体后的车身信息控制当带车身的雪橇进入喷漆室时，喷漆室入口的读写站读取雪橇上载码体内的车身信息，包括车型、颜色、有无天窗等，并传输给机器人站内

喷涂工艺过程如图3.2所示：电磁阀电磁阀岛TD阀气动阀换色阀齿轮泵图3.2喷涂工艺原理如图3.2，换色阀的单个阀体都是气动阀，当有压缩空气通过时阀门打开，反之关闭。气动阀的压缩空气由电磁阀岛控制。电磁阀岛的电磁阀与换色阀是一一对应的,通过接收PLC传过来的信号，控制电磁阀打开、关闭以及是否

导入压缩空气。4 IRB 5400机器人系统参数设置通讯定义通讯的物理通道与协议定义参见图4.1。应用协应用协议RAPFTPNFS传输协议PPP/SLIPRTP1RAWTCP/IP物理通道SIOETHERNET图4.1通讯结构4.1.1 物理通道定义机器人控制器有三个串行通道(MC, SIO1,SIO2)，可以用于连接打印机、终端设备、计算

机、或者其它的设备（可通过相应界面设定，参见图4.2），另外还有两个以太网通道(LAN,SERVICE)。图4.2串行通道的系统参数4.1.2 传输协议和应用协议定义传输协议的类型有：PPP, SLIP, TCP/IP,

RTP1和RAW应用协议的类型有RAP,FTP和NFS表4.1传输协议和应用协议类型说明传输协议应用协议类型说明类型说明PPP点对点传输，用于串行线路的P通讯。RAP机器人应用协议SLIP串行线路接口协议。FTP文件传送协议TCP/IP传输控制协议/因特网协议。NFS网络文件系统RTP1用于焊接时间特定的协议RAW不用握手的协议。4.2 I/O 单元定义系统中有多个I/O可以使用:数字I/O、模拟

I/O、继电器I/O、网关、编码器接口单元等。表4.2I/O单元参数说明参数说明UnitNam单元名字(最多16个字符)UnitType单元外壳上标示的类型，eip000类型的单元用于数字和模拟信号。UnitBus单元所使用的总线，通常是BASE总线。AddressBASE单元在总线上对应于物理结构的地址。DigitalOutputs所使用的数字输出信号的数量。DigitalInputs所使用的数字输入信号的数量。AnalogInputs所使用的模拟输入信号的数量。AnalogOutputs所使用的模拟输出信号的数量。PollRate输入输出信号在进行两次更新间的查询时间间隔4.3 定义系统输入输入信号可以被指定到一个特定的系统功能，由机器人控制器自动处理，例如系统输入信号MOTORSON（电机运行）命令使各轴伺服电机得电，允许机器人按指令移动（自动模式有效）。4.4 机器人控制器和PLC通讯所有的系统输入都是由0到1电平有效并且要求脉冲宽度必须大于50毫秒，除了从系统输入来的MotorOff信号和程序停止信号在手动模式中也有效外，大部分的系统输入只是在自动模式中有效，例如对于交互式的单元（示教盒等），控制器会在系统中单独保留一个或者多个功能，拒绝其它的系统输入请求。机器人控制器和PLC通讯的条件：机器人处于MOTORSON状态并且程序控制不能被其它设备占用，信号时序如下：4.5 坐标系统在机器人程序中的所有的机器人位置值都是按照直角坐标（例如位置的XYZ值）的形式保存的，这些坐标系统可以按照一个链状形式依次与其它坐标系统建立关联。4.5.1用于确定TCP(当前工具)位置的坐标系统工具(TCP＇s)的位置可以使用不同的坐标系统进行说明，主要是为了编程和调试程序方便。确定坐标系统取决于机器人做什么工作，当没有确定坐标系统时，机器人的位置以基本坐标系统来确定。若干个机器人在车间的同一工作区域内进行工作时，应该使用一个公共的自然坐标系统，以保证机器人程序之间的协调。当位置值与车间某一个固定点相关时，使用这种坐标系统更为有利。如图

图4.4两个机器人（其中一个为悬挂安装）公用一个自然坐标系统4.5.2 用于确定工具方向的坐标系统安装在机器人上的工具通常需要它自己的坐标系统（TCP）,它的原点应该选择在工具上并且要正确地定位，例如，选择胶枪的喷嘴为原点。确定工具坐标系统的步骤:①首先在机器人工作范围找一个非常精确的固定点作参考点，②再在工具上找一个参考点（最好在工具中心），③操纵工具上的参考点以最少四种不同的姿态尽可能接近固定参考，④机器人通过四组解的计算，得出TCP坐标。图4.5一个工具的TCP的接近点5机器人站程序设计与调试5.1程序编制介绍整个程序使用Unity软件编制，编制语言包括功能块图FBD，梯形图语言LD，结构化文本ST。Unity支持多任务处理，各个任务以“并行”和独立的方式执行，其执行优先级被PLC控制。主任务以循环或者周期的方式执行，它形成程序的主代码，并以顺序的方式执行。快速任务以周期方式执行，它的优先级要比主任务高。快速任务用于以快速和周期方式执行的进程。在机器人开始工作时，首先进行参数的初始化，然后选择工作模式。一般为手动控制半自动清洗后转为自动模式，若此时输送条件满足，则可以开始将车身送入喷涂站内令机器人喷涂。在

车身进入机器人站前，首先要经过读写工位向机器人站的PLC传输车身信息，包括车型、颜色、有无天窗等。然后在二次检测工位进行车型的二次检测，如果检测结果与读写站传入的车身信息不符，就会报出故障提示，并停止输送链运行，等待确认。确认无误后，恢复自动运行状态。图5.1机器人站程序构成Sect_working_modes工作模式选择工作模式包括机器人站自动模式、自动有效确定、机器人站手动模式、喷房排空、模拟使

能、模拟停止、调用子程序工作模式、高速计数卡复位等。机器人interbus输入设定RobotsIN [0].sdoAutoOn:=%IW0.1;机器人自动模式Robots_IN[0].doManReduceSpeed:=%IW0.2;手动低速Robots_IN[0].doManFullSpeed:=%IW0.3;手动全速Robots_IN[0].sdoMotorOn:=%IW0.4;马达上电Robots_IN[0].doA1Error:=%IW0.5;喷涂系统内部故障Robots_IN[0].doA1Enabled:=%IW0.6;喷涂系统使能Robots_IN[0].sdoCycleOn:=%IW0.7;程序运行