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鑄件外表面的噴涂采用機(jī)器人進(jìn)行處理的智能系統(tǒng)搭建及設(shè)置意見（討論稿）
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四川智能創(chuàng)新鑄造有限公司
2022年7月
目 錄
五、 系統(tǒng)使用效率和預(yù)計實(shí)現(xiàn)效益
前 言
鑄鍛件（結(jié)構(gòu)件）的涂裝作業(yè)是環(huán)保要求十分嚴(yán)格的重污染工序，按照標(biāo)準(zhǔn)要求必須在符合相關(guān)防污染和具備污染物處理的封閉廠房內(nèi)進(jìn)行。因此通常鑄鍛件（中小結(jié)構(gòu)件）的噴涂都是在專門的移動噴涂房中進(jìn)行，噴涂操作者必須穿戴“笨重”的防護(hù)設(shè)施進(jìn)行操作，勞動條件十分艱苦和危險。
本方案采用機(jī)器人智能噴涂系統(tǒng)在移動噴涂房內(nèi)替代人工進(jìn)行鑄鍛件（中小結(jié)構(gòu)件）的噴涂作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了高效和高質(zhì)量的噴涂作業(yè)，為本作業(yè)的自動化和智能化提供了解決方案。
一、適用范圍
本系統(tǒng)適用于中小型鑄鍛件（結(jié)構(gòu)件）在移動噴涂房中的智能自動化噴涂作業(yè)。可實(shí)現(xiàn)大批量工件底漆、中漆、面漆的噴涂作業(yè) 。
工件參數(shù)項(xiàng)目 | 適用范圍 |
待噴涂面預(yù)處理 | 經(jīng)過機(jī)械加工（或打磨）、 噴砂、 表面預(yù)處作業(yè)后 表面光潔度 滿足后期涂裝工序要求 |
噴涂工件材質(zhì) | 無限制 |
待噴涂面形狀 | 所有需要噴涂的外表面（支撐面除外） |
噴涂覆蓋范圍 | 噴漆房內(nèi)全覆蓋 |
表1 適用范圍
機(jī)器人倒掛在噴漆房三維（二維）支架上，覆蓋范圍隨噴漆房大小變化。
單臺設(shè)備場地及外部能源需求：
場地尺寸 | 可活動噴漆房 |
電源要求 | 380V三相交流電 50HZ |
氣源要求 | 不低于0.6MPa |
油漆 | 色漆、清漆、固化劑、稀釋劑（根據(jù)涂裝需求儲備） |
表2 場地及能源需求
二、設(shè)置目標(biāo)
1. 視覺系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)工件的定位和噴涂面形狀識別，在線自動噴涂軌跡編程。
2. 代替人工實(shí)現(xiàn)單次多個工件底漆、中間漆、面漆的噴涂。
3. 實(shí)現(xiàn)噴涂過程中數(shù)據(jù)采集及生產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總分析。
4. 提高涂層的質(zhì)量及涂層均勻性，達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并節(jié)省10%到15%的油漆用量。
5. 提升操作員工的工作環(huán)境，減少各類化學(xué)品對操作員工的危害。
6. 減少人工參與的內(nèi)容，提升噴涂工序的自動化水平。
三、系統(tǒng)構(gòu)成
本系統(tǒng)主要由：活動噴漆房、龍門行車、工業(yè)機(jī)器人、涂料噴涂系統(tǒng)（包括自動噴頭、涂料壓力桶及管路等）、控制柜、視覺識別定位系統(tǒng)、鑄件噴涂軌跡規(guī)劃系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等部分構(gòu)成。
采用工業(yè)級六自由度機(jī)器人倒掛于龍門行車上，通過精準(zhǔn)控制龍門行車的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在 X、Y 平面上的移動， 控制行車運(yùn)動實(shí)現(xiàn)將機(jī)器人移動到指定工位區(qū)域，噴漆機(jī)器人按噴漆運(yùn)動軌跡帶動噴漆系統(tǒng)對各工位的工件進(jìn)行精準(zhǔn)控制噴漆作業(yè)。系統(tǒng)示意效果圖如后圖1所示。
龍門行車
本系統(tǒng)機(jī)器人移動動作主要通過龍門支架完成，龍門支架的作用是安裝機(jī)器人和鑄件（工件）掃描識別相機(jī)，利用相機(jī)對鑄件（工件）輪廓尺寸、類型進(jìn)行識別定位，帶動機(jī)器人對鑄件（工件）進(jìn)行準(zhǔn)確噴涂作業(yè)。
工業(yè)機(jī)器人
本系統(tǒng)主要使用工業(yè)機(jī)器人主要選擇現(xiàn)有四大品牌機(jī)器人：Fanuc（發(fā)那科）、ABB、KUKA（庫卡）、Yaskawa（安川）和其他國產(chǎn)知名機(jī)器人等。完成模擬人工噴漆的動作及姿態(tài)，負(fù)載8-20kg,機(jī)械臂范圍1800-2500mm。示意圖如后圖2所示。
圖1 鑄件自動化噴涂系統(tǒng)示意效果圖
圖2 KukA KR 8系列
噴涂系統(tǒng)
噴涂系統(tǒng)由PLC噴槍工藝柜（含噴漆控制程序）、供料裝置和噴槍系統(tǒng)（采用AVX中壓混氣噴槍）構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人系統(tǒng)的完美結(jié)合。
視覺識別定位系統(tǒng)
視覺識別定位系統(tǒng)主要由視覺相機(jī)、相機(jī)支架兩部分構(gòu)成。相機(jī)支架固定在機(jī)器人上，通過機(jī)器人的移動帶動相機(jī)支架以及視覺相機(jī)移動，完成對工件的位置、外形尺寸等掃描工作，通過視覺程序后處理，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人空間姿態(tài)的確認(rèn)以及自動噴涂程序的生成。為保證視覺相機(jī)鏡頭能夠進(jìn)行長時間作業(yè)，提高其壽命，視覺相機(jī)安裝在相機(jī)支架的自動密封盒內(nèi)。
鑄件噴涂軌跡規(guī)劃系統(tǒng)
鑄件噴涂軌跡規(guī)劃系統(tǒng)主要是通過C#語言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，視覺識別定位系統(tǒng)掃描鑄件后得到各鑄件參數(shù)信息通過本系統(tǒng)在線自動化編程，實(shí)現(xiàn)噴涂工藝的設(shè)置、噴涂軌跡的生成以及與PLC的交互。
自動化控制系統(tǒng)
自動化控制系統(tǒng)主要采用PLC進(jìn)行控制，其中主控制柜、工作臺控制柜、機(jī)器人控制柜以及監(jiān)控顯示等放置于非防爆的活動房外面，機(jī)器人（配置防護(hù)衣）、工作臺、供料裝置、供料攪拌罐等放置于噴涂間內(nèi)，其中機(jī)器人與工作臺放置于噴涂區(qū)。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有三大功能：
，可以隨時監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，設(shè)備處于工作、待機(jī)、故障狀態(tài)一目了然，有助于管理者遠(yuǎn)程進(jìn)行生產(chǎn)管理；
第二、可以將生產(chǎn)過程中的工藝數(shù)據(jù)（如：電流電壓、壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）通過網(wǎng)線上傳至云端，隨時可從后臺查看，有助于工藝的改善；
第三、可以通過收集的數(shù)據(jù)在后臺生成報表文件，有利于管理者進(jìn)行生產(chǎn)統(tǒng)計（包括產(chǎn)能、消耗、效率等）。
四、系統(tǒng)工作流程
根據(jù)工件現(xiàn)場噴涂的情況，擬定的工作流程如下：
流程序號 | 流程說明 |
1 | 操作者依據(jù)鑄件的大小調(diào)整安放鑄件的噴涂支架； |
2 | 吊運(yùn)擺放鑄件至噴涂支架上，具體擺放按照擺放擺規(guī)則執(zhí)行，擺放至布滿噴漆房的鑄件（或擺放完當(dāng)期需噴涂的鑄件）； |
3 | 開動活動房覆蓋至待噴涂區(qū)域； |
4 | 輸入鑄件、油漆、噴涂工藝的各類參數(shù)，啟動激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，對鑄件定位確認(rèn)； |
5 | 經(jīng)過對鑄件定位后，確認(rèn)各鑄件所在位置，通過視覺識別相機(jī)逐個對各鑄件進(jìn)行拍攝，獲取鑄件的輪廓尺寸，自動生成噴涂軌跡。在交互界面人工確認(rèn)軌跡是否正常。 |
6 | 系統(tǒng)給出預(yù)計配漆量，人工配漆完成后校準(zhǔn)噴槍，確認(rèn)噴涂系統(tǒng)正常后關(guān)閉噴漆房活動門，啟動噴涂開始按鈕。 |
7 | 系統(tǒng)根據(jù)輸入的工藝參數(shù)按照運(yùn)動軌跡進(jìn)行噴涂作業(yè)； |
8 | 噴涂完成后，機(jī)器人回到待機(jī)位，發(fā)出執(zhí)行結(jié)束信號； |
9 | 操作者打開噴漆房活動門，清洗噴槍； |
10 | 結(jié)束或噴漆活動房移動至下一個噴漆位 |
11 | 重復(fù) |
表3 系統(tǒng)工作流程
五、系統(tǒng)使用效率和預(yù)計實(shí)現(xiàn)效益
機(jī)器人智能自動化噴涂系統(tǒng)可替代傳統(tǒng)人工噴涂工序，實(shí)現(xiàn)鑄鋼件底、中間、面漆噴涂質(zhì)量優(yōu)化并可長時間穩(wěn)定工作，降低生產(chǎn)成本，提升整體生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)將操作者從傳統(tǒng)的噴涂環(huán)境中解放出來，通過視覺和機(jī)器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端監(jiān)控噴涂進(jìn)程，符合我國產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展方向。促進(jìn)專業(yè)化生產(chǎn)，有利于企業(yè)聚焦主要生產(chǎn)工藝提升技術(shù)水平和聚焦主要產(chǎn)品提升產(chǎn)品質(zhì)量并實(shí)施批量化生產(chǎn)，有利于企業(yè)走“專精特新”道路提升核心競爭力。規(guī)模化生產(chǎn)有利于企業(yè)更好地組織生產(chǎn)要素、投入先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備、提升生產(chǎn)效率、降低綜合運(yùn)營成本，也有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)保綜合有效治理。
機(jī)器人噴涂成本主要包括：油漆用量+設(shè)備折舊+設(shè)備用電+人工配套
人工噴涂成本主要包括：油漆用量+設(shè)備折舊+設(shè)備用電
預(yù)計可替代2-4名熟練操作工，平均用漆量減少10%。預(yù)計年2-3年收回投資。該系統(tǒng)安全使用壽命周期5年以上。
機(jī)器人智能噴涂優(yōu)勢：
1. 可不間斷工作。取代部分人工噴涂工作量。
2. 工藝參數(shù)可控可調(diào)，可不斷優(yōu)化噴涂工藝。
3. 噴涂作業(yè)中參數(shù)穩(wěn)定，整體噴涂均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。
4. 解決噴涂工序用工難、工作環(huán)境惡劣的難點(diǎn)，保障員工身體健康。
5. 推進(jìn)鑄造全流程自動化、智能化發(fā)展，優(yōu)化工序節(jié)拍。
六、總結(jié)
6.1配置更低要求
實(shí)現(xiàn)大批量中小件工件的智能噴涂作業(yè)且不增加企業(yè)資金壓力，機(jī)器人智能噴涂工作站的配置要求如下：
①主機(jī)部分可采用市面常見承重8KG以上，臂展超過1800mm以上機(jī)器人作為系統(tǒng)機(jī)器人，搭配涂料噴涂系統(tǒng)（采用AVX中壓混氣噴槍）。
②通過常規(guī)PLC總控制柜進(jìn)行控制，C#編寫控制交互界面，用以太網(wǎng)控制與PLC、機(jī)器人、視覺進(jìn)行聯(lián)動控制。
③系統(tǒng)對工廠場地配套要求靈活，對能源要求低。可根據(jù)工廠工件特征搭建適配可活動噴漆房，有50HZ-380V三相交流電、壓力不低于0.6MOPa氣源的場地即可滿足要求，設(shè)備主要消耗為噴涂氣源氣體，系統(tǒng)運(yùn)行花費(fèi)低。
6.2系統(tǒng)優(yōu)勢
①簡易明了的交互模式，實(shí)現(xiàn)操作者與系統(tǒng)的交互操作：通過工業(yè)相機(jī)視覺識別自動生成噴涂軌跡，操作者僅需在交互界面人工確認(rèn)軌跡是否正常。
②系統(tǒng)維護(hù)簡單，日常用稀釋劑對噴涂管線進(jìn)行浸泡養(yǎng)護(hù)，對噴嘴等關(guān)鍵部件進(jìn)行清潔，定期進(jìn)行龍門件機(jī)械磨損檢查、線路健康狀況評估和工控機(jī)內(nèi)運(yùn)行環(huán)境及冗余清理。
③安全環(huán)保：操作者可在噴漆房外操作間內(nèi)遠(yuǎn)程操作噴涂系統(tǒng)，機(jī)器人設(shè)備穩(wěn)定可靠，噴漆房密封性能可靠，杜絕安全和環(huán)保風(fēng)險。
④操作者僅需職業(yè)技術(shù)學(xué)校相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)，或擁有大專以上學(xué)歷，具有計算機(jī)操作能力，通過培訓(xùn)即可快速掌握系統(tǒng)操作方法。
5-鑄件外表面的噴涂采用機(jī)器人進(jìn)行處理的智能系統(tǒng)搭建及設(shè)置意見（討論稿）.docx
