涂裝機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保

涂裝站，特別是機(jī)器人涂裝站，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作必須配置大量的控制設(shè)備，這些設(shè)備通常分為4類：站控制器、安全控制器、單個(gè)的機(jī)器人控制器和工藝裝備控制器。站控制器一般以PLC為基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)控制涂裝站的整個(gè)生產(chǎn)過程，并負(fù)責(zé)與外部環(huán)境相互通信。該控制器接收被涂裝車輛及所需漆的有關(guān)信息，向有關(guān)機(jī)器人發(fā)出相應(yīng)的工作指令。站控制器還要收集外圍設(shè)備的各種信息，如輸送裝置和工藝裝備的信息、防火信息等，然后分析這些信息，控制相應(yīng)的操作。安全PLC顧名思義用于采集和處理有關(guān)安全方面的各種信息，這里所說的安全主要是指人身安全，這些安全措施是通過包括涂裝站出入口光幕簾、門的接觸以及緊急開關(guān)等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。一旦發(fā)出一個(gè)這類報(bào)警信號(hào)，涂裝站必須立即進(jìn)入安全狀態(tài)，而當(dāng)報(bào)警狀態(tài)排除后要求涂裝站還能從斷點(diǎn)起繼續(xù)工作。機(jī)器人控制器主要負(fù)責(zé)控制機(jī)器人的動(dòng)作，設(shè)置觸發(fā)裝置。工藝裝備控制器實(shí)現(xiàn)了工藝過程參數(shù)化，在某些特定情況下（如在接縫密封和車體下面的密封過程中）往往需要采用對(duì)工藝過程的單獨(dú)控制，因?yàn)槌Ｒ?guī)機(jī)器人在控制器中并不具備工藝處理的功能。

EcoRPC控制器的特點(diǎn)和應(yīng)用

如今，在機(jī)器人涂裝站中要布設(shè)大量的控制硬件和線路。在此舉兩個(gè)例子：第一個(gè)例子是，一個(gè)汽車內(nèi)表面涂裝站帶有4個(gè)噴涂機(jī)器人和6個(gè)操作機(jī)器人，操作機(jī)器人負(fù)責(zé)在噴涂過程中打開和關(guān)閉汽車的引擎箱蓋、行李箱蓋和車門，需要配置1個(gè)PLC控制器和10個(gè)機(jī)器人控制器。第二個(gè)例子是，一個(gè)接縫密封涂裝站帶有4個(gè)機(jī)器人，同樣需要配置1個(gè)PLC控制器、4個(gè)機(jī)器人控制器和4臺(tái)工藝裝備控制器，這些工藝裝備控制密封材料的狀態(tài)和流量，所以需要幾乎同樣多的設(shè)備。而且以上兩種涂裝站都還要配置所謂的測(cè)控裝置，以準(zhǔn)確確定車身的位置和設(shè)備操作的位置，測(cè)控裝置一般需要進(jìn)行單獨(dú)的控制。

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們考慮可否對(duì)這些控制器進(jìn)行集成簡化，來降低設(shè)備的復(fù)雜性和節(jié)約生產(chǎn)成本?，F(xiàn)在最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)使這一設(shè)想成為可能。杜爾公司以工業(yè)控制PC機(jī)為基礎(chǔ)開發(fā)出了最新的EcoRPC控制器，它具有多機(jī)器人和多工藝過程控制的功能。具體來說，這種控制器最多能同時(shí)控制4個(gè)機(jī)器人或4種不同的工藝過程。圖1是一個(gè)引擎箱和行李箱內(nèi)面涂裝站的布置圖，這個(gè)機(jī)器人涂裝站有2個(gè)噴涂機(jī)器人和2個(gè)操作機(jī)器人，按傳統(tǒng)控制技術(shù)則需要配置4個(gè)控制器。如果采用這種新產(chǎn)品，只需2個(gè)控制器就可以了，相當(dāng)于減少了一半所需的硬件設(shè)備。圖1中，開關(guān)箱蓋的操作機(jī)器人懸掛在一個(gè)高架的軌道上，噴涂機(jī)器人和操作機(jī)器人之間疊架著工作，這與傳統(tǒng)的布置方案相比可以節(jié)約空間，而且更具靈活性，噴涂機(jī)器人和操作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)不再受到相互的限制。

圖1  對(duì)車體的引擎箱和行李箱進(jìn)行內(nèi)面噴涂的機(jī)器人涂裝站

效率提高的關(guān)鍵在于明顯縮短了處理器的運(yùn)算周期。這種特性在服務(wù)于多機(jī)器人、多工藝過程控制的同時(shí)還帶來很多其他優(yōu)勢(shì)，工藝過程控制的周期現(xiàn)在也明顯縮短了，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。例如系統(tǒng)可以迅速檢測(cè)到涂料輸送管壓力過高，及時(shí)停止計(jì)量泵的工作，以防止涂料輸送管發(fā)生爆裂，從而避免了因管道更換清洗而帶來的麻煩。此外還可以使裝配工作更好地同步和協(xié)調(diào)，這對(duì)那些高速的工藝過程和需要精確定位或定量的過程尤其重要。前文提到的密封過程就是個(gè)例子，有時(shí)操作速度高達(dá)1000mm/s，而且要求極高的精確度。例如在密封尾燈接縫（見圖2）時(shí)，對(duì)密封層的寬度和厚度均有很嚴(yán)格的要求，否則在后面的尾燈安裝工序中將出現(xiàn)問題。在此舉一個(gè)例子說明高控制精度的重要性：對(duì)車門的雙彎邊焊縫進(jìn)行密封（見圖3）是車門裝配的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而且是在車門關(guān)閉的狀態(tài)下進(jìn)行的，此時(shí)要用一種特殊的噴嘴插入門縫，從門的里面對(duì)焊縫進(jìn)行密封。這個(gè)操作對(duì)密封材料涂覆的外觀質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，因?yàn)楹缚p距門的邊緣非常近，密封材料涂覆的位置或形狀稍有偏差就能看出來。通過這些例子我們能看到，這類工藝過程如果不能把機(jī)器人的控制和工藝過程控制非常好地同步起來是根本不可能實(shí)現(xiàn)的。

圖2  汽車尾燈接縫密封的模擬過程（左）和實(shí)際效果（右）

圖3  在車門關(guān)閉的狀態(tài)下對(duì)門的雙彎邊焊縫進(jìn)行密封

EcoRPC控制系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)就是能進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。如今車輛的跟蹤識(shí)別是在機(jī)器人控制器中進(jìn)行，而不是像以前在PLC控制器中進(jìn)行，各種控制程序和數(shù)據(jù)都可以事先存儲(chǔ)到機(jī)器人控制器中供隨時(shí)調(diào)用，不需要加工前在現(xiàn)場(chǎng)加載程序和調(diào)整數(shù)據(jù)，從而節(jié)約了生產(chǎn)準(zhǔn)備的時(shí)間。

這種新的EcoRPC控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于很多項(xiàng)目中，而且通過了防火安全的檢測(cè)。目前在接縫密封工序中使用的不同廠商提供的機(jī)器人都采用了EcoRPC控制技術(shù)，把機(jī)器人的控制和工藝過程控制集成到了一個(gè)平臺(tái)上?，F(xiàn)在第一個(gè)全面采用EcoRPC系統(tǒng)控制所有機(jī)器人的新涂裝工廠已經(jīng)順利投產(chǎn)，這個(gè)工廠屬于意大利一家著名的汽車制造商，他們20世紀(jì)60年代生產(chǎn)的車備受青睞。該廠的PVC和油漆涂裝生產(chǎn)線的機(jī)器人和工藝裝備全部是由杜爾公司提供的，其中2個(gè)機(jī)器人應(yīng)用于汽車底面的密封工序，另有20個(gè)機(jī)器人應(yīng)用于車體的內(nèi)外面底漆和色漆的涂裝。在內(nèi)面涂裝工序中，采用了“靜/動(dòng)”工作模式，同時(shí)另有10個(gè)操作機(jī)器人配合工作。該廠采用了這種技術(shù)后生產(chǎn)量大大提高。杜爾公司已為該廠提供并安裝了一套新的底漆和色漆的涂裝生產(chǎn)線，帶有6個(gè)噴涂機(jī)器人和其他操作機(jī)器人。

EcoScreen 3D-OnSite系統(tǒng)使人身臨其境

現(xiàn)代化的、高效的機(jī)器人控制器還需配備先進(jìn)的、操作方便的編程系統(tǒng)。EcoScreen 3D-OnSite三維在線工作系統(tǒng)（見圖4）由杜爾公司開發(fā)，采用了三維視覺化技術(shù)，可以對(duì)機(jī)器人控制器進(jìn)行編程、參數(shù)設(shè)置和可視化操作。系統(tǒng)能夠在線編程，即可以在生產(chǎn)過程中進(jìn)行編程和調(diào)整，也可以離線編程，可以先在車間辦公室里進(jìn)行編程和試驗(yàn)，然后通過以太網(wǎng)與機(jī)器人控制器相互通信，保證了數(shù)據(jù)上傳和下載的高度可靠性。該系統(tǒng)具有豐富的功能，實(shí)現(xiàn)了以前只有離線編程系統(tǒng)才能完成的任務(wù)。系統(tǒng)可以按照RRS標(biāo)準(zhǔn)（Realistic Robot Simulation）進(jìn)行機(jī)器人工作的模擬，進(jìn)行可行性分析、干涉檢測(cè)、多機(jī)器人（最多可達(dá)到16個(gè)）/多任務(wù)模擬仿真、自動(dòng)規(guī)劃加工路徑、優(yōu)化程序和進(jìn)行視頻記錄等，數(shù)據(jù)庫管理器還具有進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)管理的功能。此外，還有一個(gè)自動(dòng)診斷模塊對(duì)設(shè)備的維護(hù)工作非常有益，可以快速對(duì)一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人控制器的信號(hào)進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)、記錄和存檔。自動(dòng)診斷模塊提供了大量的工具以便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視性分析，尋找故障原因或作其他分析處理。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)SQL數(shù)據(jù)庫，可以長期儲(chǔ)存各種數(shù)據(jù)文件。

圖4   EcoScreen 3D-OnSite三維在線工作系統(tǒng)具有豐富的功能

如今的計(jì)算機(jī)技術(shù)增加了對(duì)運(yùn)動(dòng)過程及工藝過程模擬仿真的可能性，最大的原因是由于產(chǎn)品的生產(chǎn)周期越來越短，而且由于時(shí)間和成本的原因逐步放棄了對(duì)生產(chǎn)模型的依賴。離線編程系統(tǒng)早就具備為機(jī)器人編制程序的可能性，現(xiàn)在這種系統(tǒng)已經(jīng)可以集成到機(jī)器人控制器中了。

目前工藝過程模擬技術(shù)需要解決的主要問題有：浸涂槽中的液流形式是否得到優(yōu)化，以使得新鮮的工作介質(zhì)均勻接觸到車體的各個(gè)部分；車體在烘箱中是否加熱均勻，是否都達(dá)到所需要的溫度以保證涂裝材料能均勻分布；涂裝室中的層流是否正常，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)紊流現(xiàn)象，使粉塵弄臟被涂裝的車體。在規(guī)劃一個(gè)涂裝車間時(shí)，事先對(duì)生產(chǎn)物流的情況進(jìn)行模擬分析是必不可少的，以確定實(shí)際生產(chǎn)的一些重要指標(biāo)，如生產(chǎn)量、加工周期和存放車體的倉庫面積等。在不久的將來，各種模擬過程還可以相互鏈接起來，構(gòu)建成一個(gè)三維的模型，然后經(jīng)過圖形軟件處理后采用投影墻技術(shù)顯示出來（見圖5），使人有身臨其境之感。這樣投資者就可以先“進(jìn)入”自己未來的涂裝工廠進(jìn)行一番考察，然后再?zèng)Q定是否真的開工建設(shè)。可以說，數(shù)字化工廠已經(jīng)離我們?cè)絹碓浇恕?/p>

圖5  模擬分析卡車駕駛艙在烘箱中的加熱過程