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喷涂机器人设计时与其他设备之间的关联

所属分类：技术交流发布时间：2017-09-25
    在汽车涂装生产线的规划设计中，与喷涂机器人直接有关的包括与其它设备（输送系统、输调漆系统等）之间的连锁、与室体（喷漆室）配合、工作界面分工及其他设计、控制要求等，并要满足规划设计所使用的油漆（溶剂性、水性）特性和对压缩空气质量要求等。在对机器人选型、设计前，必须了解和掌握生产线设计基础数据（生产产品、节拍、节距、最大车型尺寸、最大喷涂面积等）、工艺要求及人性化设计方面进行综合考虑，使机器人与其配套系统的规划设计工作最佳化和合理化。

以下以DURR涂装喷涂机器人为例，简单介绍规划设计时机器人系统与其它设备之间的关联，同时对其工作界面分工、接口以及要求等方面进行说明和介绍。
1 机器人与相关系统之间的连锁
连锁可分为机械和电气连锁，谈到机器人与相关系统之间的连锁就是电气连锁，电气连锁包括硬接线和软接线连锁。硬接线方式即传统的接线方式，靠元件的辅助接点和导线连接来实现。硬接线系统具有可见的接线、接线端子、测试点。相对硬接线控制，也可采用先进的可编程控制器、计算机的软连接编程控制等就是软接线。
机器人采取的连锁信号主要包括：与输送系统的运行信号、正常信号和急停信号；与喷漆室供排风系统的供排信号；与消防系统的喷房消防正常信号。他们之间的连锁不仅用了硬接线连锁，同样软接线连锁也不例外。涉及安全连锁信号，通常采用硬接线连锁。
2 机器人与输送系统之间的关联
2.1 电气及其通讯：
机器人与输送系统之间除正常的安全连锁信号外，还有普通的信号交换、通讯，其中包括安装在输送链上的编码器信号、车身（或喷涂物）在输送链上的相对位置、产品（车身或喷涂物）型号和颜色（油漆代码）等。
1）产品和颜色信息识别系统：要求系统具备自动和手动两种工作模式，当产品数据无效或遗失时，可以用机器人系统的上位机手动操作进行选择。当发生问题时，通过操作台上的人机界面可以实现产品、颜色的输入。喷涂系统可以识别输送系统所发过来的空滑撬代码，自动调整至非喷涂状态。
2）颜色验证：如果机器人系统接收到与定义不符的颜色代码，系统将报错，提醒工作人员处理。
3）产品信息：产品的型号和颜色信息由输送系统负责及时地传输给机器人系统，机器人系统负责接收并识别输送系统传输过来的信号。
机器人与输送系统的连锁及通讯信号由机器人自行控制。当输送装置停止时，机器人会停止动作。当输送装置再次运转时，机器人将于其上次停止的地方继续恢复工作，软件系统不会发生重启动故障报警，并能继续进行从停止点起的仿形以及运动程序。
2.2 输送系统
要求车身放在滑橇/输送系统上的位置必须保证不变；输送系统工作时必须不晃动以保证完美的喷漆；总公差由输送系统、车身、滑橇和基础组成，通常系统允许公差[毫米]≤ ±10.0mm，否则将直接影响油漆（膜）厚度和喷涂质量。
2.3 工作界面分工

1）机器人系统在输送链驱动轴外伸部分安装编码器及编码器防护罩、安装支架，检测输送链与机器人的连锁运动。机器人系统负责与输送系统的连锁装置，并自行接取输送系统信号（含工件输送系统运行、急停、准备就绪等信号）。
2）机器人系统需明确跟踪编码器安装要求（安装位置、方式等），而输送系统需提供输送链驱动轴的旋转速度（转/分钟）、相关图纸及尺寸。同时机器人系统要求输送链驱动电机外伸轴有中心定位孔，以便于跟踪编码器的安装。
3）针对电气连锁、通讯信号交换，如通信协议不一致，需要提供转换器、放线及信号连锁，具体是机器人系统负责还是输送系统负责，可根据实际情况自行规定（以下机器人与喷漆室供排风系统、消防系统、输漆调系统等工作界面分工同理），我们通常采用的方法是谁用谁取谁放线等原则。

2.4 机器人与输调漆系统之间的关联
1）涂料：
油漆涂料系统温度必须保持在恒定，其温度控制范围为22±2℃，同时针对不同的涂料着重点不同，如水性涂料的粘度、溶剂型涂料的电阻率。
油漆种类可分为水性油漆、溶剂性油漆、高粘度油漆等。不同的油漆所要求输送到喷漆室壁板（与机器人油漆管路对接）的压力不同，同时要求涂料压力稳定、无脉动。
涂料要同时满足每个雾化器的最大消耗量，包括喷涂和预加载时雾化器最大消耗量，其中涂料循环速度必须是可调，以便更好地满足现场实际生产的需要。
2）清洗剂：
清洗剂（即去离子水、溶剂）输送到喷漆室壁板所需的压力要满足实际需要，同时要求清洗剂压力稳定、无脉动，并满足每个雾化器的最大消耗量。
为了实现高效的清洗效果，它必须保证所用供漆的清洗剂有一个充分溶解所有油漆材料并应用于整个油漆涂料系统。然后，涂料可分为相应的清洗程序类，不同的清洗程序和清洗时间。
3）明确油漆的颜色数量，减少清洗剂和溶剂的浪费
喷涂站通常分为底漆（中涂）站、色漆站、清漆站，需明确各站机器人数量、油漆循环方式（单线循环系统、2线循环系统、3线循环系统等）、油漆（颜色）数量、清洗剂数量以及废溶剂回流线等。既要满足设计和使用要求，又要避免不必要的浪费。
2.5 工作界面分工

1）机器人所使用的油漆、清洗剂（含雾化器自动清洗装置所用的清洗剂）由输调漆系统负责连接至喷漆室内壁板处的球阀接口处，机器人负责接至机器人管路、部件的提供以及安装。
2）为了更好地满足涂装生产线的柔性化生产，当规划的喷涂颜色不能满足实际需要，通常要求机器人系统为每台机器人预留、安装一套包含清洗剂、油漆、压缩空气快速接头以及相应管路，用于喷涂小系统供给的涂料，更好地满足实际生产的需要。
3）如果要求具备废溶剂回收功能，需由机器人系统提出废溶剂收集盒及雾化器自动清洗装置的位置和接口尺寸，以便废溶剂回收设备安装和回收。
3 机器人对喷漆室要求和对地电阻

3.1 对喷漆室要求
喷漆室具备正常喷涂的条件即喷漆室内相对湿度、温度和风速均要达到设计要求，其中相对湿度需针对具体的涂料，如对溶剂型涂料、水性涂料等，其相对湿度要求不同。
3.2 对地电阻：
通常包括车身与大地之间的电阻；两个部件之间的电阻（塑料或金属部分），白车身（待喷涂）与大地之间的电阻；两个单独的部件之间的电阻（塑料或金属部分），滑橇（待喷涂）与大地之间的电阻；喷漆室的每个点和输送系统的对地电阻。其中必须注意的是所有部件安装在车身或滑橇上喷涂时必须具有导电性。
3.3 信号连锁

机器人系统与喷漆室供排风系统连锁：当喷房供排风系统没有正常运行时，机器人系统要有相应的报警和采取相应的动作。
机器人系统与消防系统连锁：当消防系统发出火警信号时，机器人系统应停止相应的动作，切断高压电源、运动轴电源，关闭油漆、溶剂、压缩空气管路，并发出报警指示。
3.4 工作界面分工
3.4.1 机器人基础

机器人系统在详细设计时，机器人需将动静载荷要求及具体安装位置等详细资料提供给喷漆室设计方，以便对室体进行设计。负责喷漆室室体设计、制作、加工、安装的过程包含机器人基�。币蠓匣魅怂峁┑母涸�、安装位置、大小尺寸和高度。
3.4.2 人身安全及危险防御
每一个机器人站点室体的出入门上都设置一个急停安全开关，并与自动喷涂系统相连锁，保证人员处于室体之外。机器人区域进口及出口配备有光栅屏蔽开关，每个安全开关都必须接入每个自动系统控制器。激活任何室体内任何一个安全线路，便可以停止室内设备的运行，中断喷涂程序。在停止的地方重新启动系统不影响喷涂的质量（发生急停时除外）。
机器人系统部分配套设备需安装于喷漆室室体上，这就需要机器人系统将安装在喷漆室室体上的各安全开关、配套设备的安装位置、尺寸等详细资料提供给喷漆室设计方，以便于对室体进行设计、预留，确保机器人系统安装在喷漆室上的设备满足使用要求。
4 机器人对压缩空气的要求
1）压缩空气压力、位置、消耗量
机器人系统需明确所有机器人及配套设备供气动态压力（通常6bar）大小，以及每小时所消耗的压缩空气使用点的体积（Nm³/h）和总的体积（Nm³/h）。
2）压缩空气质量
因空压机输出的压缩空气是不干净的，除了含有水（包括水蒸气、凝结水）和悬浮物外，还有油（包括油雾、油蒸气）。这些污染物对提高生产效率、降低运行成本、提高产品质量是不利的，因此在压缩空气供应到机器人及配套设备之前就需要进行一系列的干燥净化处理。其中压缩空气质量等级标准ISO8573.1把压缩空气中的污染物分为固体杂质、水和油三种，对于机器人所需的喷雾空气质量具体要求如下：
⑴压力露点（即干湿程度）≤-20℃，可通过干燥器来达到；⑵残余含尘量（即尘埃粒径和浓度）≤0.1mg/m³（对应粒径为0.1μm），可通过过滤器来达到；⑶残余含油量（即单位体积压缩空气含油质量多少）≤0.01 mg/m³，通过过滤器来达到；
因压缩空气质量的高低直接影响投资和生产费用的高低，所以应该避免过高的质量要求。使用干燥的及相应无尘和无油的压缩空气较为经济实用，因为这样可以避免油、水或冰以及灰尘引起机器人本体及元器件等多种故障，并可避免废品发生及生产停顿。
3）接入机器人、电离站等所需的压缩空气管路接口，通常以螺纹标准符合DIN / ISO 228标准为准。
4、工作界面分工
公用动力将提供符合机器人系统要求（压力、流量、质量等）的6bar压缩空气，并负责将符合条件的压缩空气引入每个机器人的气动柜（具体工作界面分工可视情况而定）；如机器人系统需要高于6bar的压缩空气，则由机器人提供压缩空气增压装置，并能满足使用需求。另外要求机器人的气动柜内设有过滤器、调压器和压力表等，以进一步确认压缩空气是否达到实际使用要求。
5 其他设计、控制要求
5.1 供电要求
机器人系统根据机器人的数量（包含各个机器人站的消耗量和连接量）和配套设备提出具体供电要求，以便满足现场设备正常运行。
工作界面分工：通常是公用动力提供一路满足要求的380V三相五线电源到机器人系统主电控柜（具体工作界面分工可视情况而定），机器人系统内部供电自行分配或到此点接取电源，并负责此点后的所有电路的提供及连接。
5.2 中控室信息
要求所有喷涂机器人站与中控室有信息交换，即这些设备的上位机要连入设备控制以太网，允许相关人员在中控室或其它监控站能够监控喷涂机器人站具体机器人的运行状态和报警信息。
机器人系统负责在机器人站控制柜内提供一个RJ45以太网接口，并在PLC程序中准备好机器人站状态信息和基本故障信息的数据块，由中控自行读�。渌芍锌厥腋涸�。
5.3 车型识别防错系统

为了确保车身的信息准确无误，机器人系统应在底漆（中涂）线、面漆线入口各设有一个产品识别系统，该系统将数据传送至控制器，同时与输送系统所传输给机器人系统的产品型号进行比对，如果一致，将正确调用机器人喷漆仿型、喷漆参数；否则系统将报错，提醒工作人员处理。
6 结语
通过了解和掌握涂装喷涂机器人系统与其它设备、室体之间的关联，为汽车涂装生产线中机器人系统规划设计工作起到关键性的作用，直接影响、制约生产产品质量和投资成本。根据生产线规划设计基础数据、工艺要求以及机器人系统与关联设备、室体之间的密切配合，明确他们之间连锁、工作界面、接口以及其他要求的分工。及时有效、合理分工、相互配合处理解决和完善设计中关联设备问题，机器人系统设计才能得以完善。

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