ABB噴涂機器人的降級模式與節(jié)距控制

ABB噴涂機器人的降級模式與節(jié)距控制
謝巨龍
（長安福特汽車有限公司哈爾濱分公司 哈爾濱 150060）

0 引言
現(xiàn)在各大汽車整車廠的涂裝車間普遍采用機器人進行車身外部噴涂，相對于以前的人工噴涂和往復機式噴涂，機器人噴涂具有噴涂范圍大、靈活性好、質(zhì)量好、速度快、效率高、節(jié)省材料等特點。噴涂機器人是先進而復雜的機電一體化設(shè)備，發(fā)生故障時，如果預計處理時間較長或者暫時難以解決，就要考慮是否旁路這臺故障機器人，改由其它機器人分擔故障機器人的工作，繼續(xù)維持生產(chǎn)，生產(chǎn)結(jié)束之后再處理該機器人的問題，這種在個別機器人故障時的應急生產(chǎn)方式就是降級模式。降級模式下還要控制好車體間的節(jié)距，減少停線，保證產(chǎn)能和質(zhì)量。

1 全自動降級模式
要實現(xiàn)全自動的降級模式，需要編寫和調(diào)試相應的控制程序、噴涂軌跡和噴涂參數(shù)，相當于增加一種車型，難度和工作量都較大，整車廠自行修改比較困難，最好在生產(chǎn)線規(guī)劃和建設(shè)時向?qū)I(yè)承包商提出噴涂生產(chǎn)線要具備降級模式的要求，專業(yè)承包商如ABB等公司可以提供相應的解決方案。

2 ABB機器人噴涂線介紹
2.1 ABB機器人噴涂線的標準配置
目前ABB主推的噴涂機器人型號是6.0系統(tǒng)的 5500，對采用3C1B涂裝工藝、JPH為33的跟蹤式轎車噴涂生產(chǎn)線，要配置18臺外噴機器人（本例中的內(nèi)部噴涂由人工完成），在雙鏈式傳送帶兩側(cè)交錯分布。18臺機器人從工藝上分為中涂、色漆和清漆3個站，其中中涂站機器人配置為4臺，每側(cè)2臺；色漆站機器人配置為8臺，每側(cè)4臺；清漆站機器人配置為6臺，每側(cè)3臺。中涂站噴一遍漆，色漆站相當于2個中涂站，噴兩遍漆。清漆站類似于2個降級模式的中涂站，側(cè)面噴2遍漆，頂面噴一遍漆。每站都配有1臺控制噴涂機器人的PLC（簡稱噴涂PLC），它們在傳送帶的主傳動軸上都接有各自的編碼器，編碼器信號同時連也接到機器人，用來跟蹤傳送帶上載有車身的滑橇的位置，各噴涂PLC與站內(nèi)機器人和傳送帶PLC之間通過網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換。

2.2 ABB機器人噴涂線的部分術(shù)語和數(shù)據(jù)
ABB機器人噴涂線的部分術(shù)語和數(shù)據(jù)見表1所列。



2.3 正常生產(chǎn)模式
在傳送帶（雙鏈式）速度為4.36米/分、最小節(jié)距穩(wěn)定在6.8米的情況下，ABB機器人噴涂線每小時最多可以生產(chǎn)38.5臺車，單車運行周期時間為93.5秒，這個周期時間是已經(jīng)包含了換色清洗動作的最短時間。計算如下：
每小時產(chǎn)量JPH=4.36×60/6.8=38.5臺/小時
循環(huán)時間Cycle time=3600/38.5=93.5秒

2.4 降級生產(chǎn)模式
如果某站的4臺機器人中有1臺故障而且短期難以修復時，可暫時將其打到安全位置并設(shè)為旁路不用，傳送帶速度維持不變，其對面的機器人改噴全部水平面（頂面），其它2臺改噴全部的垂直面（側(cè)面）。
在上述噴涂生產(chǎn)線配置情況下，在1臺機器人被旁路時，每站的降級模式最多有如下3種：
1、 站內(nèi)任意一側(cè)第1臺機器人降級
2、 站內(nèi)任意一側(cè)第2臺機器人降級
3、 站內(nèi)任意一側(cè)第3臺機器人降級

中涂站和色漆站都只有2種降級模式，6臺機器人的清漆站有3種降級模式。

降級模式下工作的機器人需要分擔故障機器人的工作，噴涂更多的面積，花費更多的時間，再加上換色清洗的時間，單車運行周期時間會超過上述的93.5秒。如果換色清洗尚未完成時，新來的下一臺車體已經(jīng)到達預設(shè)的開始噴涂位置，正在忙于換色清洗的機器人就來不及回來噴涂該車了，這就涉及到車身節(jié)距控制問題。

3 節(jié)距控制
3.1 節(jié)距過近時的傳送帶暫停等待程序
正常模式和降級模式下，都可能發(fā)生換色尚未完成時下一臺車體已到達預設(shè)啟動噴涂位置導致機器人來不及噴涂的情況，為了避免這種情況，需要在下一臺車體到達開始噴涂位置之前暫停傳送帶，等待換色完成后再啟動傳送帶。ABB 5500機器人程序在啟動噴涂位置之前預設(shè)了傳送帶暫停等待換色完成的位置，這些預設(shè)位置數(shù)據(jù)保存在cnvpos.ndx文件中，包括正常模式和3種降級模式下的4種位置數(shù)據(jù)，比相應模式下的開始噴涂位置提前一段距離（50mm）。換色尚未完成時，機器人程序會把C1position數(shù)值（車身從外部同步啟動信號開始的前進位置計數(shù)器值）與cnvpos.ndx文件中的相應數(shù)值進行比較，從而決定是否停線等待。
下面是代號為PR RR2的中涂右側(cè)2號機器人的cnvpos.ndx文件的實際內(nèi)容:
Program Index
| ____ InitialWait Position for Conveyor
| |
1,2350,1650,1850,1800
2,2350,1950,1750,1800
3,1800,1800,1800,1800

第一列為程序號，對應不同的車型。
第二列是正常生產(chǎn)時新來的下一臺車體等待換色完成的位置數(shù)據(jù)，單位是mm，比正常開始噴涂的位置2400mm提前了50mm。
后面3列是降級時等待換色完成的位置數(shù)據(jù)，分別對應站內(nèi)對面的左側(cè)第1臺機器人降級、左右第2臺機器人降級和左右第3臺機器人降級的情況，只有清漆站有第3臺機器人降級的情況。從上面的數(shù)值可以看到，降級時的位置數(shù)值比正常生產(chǎn)時的數(shù)值要小，表示要比正常生產(chǎn)時提前等待，不同的車型或者不同的降級模式下，數(shù)值可能不一樣。

3.2 降級模式下的節(jié)距控制實例
上面的例子中，PR RR2機器人車型程序號為1時，在對面PR RL2機器人故障后被旁路時采用第2種降級模式，等待換色完成的位置為1850mm，比正常的2350mm要提前500mm。線速4.36m/min時，500mm的距離對應的傳送帶運行時間=500mm/(4360mm/60s)=6.88s，約7秒鐘，就是說兩臺車之間需要增加節(jié)距500mm或者延時7秒鐘，否則在車體連續(xù)的情況下，傳送帶會因后車等待前車換色清洗完成而停線。

實際降級模式也驗證了這一點，在中涂左側(cè)PR RL2機器人故障后，將其打到安全位置并旁路，開啟降級模式，由于最初傳送帶沒有降級時的節(jié)距調(diào)整功能，車身節(jié)距維持6800mm不變，導致每次換色清洗都會停線，當時換色情況也比較多，傳送帶頻繁停止和啟動很難讓人滿意，既對設(shè)備不利，也影響噴涂質(zhì)量，還可能引起車體（滑橇）在傳送帶上的滑移，導致車身與機器人碰撞等更嚴重的問題。只好臨時修改傳送帶入口送車滾床的送車程序，在其它條件都滿足的情況下，延時一段時間再送車來增加節(jié)距，經(jīng)驗證，延時小于7秒時換色清洗仍會停線，7秒以上可以連續(xù)運行。

3.3 降級模式下的節(jié)距控制的改進
上述降級模式實例中增加的延時延長了每一臺車的周期時間，包括不需要換色的車體，導致生產(chǎn)時間延長和能源浪費，這也是我們不希望的，因此考慮加以改進，實現(xiàn)降級時的節(jié)距自動調(diào)節(jié)功能，即換色車之間增加節(jié)距，同色車之間不增加節(jié)距，這樣可以保證降級時傳送帶連續(xù)運行，避免不必要的停線。
要實現(xiàn)降級時的節(jié)距自動調(diào)節(jié)功能，需要噴涂機與傳送帶密切配合。在本例改進方案中，我們要求噴涂PLC向傳送帶PLC發(fā)送各噴涂站的降級信號、具體降級模式和需要增加的節(jié)距數(shù)值(或者對應的時間)，傳送帶PLC需要根據(jù)各站具體降級情況，以及本臺準備送入噴房的車體的顏色與上臺車相比是否變化來選擇適當?shù)墓?jié)距增量，最大限度減少降級模式對生產(chǎn)的影響。以中涂左側(cè)PR RL2機器人旁路后的降級模式為例，中涂PLC向傳送帶發(fā)送站降級信號為1、發(fā)送降級模式為2、發(fā)送節(jié)距增量為500，傳送帶PLC收到降級信號后，就要比較本臺準備送入噴房的車體的中涂顏色與上臺車相比是否變化來插入適當?shù)墓?jié)距增量。同理，色漆站降級時就要比較色漆顏色是否變化，清漆站降級時就要比較清漆顏色是否變化。當換色情況不頻繁時，也可以使用簡化的方法增加降級時的節(jié)距，就是噴涂PLC只向傳送帶發(fā)送具體站降級信號，傳送帶PLC插入換色需要的最大節(jié)距，從本例的18臺機器人的全部cnvpos.ndx文件中，查到最大節(jié)距增量為700mm，采用定時器增加節(jié)距時延時10秒即可。

4 結(jié)語
降級模式下自動調(diào)節(jié)車身節(jié)距，可以最大限度保證跟蹤式噴涂線傳送帶的連續(xù)運行，得到降級模式下的最大產(chǎn)能和最好質(zhì)量，特別是對顏色變化頻繁的噴涂生產(chǎn)線更加重要，在項目前期規(guī)劃和建設(shè)時要向承包商提出相關(guān)要求，并在項目實施過程中完成這項自動化功能。
(詳情見《現(xiàn)代涂料與涂裝》2018-7)