KUKA机器人车身打号机的工作流程及故障分析

周丽　刘双喜　隽珽

摘要：本文介绍了KUKA机器人车身打号系统，它主要用于混合车型的车号打印，较详细的介绍了车身打号机的自动流程及出现问题后的解决措施。

关键词：KUKA机器人打号系统

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)06(c)-0072-02

1 引言

工业机器人是一种通过重复编程和自动控制,能够完成制造过程中某些操作任务的多功能、多自由度的机电一体化自动机械装备和系统[1]。1962年美国Unimation公司的第一台工业机器人“UNIMATE”在美国通用汽车公司(GM)投入使用,这标志着第一代机器人的诞生,从此,工业机器人技术不断进步,产品不断改进和完善,逐步发展形成了第一代可编程控制再现型工业机器人及其技术。进入20世纪80年代,工业机器人的制造形成产业,并被广泛用于制造行业。如美国的PUMA机器人、意大利的SMART机器人、日本的MOTOMAN机器人、德国的KUKA机器人、ABB公司的IRB机器人等。

2 车身打号机的结构

车身打号机设备是用于混合打印速腾、迈腾、高尔夫、迈腾CC等车型的车身底盘号。车身底盘号的打印是用KUKA机器人来驱动的,右边的机器人是主机,用于平时的正常打印,左边的机器人用于备用,在主机有故障的情况下使用。KUKA机器人的打印头可以打印几种车型[3],可以分车型更换打印头,车身数据与传感器感应出不同的车型,机器人做出不同的运动轨迹,来打印不同区域。为了避免车身的晃动固定车身,所以要用夹具夹紧,保证打印质量。打印头通过机器人移动到打印区域,为了避免机器人的硬接触的碰撞安装了橡胶片作为缓冲,贴紧打印区域后夹具就伸出旋转夹具,开始打印VIN号。

3 车身打号机的工作原理

在打印过程中,通过PEPPERL+FUCHS读取数据载体上的VIN号,读来的VIN号再和打印控制FIS系统传来VIN号进行比较正确后,又通过传感器的识别,再次比较。工作站上方的超声波传感器检测车身前端发动机盖是否打开,程序开始启动机器人手臂位置移动到打印头在车身侧面打印区域,打印过程开始执行[2]。打印完毕后,打印头开始倒退过程,机器人回基准位置,然后机器人执行打印头校基准点。校准位置后机器人回它的基准位置气缸下降,车身回到雪橇线上。执行完毕然后车身移动,打号机结束动作过程。

4 车身打号机的工作过程

4.1 一般运行

在一般运行中只有一个机器人运行,不能同时有两个同时运行,程序设定也是不可能的。系统通过VIN号的第七位和第八位的号,又通过传感器的识别,进行比较,一致后驱动机器人运行该车打印号码位置的轨迹,打印该车身,这就是一般运行。

4.2 紧急运行

紧急运行指的是一台设备在故障维修,另一台备机进行打印工作的运行称为紧急运行。两台设备都有相同的功能。

4.3 自动过程

自动开始前的初始位置:机器人从基准位置切换到自动运行状态,经过打印头控制系统和SPS无故障循环过程后,车身进入工作站。在SPS滚条线的车身占位信号置位,准备读取数据载体上的数据。通过Profibus读取数据载体上的PKN号,并且同时打印设备上的信号“读取PKN”置位。读来的PKN号从打印控制系统的数据库中寻找从FIS传来有效的VIN号。紧接着打印设备将有效的VIN号通过总线写入,SPS识别VIN号中的车型识别位(在VIN号中的7和8位)来确定在工作站上的车型。在工作站上方的超声波传感器再一次的检测车型。信号“侧面空”,“确认到达”和“确认结束”将返回置位。车身位置检测汽缸托起车身,用前两个超声波检测车身前端发动机盖是否打开。SLW程序１开始启动,机器人手臂位置移动到打印头在车身侧面打印区域。打印过程开始执行,打印完毕后,打印头开始倒退过程,机械手回基准位置,然后机械手执行打印头校基准点,到工作台上接触到基准点传感器。校准位置后机械手回它的基准位置,汽缸下降,车身回到车架位置。SPS置位信号“执行完毕”,然后车身移动,使“车身占位”信号返回置位,SPS置位“侧面空”,车身“确定到达”和“确定结束”信号。

5 SICK安全保护装置

设备上的保护装置来自于SICK公司,它是采用光电感应的,分发射和接受,这样就能组成一个有效的保护面。分为四个组,两对安装在工作区域的入口和出口,它的运行方式是在没有车身进入或驶出工作区域时,总是激活运行的,防止人员进入机器人工作区域,造成不必要的人身安全事故。另外在两个机器人靠滚条线侧的一边各有两对光电感应器,它安装的作用是用于维修,当一台机器人设备有故障时,为了保证流水线的继续运行,启用备用的一台工作,人员进入一台有故障的维修区域,用钥匙打开有故障侧的门,进入区域维修,那时有故障侧的光电感应器起作用,人员的活动区域一旦超过光电感应器设定的区域,就出现停机现象,所以这是为避免误入另一台工作的机械手区域而设立的保护装置,清楚的分割机器人工作区域和紧急维修区域。

在设备的各个操作区域都安装着警停的按钮,以便发生特别紧急情况下紧急处理。为了方便维修,特别的在两个机器人工作区域的外侧各按上了门锁,进入区域时要在旁边的控制盒用钥匙切换到接通保护门锁,有了这样的条件,门才能打开[4]。

6 故障报警

设备所有的故障报警都可以在这个页面中查询得到,不管是当时的还是历史记录着的。报警页分为两部分：按一次报警页的按钮时,即进入一个窗口页面,一个是当时发生故障时,记录着还没有排除和未复位的信息,故障发生时,系统会记录着发生的时间日期,故障的内容。当在及时报警页面时,再按一次报警页的按钮,就会切换到另一个窗口,这个窗口记录着所有以前发生的故障信息和时间,排除故障的时间,以便维修人员查询历史记录。红色的报警是表示故障发生出现的时刻;蓝色报告条表示故障出现后,操作员没有按确认按钮键,直接在故障即时跳出的显示字条屏上确认的时间记录;绿色表示故障排除后确认复位开启时的记录。当故障出现时,故障显示字条会即时出现在操作屏幕上,以便你确认[5]。

7 易出现的问题及解决措施

出现的问题：车身打号机器人进入车身打号区域时,造成翼子板划伤的质量缺陷;同时,在与车身钣金刮碰后,打印头车身检测传感器磨损严重导致设备故障,严重影响本工位生产节拍、造成生产终端车辆滞留;平均日滞留车为30多辆。直接成为总装车间“产能释放”的瓶颈。

解决措施：反复测量计算车身翼子板与打号机器人之间的空间距离后,确定翼子板内侧供给打号机器人工作的空间过于狭小;于是将打号机器人轨迹进行优化,使之与翼子板保持安全工作距离,再将原有的车身检测传感器结构重新设计同时将传感器升级为检测功能更强的新型号;最后将机器人程序参数进行优化,使机器人工作站每台车工作时间缩短2～3秒钟;从而实现保证车身质量、提高本工位生产效率的既定目标。

解决效果：通过优化打号机器人程序参数和机械结构,将翼子板划伤率将为零、全年消除9240台返修滞留车、打号机器人工作站单车工作时间降低为61秒以内,实现每个月增产481台。

8 结语

汽车增型最主要的是改造生产线。采用机器人可提高汽车生产线的通用性,使多种车型能共线生产,改造量降至最小,是降低汽车增型投资成本的主要措施之一。中国著名一汽大众汽车有限公司的总装生产线已普遍使用KUKA机器人,来提高生产率。

参考文献

[1] 刘卫平,王明泉.PLC的发展及应用前景[J],机械管理开发,2009(10).

[2] 武锋.可编程控制器PLC的基本原理及应用,电子世界,2002(11).

[3] 卞洪元.基于PLC控制的工业机器人系统的研究与实现[M],东南大学,2005(3).

[4] 徐兰欣.西门子PLC在轿车组合仪表试验系统中的应用,工程与试验,2008(4).

[5] 许海峰.PLC的应用,才智,2008(5).