ABB噴涂機(jī)器人的降級(jí)模式與節(jié)距控制

ABB噴涂機(jī)器人的降級(jí)模式與節(jié)距控制
謝巨龍
（長(zhǎng)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(jī)器人進(jìn)行車身外部噴涂，相對(duì)于以前的人工噴涂和往復(fù)機(jī)式噴涂，機(jī)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(diǎn)。噴涂機(jī)器人是先進(jìn)而復(fù)雜的機(jī)電一體化設(shè)備，發(fā)生故障時(shí)，如果預(yù)計(jì)處理時(shí)間較長(zhǎng)或者暫時(shí)難以解決，就要考慮是否旁路這臺(tái)故障機(jī)器人，改由其它機(jī)器人分擔(dān)故障機(jī)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(jī)器人的問題，這種在個(gè)別機(jī)器人故障時(shí)的應(yīng)急生產(chǎn)方式就是降級(jí)模式。降級(jí)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(dòng)降級(jí)模式
要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的降級(jí)模式，需要編寫和調(diào)試相應(yīng)的控制程序、噴涂軌跡和噴涂參數(shù)，相當(dāng)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(shí)向?qū)I(yè)承包商提出噴涂生產(chǎn)線要具備降級(jí)模式的要求，專業(yè)承包商如ABB等公司可以提供相應(yīng)的解決方案。

2 ABB機(jī)器人噴涂線介紹
2.1 ABB機(jī)器人噴涂線的標(biāo)準(zhǔn)配置
目前ABB主推的噴涂機(jī)器人型號(hào)是6.0系統(tǒng)的 5500，對(duì)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(tái)外噴機(jī)器人（本例中的內(nèi)部噴涂由人工完成），在雙鏈?zhǔn)絺魉蛶蓚?cè)交錯(cuò)分布。18臺(tái)機(jī)器人從工藝上分為中涂、色漆和清漆3個(gè)站，其中中涂站機(jī)器人配置為4臺(tái)，每側(cè)2臺(tái)；色漆站機(jī)器人配置為8臺(tái)，每側(cè)4臺(tái)；清漆站機(jī)器人配置為6臺(tái)，每側(cè)3臺(tái)。中涂站噴一遍漆，色漆站相當(dāng)于2個(gè)中涂站，噴兩遍漆。清漆站類似于2個(gè)降級(jí)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(tái)控制噴涂機(jī)器人的PLC（簡(jiǎn)稱噴涂PLC），它們?cè)趥魉蛶У闹鱾鲃?dòng)軸上都接有各自的編碼器，編碼器信號(hào)同時(shí)連也接到機(jī)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(jī)器人和傳送帶PLC之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2.2 ABB機(jī)器人噴涂線的部分術(shù)語(yǔ)和數(shù)據(jù)
ABB機(jī)器人噴涂線的部分術(shù)語(yǔ)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?zhǔn)剑┧俣葹?.36米/分、最小節(jié)距穩(wěn)定在6.8米的情況下，ABB機(jī)器人噴涂線每小時(shí)最多可以生產(chǎn)38.5臺(tái)車，單車運(yùn)行周期時(shí)間為93.5秒，這個(gè)周期時(shí)間是已經(jīng)包含了換色清洗動(dòng)作的最短時(shí)間。計(jì)算如下：
每小時(shí)產(chǎn)量JPH=4.36×60/6.8=38.5臺(tái)/小時(shí)
循環(huán)時(shí)間Cycle time=3600/38.5=93.5秒

2.4 降級(jí)生產(chǎn)模式
如果某站的4臺(tái)機(jī)器人中有1臺(tái)故障而且短期難以修復(fù)時(shí)，可暫時(shí)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(duì)面的機(jī)器人改噴全部水平面（頂面），其它2臺(tái)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(tái)機(jī)器人被旁路時(shí)，每站的降級(jí)模式最多有如下3種：
1、 站內(nèi)任意一側(cè)第1臺(tái)機(jī)器人降級(jí)
2、 站內(nèi)任意一側(cè)第2臺(tái)機(jī)器人降級(jí)
3、 站內(nèi)任意一側(cè)第3臺(tái)機(jī)器人降級(jí)

中涂站和色漆站都只有2種降級(jí)模式，6臺(tái)機(jī)器人的清漆站有3種降級(jí)模式。

降級(jí)模式下工作的機(jī)器人需要分擔(dān)故障機(jī)器人的工作，噴涂更多的面積，花費(fèi)更多的時(shí)間，再加上換色清洗的時(shí)間，單車運(yùn)行周期時(shí)間會(huì)超過上述的93.5秒。如果換色清洗尚未完成時(shí)，新來的下一臺(tái)車體已經(jīng)到達(dá)預(yù)設(shè)的開始噴涂位置，正在忙于換色清洗的機(jī)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(shí)的傳送帶暫停等待程序
正常模式和降級(jí)模式下，都可能發(fā)生換色尚未完成時(shí)下一臺(tái)車體已到達(dá)預(yù)設(shè)啟動(dòng)噴涂位置導(dǎo)致機(jī)器人來不及噴涂的情況，為了避免這種情況，需要在下一臺(tái)車體到達(dá)開始噴涂位置之前暫停傳送帶，等待換色完成后再啟動(dòng)傳送帶。ABB 5500機(jī)器人程序在啟動(dòng)噴涂位置之前預(yù)設(shè)了傳送帶暫停等待換色完成的位置，這些預(yù)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(jí)模式下的4種位置數(shù)據(jù)，比相應(yīng)模式下的開始噴涂位置提前一段距離（50mm）。換色尚未完成時(shí)，機(jī)器人程序會(huì)把C1position數(shù)值（車身從外部同步啟動(dòng)信號(hào)開始的前進(jìn)位置計(jì)數(shù)器值）與cnvpos.ndx文件中的相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行比較，從而決定是否停線等待。
下面是代號(hào)為PR RR2的中涂右側(cè)2號(hào)機(jī)器人的cnvpos.ndx文件的實(shí)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(hào)，對(duì)應(yīng)不同的車型。
第二列是正常生產(chǎn)時(shí)新來的下一臺(tái)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(jí)時(shí)等待換色完成的位置數(shù)據(jù)，分別對(duì)應(yīng)站內(nèi)對(duì)面的左側(cè)第1臺(tái)機(jī)器人降級(jí)、左右第2臺(tái)機(jī)器人降級(jí)和左右第3臺(tái)機(jī)器人降級(jí)的情況，只有清漆站有第3臺(tái)機(jī)器人降級(jí)的情況。從上面的數(shù)值可以看到，降級(jí)時(shí)的位置數(shù)值比正常生產(chǎn)時(shí)的數(shù)值要小，表示要比正常生產(chǎn)時(shí)提前等待，不同的車型或者不同的降級(jí)模式下，數(shù)值可能不一樣。

3.2 降級(jí)模式下的節(jié)距控制實(shí)例
上面的例子中，PR RR2機(jī)器人車型程序號(hào)為1時(shí)，在對(duì)面PR RL2機(jī)器人故障后被旁路時(shí)采用第2種降級(jí)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(shí)，500mm的距離對(duì)應(yīng)的傳送帶運(yùn)行時(shí)間=500mm/(4360mm/60s)=6.88s，約7秒鐘，就是說兩臺(tái)車之間需要增加節(jié)距500mm或者延時(shí)7秒鐘，否則在車體連續(xù)的情況下，傳送帶會(huì)因后車等待前車換色清洗完成而停線。

實(shí)際降級(jí)模式也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，在中涂左側(cè)PR RL2機(jī)器人故障后，將其打到安全位置并旁路，開啟降級(jí)模式，由于最初傳送帶沒有降級(jí)時(shí)的節(jié)距調(diào)整功能，車身節(jié)距維持6800mm不變，導(dǎo)致每次換色清洗都會(huì)停線，當(dāng)時(shí)換色情況也比較多，傳送帶頻繁停止和啟動(dòng)很難讓人滿意，既對(duì)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(dǎo)致車身與機(jī)器人碰撞等更嚴(yán)重的問題。只好臨時(shí)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(shí)一段時(shí)間再送車來增加節(jié)距，經(jīng)驗(yàn)證，延時(shí)小于7秒時(shí)換色清洗仍會(huì)停線，7秒以上可以連續(xù)運(yùn)行。

3.3 降級(jí)模式下的節(jié)距控制的改進(jìn)
上述降級(jí)模式實(shí)例中增加的延時(shí)延長(zhǎng)了每一臺(tái)車的周期時(shí)間，包括不需要換色的車體，導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)和能源浪費(fèi)，這也是我們不希望的，因此考慮加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)降級(jí)時(shí)的節(jié)距自動(dòng)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(jí)時(shí)傳送帶連續(xù)運(yùn)行，避免不必要的停線。
要實(shí)現(xiàn)降級(jí)時(shí)的節(jié)距自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，需要噴涂機(jī)與傳送帶密切配合。在本例改進(jìn)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(jí)信號(hào)、具體降級(jí)模式和需要增加的節(jié)距數(shù)值(或者對(duì)應(yīng)的時(shí)間)，傳送帶PLC需要根據(jù)各站具體降級(jí)情況，以及本臺(tái)準(zhǔn)備送入噴房的車體的顏色與上臺(tái)車相比是否變化來選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)距增量，最大限度減少降級(jí)模式對(duì)生產(chǎn)的影響。以中涂左側(cè)PR RL2機(jī)器人旁路后的降級(jí)模式為例，中涂PLC向傳送帶發(fā)送站降級(jí)信號(hào)為1、發(fā)送降級(jí)模式為2、發(fā)送節(jié)距增量為500，傳送帶PLC收到降級(jí)信號(hào)后，就要比較本臺(tái)準(zhǔn)備送入噴房的車體的中涂顏色與上臺(tái)車相比是否變化來插入適當(dāng)?shù)墓?jié)距增量。同理，色漆站降級(jí)時(shí)就要比較色漆顏色是否變化，清漆站降級(jí)時(shí)就要比較清漆顏色是否變化。當(dāng)換色情況不頻繁時(shí)，也可以使用簡(jiǎn)化的方法增加降級(jí)時(shí)的節(jié)距，就是噴涂PLC只向傳送帶發(fā)送具體站降級(jí)信號(hào)，傳送帶PLC插入換色需要的最大節(jié)距，從本例的18臺(tái)機(jī)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(shí)器增加節(jié)距時(shí)延時(shí)10秒即可。

4 結(jié)語(yǔ)
降級(jí)模式下自動(dòng)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(yùn)行，得到降級(jí)模式下的最大產(chǎn)能和最好質(zhì)量，特別是對(duì)顏色變化頻繁的噴涂生產(chǎn)線更加重要，在項(xiàng)目前期規(guī)劃和建設(shè)時(shí)要向承包商提出相關(guān)要求，并在項(xiàng)目實(shí)施過程中完成這項(xiàng)自動(dòng)化功能。
(詳情見《現(xiàn)代涂料與涂裝》2018-7)