周麗　劉雙喜　雋珽

摘要：本文介紹了KUKA機器人車身打號系統(tǒng)，它主要用于混合車型的車號打印，較詳細的介紹了車身打號機的自動流程及出現(xiàn)問題后的解決措施。

關(guān)鍵詞：KUKA機器人打號系統(tǒng)

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)06(c)-0072-02

1 引言

工業(yè)機器人是一種通過重復編程和自動控制,能夠完成制造過程中某些操作任務(wù)的多功能、多自由度的機電一體化自動機械裝備和系統(tǒng)[1]。1962年美國Unimation公司的第一臺工業(yè)機器人“UNIMATE”在美國通用汽車公司(GM)投入使用,這標志著第一代機器人的誕生,從此,工業(yè)機器人技術(shù)不斷進步,產(chǎn)品不斷改進和完善,逐步發(fā)展形成了第一代可編程控制再現(xiàn)型工業(yè)機器人及其技術(shù)。進入20世紀80年代,工業(yè)機器人的制造形成產(chǎn)業(yè),并被廣泛用于制造行業(yè)。如美國的PUMA機器人、意大利的SMART機器人、日本的MOTOMAN機器人、德國的KUKA機器人、ABB公司的IRB機器人等。

2 車身打號機的結(jié)構(gòu)

車身打號機設(shè)備是用于混合打印速騰、邁騰、高爾夫、邁騰CC等車型的車身底盤號。車身底盤號的打印是用KUKA機器人來驅(qū)動的,右邊的機器人是主機,用于平時的正常打印,左邊的機器人用于備用,在主機有故障的情況下使用。KUKA機器人的打印頭可以打印幾種車型[3],可以分車型更換打印頭,車身數(shù)據(jù)與傳感器感應(yīng)出不同的車型,機器人做出不同的運動軌跡,來打印不同區(qū)域。為了避免車身的晃動固定車身,所以要用夾具夾緊,保證打印質(zhì)量。打印頭通過機器人移動到打印區(qū)域,為了避免機器人的硬接觸的碰撞安裝了橡膠片作為緩沖,貼緊打印區(qū)域后夾具就伸出旋轉(zhuǎn)夾具,開始打印VIN號。

3 車身打號機的工作原理

在打印過程中,通過PEPPERL+FUCHS讀取數(shù)據(jù)載體上的VIN號,讀來的VIN號再和打印控制FIS系統(tǒng)傳來VIN號進行比較正確后,又通過傳感器的識別,再次比較。工作站上方的超聲波傳感器檢測車身前端發(fā)動機蓋是否打開,程序開始啟動機器人手臂位置移動到打印頭在車身側(cè)面打印區(qū)域,打印過程開始執(zhí)行[2]。打印完畢后,打印頭開始倒退過程,機器人回基準位置,然后機器人執(zhí)行打印頭?；鶞庶c。校準位置后機器人回它的基準位置氣缸下降,車身回到雪橇線上。執(zhí)行完畢然后車身移動,打號機結(jié)束動作過程。

4 車身打號機的工作過程

4.1 一般運行

在一般運行中只有一個機器人運行,不能同時有兩個同時運行,程序設(shè)定也是不可能的。系統(tǒng)通過VIN號的第七位和第八位的號,又通過傳感器的識別,進行比較,一致后驅(qū)動機器人運行該車打印號碼位置的軌跡,打印該車身,這就是一般運行。

4.2 緊急運行

緊急運行指的是一臺設(shè)備在故障維修,另一臺備機進行打印工作的運行稱為緊急運行。兩臺設(shè)備都有相同的功能。

4.3 自動過程

自動開始前的初始位置:機器人從基準位置切換到自動運行狀態(tài),經(jīng)過打印頭控制系統(tǒng)和SPS無故障循環(huán)過程后,車身進入工作站。在SPS滾條線的車身占位信號置位,準備讀取數(shù)據(jù)載體上的數(shù)據(jù)。通過Profibus讀取數(shù)據(jù)載體上的PKN號,并且同時打印設(shè)備上的信號“讀取PKN”置位。讀來的PKN號從打印控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中尋找從FIS傳來有效的VIN號。緊接著打印設(shè)備將有效的VIN號通過總線寫入,SPS識別VIN號中的車型識別位(在VIN號中的7和8位)來確定在工作站上的車型。在工作站上方的超聲波傳感器再一次的檢測車型。信號“側(cè)面空”,“確認到達”和“確認結(jié)束”將返回置位。車身位置檢測汽缸托起車身,用前兩個超聲波檢測車身前端發(fā)動機蓋是否打開。SLW程序１開始啟動,機器人手臂位置移動到打印頭在車身側(cè)面打印區(qū)域。打印過程開始執(zhí)行,打印完畢后,打印頭開始倒退過程,機械手回基準位置,然后機械手執(zhí)行打印頭?；鶞庶c,到工作臺上接觸到基準點傳感器。校準位置后機械手回它的基準位置,汽缸下降,車身回到車架位置。SPS置位信號“執(zhí)行完畢”,然后車身移動,使“車身占位”信號返回置位,SPS置位“側(cè)面空”,車身“確定到達”和“確定結(jié)束”信號。

5 SICK安全保護裝置

設(shè)備上的保護裝置來自于SICK公司,它是采用光電感應(yīng)的,分發(fā)射和接受,這樣就能組成一個有效的保護面。分為四個組,兩對安裝在工作區(qū)域的入口和出口,它的運行方式是在沒有車身進入或駛出工作區(qū)域時,總是激活運行的,防止人員進入機器人工作區(qū)域,造成不必要的人身安全事故。另外在兩個機器人靠滾條線側(cè)的一邊各有兩對光電感應(yīng)器,它安裝的作用是用于維修,當一臺機器人設(shè)備有故障時,為了保證流水線的繼續(xù)運行,啟用備用的一臺工作,人員進入一臺有故障的維修區(qū)域,用鑰匙打開有故障側(cè)的門,進入?yún)^(qū)域維修,那時有故障側(cè)的光電感應(yīng)器起作用,人員的活動區(qū)域一旦超過光電感應(yīng)器設(shè)定的區(qū)域,就出現(xiàn)停機現(xiàn)象,所以這是為避免誤入另一臺工作的機械手區(qū)域而設(shè)立的保護裝置,清楚的分割機器人工作區(qū)域和緊急維修區(qū)域。

在設(shè)備的各個操作區(qū)域都安裝著警停的按鈕,以便發(fā)生特別緊急情況下緊急處理。為了方便維修,特別的在兩個機器人工作區(qū)域的外側(cè)各按上了門鎖,進入?yún)^(qū)域時要在旁邊的控制盒用鑰匙切換到接通保護門鎖,有了這樣的條件,門才能打開[4]。

6 故障報警

設(shè)備所有的故障報警都可以在這個頁面中查詢得到,不管是當時的還是歷史記錄著的。報警頁分為兩部分：按一次報警頁的按鈕時,即進入一個窗口頁面,一個是當時發(fā)生故障時,記錄著還沒有排除和未復位的信息,故障發(fā)生時,系統(tǒng)會記錄著發(fā)生的時間日期,故障的內(nèi)容。當在及時報警頁面時,再按一次報警頁的按鈕,就會切換到另一個窗口,這個窗口記錄著所有以前發(fā)生的故障信息和時間,排除故障的時間,以便維修人員查詢歷史記錄。紅色的報警是表示故障發(fā)生出現(xiàn)的時刻;藍色報告條表示故障出現(xiàn)后,操作員沒有按確認按鈕鍵,直接在故障即時跳出的顯示字條屏上確認的時間記錄;綠色表示故障排除后確認復位開啟時的記錄。當故障出現(xiàn)時,故障顯示字條會即時出現(xiàn)在操作屏幕上,以便你確認[5]。

7 易出現(xiàn)的問題及解決措施

出現(xiàn)的問題：車身打號機器人進入車身打號區(qū)域時,造成翼子板劃傷的質(zhì)量缺陷;同時,在與車身鈑金刮碰后,打印頭車身檢測傳感器磨損嚴重導致設(shè)備故障,嚴重影響本工位生產(chǎn)節(jié)拍、造成生產(chǎn)終端車輛滯留;平均日滯留車為30多輛。直接成為總裝車間“產(chǎn)能釋放”的瓶頸。

解決措施：反復測量計算車身翼子板與打號機器人之間的空間距離后,確定翼子板內(nèi)側(cè)供給打號機器人工作的空間過于狹小;于是將打號機器人軌跡進行優(yōu)化,使之與翼子板保持安全工作距離,再將原有的車身檢測傳感器結(jié)構(gòu)重新設(shè)計同時將傳感器升級為檢測功能更強的新型號;最后將機器人程序參數(shù)進行優(yōu)化,使機器人工作站每臺車工作時間縮短2～3秒鐘;從而實現(xiàn)保證車身質(zhì)量、提高本工位生產(chǎn)效率的既定目標。

解決效果：通過優(yōu)化打號機器人程序參數(shù)和機械結(jié)構(gòu),將翼子板劃傷率將為零、全年消除9240臺返修滯留車、打號機器人工作站單車工作時間降低為61秒以內(nèi),實現(xiàn)每個月增產(chǎn)481臺。

8 結(jié)語

汽車增型最主要的是改造生產(chǎn)線。采用機器人可提高汽車生產(chǎn)線的通用性,使多種車型能共線生產(chǎn),改造量降至最小,是降低汽車增型投資成本的主要措施之一。中國著名一汽大眾汽車有限公司的總裝生產(chǎn)線已普遍使用KUKA機器人,來提高生產(chǎn)率。

參考文獻

[1] 劉衛(wèi)平,王明泉.PLC的發(fā)展及應(yīng)用前景[J],機械管理開發(fā),2009(10).

[2] 武鋒.可編程控制器PLC的基本原理及應(yīng)用,電子世界,2002(11).

[3] 卞洪元.基于PLC控制的工業(yè)機器人系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[M],東南大學,2005(3).

[4] 徐蘭欣.西門子PLC在轎車組合儀表試驗系統(tǒng)中的應(yīng)用,工程與試驗,2008(4).

[5] 許海峰.PLC的應(yīng)用,才智,2008(5).