自动喷涂机器人在内锅作业应用

邓德应 任晖 叶锦华

摘 要： 在国内制造业中， 喷涂是一项非常常用且重要的工序。虽然国内很多企业还是用人工来进行喷涂作业， 但是已经有很多公司开始逐渐用喷涂机器人来代替人工作业， 相比于传统人工喷涂， 机器人喷涂涂料利用率高。系统针对内锅体型工件， 对机器人喷涂方案进行了优化设计， 可大幅改善涂层密集性和运作效率， 通过在项目实施中验证， 本系统针对内锅作业工件的喷涂具有良好的效果， 喷涂密集性及喷涂质量得到保证。

关键词： 内锅作业；自动喷涂；密集性；运作效率

1 机器人方案设计

操作台设备将旋转体自动喷涂工件安装到停放在喷房外的工件旋转运输车的滚轮上， 装夹完毕后， 将自動喷涂工件旋转运输车移动至喷房内指定喷涂工位， 采用自动喷涂器件， 工装静止的方式进行内锅的自动喷涂作业。

喷涂内锅第一层时， 工件在旋转装置上按一定的转速自动旋转， 防止在喷涂过程中出现涂料不均匀、喷涂过程时间过长从而出现涂料层次变化， 通过单位时间内减少喷涂时间， 采用机器人伺服模式移动装置上安放两个独立滑板， 由两台机器人实现内锅层次相对应区域的喷涂作业；两台机器人工作时， 为了避免其中一台机器人由于长期操作错误进行另外一台机器人的喷涂表面， 因此要求最后一台机器人喷涂螺带应越过其运动方向的另外一台台喷涂的喷涂螺带， 整体喷涂形状为多支点形状螺带， 因此， 要求工件每旋转一周所需的时间内， 机器人移动距离为三倍的机器人摆幅距离。

图1中， 喷涂机器人分别安装在用于内锅作业的底座上， 如图喷涂机器人1、喷涂机器人2、移动涂料罐、移动喷枪和激光传感器所示， 两个移动底座可在移动平台上定速、定位、变速等形式携带机器人进行移动， 移动喷枪和激光传感器的移动速度及方式与机器人系统进行协调配合， 通过总控系统控制柜对机器人的动作及移动底座的移动协调控制。旋转型工件在旋转装置上进行内锅喷涂定位， 并可定速旋转， 旋转速度可调节。

机器人喷涂工艺过程描述如下：

1） 工件装夹完成， 并移动至指定的喷涂位置；

2） 当收到控制柜发出的喷涂工作指令， 喷涂机器人1和喷涂机器人2通过系统设定的圆弧查找起始点， 同时工件开始旋转， 转速达到均衡后喷涂准备就绪， 喷涂机器人1和喷涂机器人2按预先示教好的程序对内锅各个层面进行喷涂作业。喷涂完毕， 喷涂机器人1和喷涂机器人2自动回到起始位置等待新的生产指令。

3） 回转体工件的喷涂作业过程分为四个阶段：

（1） 第一阶段为两台机器人陆续开始喷涂的阶段

当收到系统发出的喷涂指令， 待喷工件开始旋转， 先是喷涂机器人1由等待位置移动到喷涂开始位置， 机器人开始喷涂， 喷涂过程中移动底座1拖动喷涂机器人1沿着工件的末端开始喷涂， 同时喷涂机器人2由等待位置移动到喷涂开始位置， 并从工件的另一端开始喷涂。

（2） 第二阶段为两台机器人都在喷涂的阶段

喷涂作业开始后， 两台机器人在内锅各个端点上从四周逐渐喷涂到内侧一直至中央位置。

（3） 第三阶段为机器人检查停止喷涂的阶段

当两台机器人到达喷涂点交集区域时， 机器人1完成指定的喷涂工作， 并停止喷涂返回开始喷涂位置， 机器人2在完成之前的喷涂作业的同时， 并要处理好两端喷涂部分的衔接， 确保图层的均匀性及厚度， 完成后停止喷涂并返回起始位置。

（4） 工件选装装置停止动作， 并将喷涂完成的工件进行检测及指定传输， 根据操作指令可实现持续的装卡工件。

（5） 系统进入待命，准备操作者下达的另一个喷涂指令。

两台机器人同时处于初始设定位置， 全自动待机。

2 控制系统设计

喷涂系统采用华叶信息喷涂控制系统， 机器人伺服转动装置和工件旋转运送器件共含有三台伺服电机， 因此本控制系统采用双轴伺服控制系统， 实现各轴间精准定位的个性实现和同时操作。上位采用多台触摸屏， 实现在工作区域范围内效率触点， 三台触摸屏的功能基本相同， 具有监控功能、检测障碍功能， 便于设备自动发现故障；总控系统与机器人系统间即时互相传输控制信息。

机器人系统的故障信号主要有两种形式：

（1） 机器人故障信号的输出。

（2） 外部故障信号的输入。

这两种故障方式的处理均采用机器人系统与总控系统硬件直接传输链接， 连接在机器人系统的安全端口上， 当任何一方出现故障时， 系统可以做到点对点锁定， 保证系统在出现故障的第一时间对整个系统进行及时控制。

3）系统的扩展I/O信号的作用主要是信号的采集及指令的输入， 总控系统与其他传感器等的信号传输、互换， 各个运动轴上限位信号、零点信号、防撞信号、速度等的处理

4） 扩展I/O信号与主控制系统的连接采用STRESS-UP的连接， 总线连接方式使得外部I/O信号扩展更加方便。

3 系统的实现

本系统主要完成如下功能：

1） 协调各轴之间的互锁控制， 对机器人移动底座进行及时有效控制：在工作模式下， 机器人移动底座是靠系统程序根据内锅轨迹控制。在修复模式下， 可单步进行横向或纵向操作， 系统在检修状态下对移动装置硬件系统进行移动、检修等操作。

2） 完成对机器人发送控制命令， 以及接收机器人工作过程中返回的状态信息。总控系统与机器人系统间实时交互状态信息， 确保机器人与移动装置之间及设备与工件之间统一有序的工作。

3） 与上位机的信息传输互换， 接受上位机发来的各种命令并对其进行相应的执行， 向上位机发送各种状态信息。

4） 对人机界面的输入按钮及输出指示进行控制， 对报警指示灯进行控制。

5） 对外部的各种输入输出信息 （如移动装置的限位信号、零点信号、工件到位信号、故障信号等） 进行处理。