喷涂机器人资料与应用

解析喷涂机器人的系统应用

导读：喷涂机器人的大量运用极大地解放了在危险环境下工作的劳动力，也极大提高了汽车制造企业

的生产效率，并带来稳定的喷涂质量，降低成品返修率，同时提高了油漆利用率，减少废油漆、废溶剂

的排放，有助于构建环保的绿色工厂。

o机器人电机PLC自动化

•喷涂机器人的大量运用极大地解放了在危险环境下工作的劳动力，也极大提高了汽车制造企业的

生产效率，并带来稳定的喷涂质量，降低成品返修率，同时提高了油漆利用率，减少废油漆、废溶

剂的排放，有助于构建环保的绿色工厂。

目前国际市场上供给的喷涂机器人大致可分为以下几类：按是否具有沿着车身输送链运行方向

水平移动的功能，分为带轨道式和固定安装式机器人；按安装位置的不同，分为落地式和悬臂式机

器人。落地式机器人具有易于维护清洁的优点。带轨道式机器人那么具有工作范围相对较大的优点。

而悬臂式机器人那么可减少喷房宽度尺寸，到达减少能耗的作用。

图1喷房系统单元平面

图2悬臂式带轨道机器人

喷涂线设备

以我公司涂装车间技术改造工程为例，车间原有一条白动化整车喷涂线，以功能来划分喷房单

元。中涂采用4台落地式固定安装机器人，色漆采用8台落地式带轨道机器人，清漆同样采用8台

落地式带轨道机器人。为了提高生产节拍，本次技术改造方案为：在中涂区域新增4台相同型号的

落地式固定安装机器人。新建•条面漆线，其中色漆区域采用8台悬臂式带轨道机器人，清漆区域

同样采用8台悬臂式带轨道机器人。成套设备从美国进口，改造完成后可将生产节拍提高1倍。喷

房系统单元平面示意图见图I。无论是何种类型的机器人设备，其系统应用原理都是相似的，主要

子功能局部为：悬臂式带轨道机器人（见图2）、落地带轨道式机器人（见图3）和落地无轨道式

机器人（见图4）。

图3落地带轨道式机器人

喷涂机器人的组成及应用

1.机器人主体

机器人主体即机座、臂部、腕部和终端执行机构，是一个带有旋转连接和AC伺服电矶［见图

5）的6轴或7轴联动的一系列的机械连接，使用轮系（齿轮传动链）和RV（旋转向量）型减速器。

大多数喷涂机器人有3〜6个运动自由度（对干带轨道式机器人,一般将机器人本体在轨里卜的水

平移动设置为扩展轴，称为第7轴）。其中腕部通常有1〜3个运动自由度。

图4落地无轨道式机器人

驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作，即每个轴的运动由安装

在机器人手臂内的伺服电机岖动传动机构来控制。执行机构为静电喷涂雾化器，不同品牌、不同型

号的机器人手臂末端的接口不同，根据生产工艺可选择不同的雾化器。

对「采用溶剂型油漆喷涂的系统，必须配备废油漆废溶剂清洗回收装置，防止环境污染，到达

环保生产的目的。

图5安装在机器人手臂内的伺服电机

2.机器人控制器

每一台机器人设备都可以独立地动作，而机器人控制器（简称“RC〃）就是按照输入的程序对

驱动系统和执行机构发出指令信号，控制单台机器人设备运动轨迹的装置。控制器内的主要部件为

与机器人手憎内的伺服电机连接的伺服放大器及CPU模块（见图6）,不同型号的机器人配备不同

内存的CPU,CPU内存储有用户自定义数据及程序。CPU将程序数据转换成伺服驱动信号给伺服放

大器，伺服放大器启动伺服目机来控制机器人的运动。通常CPU模块还具备通过与不同类型的I/O

模块连接实现与其他外部设备或机器人通信的作用。例如，与PLC的连接，这样就可以通过操作控

制台来控制机器人的动作。一般一台控制器独立控制一台机器人，随着技术的开展和低本钱化的进

程，目前已出现一台控制器同时控制两台机器人运动的设备。

图6机器人控制器内部元件

机器人示教器通过单根电缆与机器人控制器内的CPU连接，不同品牌机器人的示教器内安装了

不同的应用软件，功能也有所差异。通过示教器操作面板上的按键来操作软件界面上的菜单。可以

实现的主要功能为：直接编程、显示用户程序、操作机器人运动、预定义机器人位置、优化用户自

定义程序和编辑系统变量等。

3.系统操作控制台

系统操作控制台［简称“SCC"）的主要功能是集成整个喷房硬件，实现系统自动化功能，包

含系统所有与管理喷涂机器人活动相关的硬件及整合到每个喷房的相关硬件。例如，与喷房系统相

关的平安互锁继电器、隔离光栅等。柜内安装有一个可编程逻辑控制器PLC（见图7）,以上硬件

通过各种类型的I/O模块与PLC通信。PLC通过I/O模块接收喷房单元内每一台机器人及系统单元

外围设备的实时信号，包括与工厂主信息系统、其他机器人系统单元的数据交换，然后根据预先编

制好的逻辑判断程序对所收集接收到的信号做出相应的处理并发送结果变量给各相关系统。SCC的

另一个主要功能就是能够提供一个友好的操作界面实现人机交互，使整个系统在人的监控下按人的

意愿有序而稳定地连续工作。一般将人机图形交互系统，即一部电脑主机和显示器整合到系统操作

控制台内，电脑主机通过各种上层控制网络与PLC连接。不同厂家的人机图形交互系统电啮上装有

不同的用户软件，该软件的人机界面上显示了整个区域内机器人系统的时实状态和用户操作菜单，

可查寻相关的生产信息、报警等。人局部的设备操作都可通过操作5CC上的按钮或选择开关及人机

交互界面上的菜单完成。

图7系统操作控制台内的PLC

4.工艺控制柜

应用自动喷涂机器人最主要的目的是将不同种类、不同颜色的油漆通过机器人的运动均匀地涂

抹在车身外表上，而工艺控制柜（简称“PCE”）就是在电信号与潜在的挥发性油漆和溶剂间的相

对平安接II，将电信号转换为气动信号。PCE柜内部元器件见图8,来自PLC'的电信号触发PCE柜

内的电磁阀，翻开空气［或真空）回路，通过•定的气压来驱动各个油漆或溶剂管路接口上的气动

阀，将各种不同颜色的油漆或溶剂供给机器人喷涂作业或清洗管路等动作使用。PCE的主要功能为

控制喷涂工艺的各种动作，如换色、清洗等。控制各种工艺参数，如油漆流量、雾化器旋杯转速等。

随着机器人技术不断开展至今，大局部品牌的喷涂机器人系统均采用闭环流控量制系统，通过在靠

近终端执行器的机器人手臂上安装流量计或计量泵来到达精确控制油漆或溶剂实际输出流量值和

设定值之间的误差。不同蛰号的机器人系统结构可能会设计将此PCE的功能部件分别集成到其他系

统空间内而不是单独形成一个工艺控制柜，这样可以节约生产现场的场地资源，美化生产环境。

图8PCE柜内部元器件

5.车型检测系统

自动喷涂机器人具有很强的柔性生产能力，可同时喷涂各种不同形状的车身。出于保护系统的

原因，在车身进入机器人喷房前对车身类型进行检测是非常必要的。一般采取在擦净功能区前安装

假设干对光电开关，并在离最近一对光电开关1m左右的输送链基架上安装一个接近开关。根据不

同的生产现场及所生产的车空间的差异程度，通过JLC程序来设置不同的位置为检测位置，并调整

好光电开关的安装位置。当因将进入喷房的车身到达检测位置时，不同车型会触发不同组合的电子

眼，以此来检测来自工厂信息系统的车型信息与车型检测系统所检测到的车型是否一致，如果不一

致，系统将会产生报警并停止运行，需由操作员进行人工确认车型并在SCC的相应界面上输入正确

的车型信息，PLC再将正确的车型信息分别发送到各个机器人控制器内的CPU模块，CPU将车型信

息转化为各种指令，机器人根据此指令来执行不同的程序，到达根据不同的车型机器人执行相应不

同的喷涂轨迹的目的。

注意，要将相邻两对电子眼的发射端和接收端错开安装，防止产生错误信息。

6.设置一个平安的、隔离的生产区域

由于机器人设备在正常的生产过程中是连续运行的，因此必须与人工区域严格隔离，以防止任

何人身伤害事故的发生，实现平安生产。通常可分别在机器人自动喷涂区域的入口和出口处分别安

装一对平安光栅，在生产过程中，假设有人误闯入机器人自动喷涂区域，在安装光栅的位置就会触

发光栅，系统产生相应的报警并立即停止运行・，防止发生人身伤亡及损坏设备的事故。但是，由于

牟身也必须通过安装平安光栅的区域进入自动喷涂区域，在这个过程中也会触发光栅。为解决这个

相互矛盾的问题，可在安装平安光栅的位置前的输送链基架边上安装一个屏蔽平安光栅的开关，当

运送车身的撬体运行到开关处就会触发开关，给系统PLC一个信号，这个信号用来屏蔽平安光栅。

为了确保更严格的区分是人还是车身进入自动喷涂区域，更好的做法是在输送链基架的两侧各安装

一个屏蔽开关，只有两个开关都被触发才能起到屏蔽平安光栅的作用。假设有人误闯也不会同时触

发两端的屏蔽开关，平安光栅依然处于工作状态，当人处于平安光栅的位置时仍会触发平安光栅。

7.车身直线跟踪系统

运用于整车自动喷涂线的机器人，为了提高生产节拍，在喷涂作业过程中车身一直跟随输送卷

按照设定速度前进，而不会脱离输送链固定在某处供机器人喷涂作业。因此，每一台机器人都必须

知道在工作范围内每一台车身的实时位置信息。直线跟踪系统的硬件主要包括：脉冲编码器、检测

开关和编码器转发器。根据用户的喜好可以选择不同的检测开关，可以是触点开关或光学开关，也

可以是接近开关，当车身随着地面输送链运动到检测开关的位置时触发检测开关，脉冲编码器开始

计数，计算车身的实时位置。脉冲编码器的输入轴与地面输送链的中心轴机械地相连，以获取输送

链运动的同步信息。输出轴连接到编码器转发器上。编码器转发器整合到SCC柜内，通过编码器转

发器，可将车身的实时位置信息发送到PLC及各个机器人控制器上。

8.电源分配柜

电源分配柜，顾名思义，就是分电配源。引入工厂总电源，根据机器人系统单元及外围设备所

需的电源值不同，分配给相应电压、电流值的电源。可以选择标准通用的EDS配