張寧 徐劍

摘 要：文章介紹了杜爾打膠機(jī)器人中最新一代3D膠槍EcoGun2 3D結(jié)構(gòu)和功能，針對EcoGun2 3D在現(xiàn)場應(yīng)用時出現(xiàn)的主要故障問題，分析了產(chǎn)生原因。最后通過對電機(jī)扭矩和溫度進(jìn)行定期實時監(jiān)控的預(yù)見性維護(hù)方法替代了傳統(tǒng)的計劃維修，降低了停機(jī)時間和生產(chǎn)制造成本。

關(guān)鍵詞：3D膠槍;預(yù)見性維護(hù);機(jī)器人

中圖分類號：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）14-140-03

Abstract： Introduction to the structure and function of the latest version of 3D Eco Gun 2， focusing on main faults occurring onsite during production， analyzing the root cause. Finally， the predictive maintenance method of regular real-time monitoring of the motor torque and temperature replaces the traditional planned maintenance and reduces the downtime and manufacturing costs.

Keywords： 3D gule gun; predictive maintenance; Robot

CLC NO.： U466 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）14-140-03

前言

隨著機(jī)器人噴涂技術(shù)的進(jìn)步和智能化，對車身涂膠質(zhì)量的要求不斷提高以及人力成本的提升，機(jī)器人在汽車涂裝車間得到了廣泛的應(yīng)用，其中涂膠工序也逐步開始大量使用機(jī)器人。吉利汽車臨海涂裝車間雙線共16臺涂膠機(jī)器人，主要應(yīng)用在UBS（焊縫涂膠）、UBC（底部減震膠）工位，其中3D膠槍的應(yīng)用包括了德國杜爾老一代的產(chǎn)品和最新一代EcoGun2 3D。EcoGun2 3D相比老一代產(chǎn)品，一種型號就實現(xiàn)從隔音阻尼墊噴涂到焊縫密封的所有應(yīng)用領(lǐng)域，并且在壓縮空氣消耗、涂膠質(zhì)量等方面均有所改善，但是結(jié)構(gòu)更加精密、維護(hù)保養(yǎng)難度更高。因此針對3D膠槍結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，根據(jù)其機(jī)械和電氣特性對經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行提前預(yù)判和優(yōu)化改進(jìn)，從而達(dá)到降低打膠機(jī)器人的整體故障率和節(jié)約成本的目的。

1 3D膠槍功能與結(jié)構(gòu)介紹

3D膠槍作為涂膠機(jī)器人的重要組成部分，是一種噴涂裝置，主要搭配機(jī)器人本體用于向汽車車身上噴涂高粘度膏狀材料。例如PVC塑料溶膠或丙烯酸脂。

主要工作方式為：機(jī)器人將噴涂器定位至噴涂位置，噴涂材料通過3D膠槍輸送至頂部的各個噴嘴，按照要噴涂表面的尺寸、狀況或機(jī)器人對表面的可達(dá)性，選擇合適角度的噴嘴，然后相應(yīng)的主針打開，材料進(jìn)行噴涂;當(dāng)無材料進(jìn)行噴涂時，主針關(guān)閉，回流閥打開，材料進(jìn)行回流。

3D膠槍的主要結(jié)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)套管、噴頭和接口模塊，如圖1所示。旋轉(zhuǎn)套管包括一個旋轉(zhuǎn)部件和一個固定部件，旋轉(zhuǎn)部件安裝在機(jī)器人法蘭上，由機(jī)器人驅(qū)動電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，保證旋轉(zhuǎn)部件沿軸向做旋轉(zhuǎn)運動。在接口模塊上連接有全部電氣、氣動組件和材料供應(yīng)裝置，其中包括電磁閥連接口、溫度和壓力傳感器接口、材料供應(yīng)接口、材料回流接口、觸發(fā)空氣連接口、固定塊等。在存在材料回流的3D膠槍上，在接口模塊處安裝有回流閥。在不帶材料回流的3D膠槍上，可通過供回路兩個接口，連接兩種材料。材料流經(jīng)接口模塊進(jìn)入軸，之后流經(jīng)法蘭管至噴頭，噴頭的噴嘴通過主針來控制打開或關(guān)閉。

噴頭由法蘭外殼和噴嘴支座組成 。三個噴嘴按照0°、45°和 90°三個噴涂角度安裝在噴嘴支座上。噴頭經(jīng)由法蘭管與旋轉(zhuǎn)套管相連接。

2 主要故障案例分析

Eco Gun2 3D作為杜爾公司最新一代3D膠槍，在使用過程中會出現(xiàn)一些新的故障，沒有任何歷史數(shù)據(jù)可以參照，存在故障點判斷不準(zhǔn)確、處理時間長等問題，在生產(chǎn)初期對設(shè)備開動率造成了一定的影響。主要故障有主針卡滯斷裂導(dǎo)致的出膠異常、3D膠槍導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)超差報警、膠槍固定塊脫落導(dǎo)致信號異常等。其中3D膠槍導(dǎo)致的驅(qū)動電機(jī)超差報警大約占總故障時間的70%，因此本文著重對該故障進(jìn)行展開說明。

2.1 故障現(xiàn)象

驅(qū)動電機(jī)超差報警故障在初期體現(xiàn)為生產(chǎn)線開線時機(jī)器人在某個噴涂姿態(tài)時控制驅(qū)動電機(jī)運行的伺服驅(qū)動器報超差（F2028），也就是實際運行時扭矩值超過了兩極扭矩極限值，報警可復(fù)位。機(jī)器人在噴涂幾臺車身后不再報警，故障只在長期停線后的初次開機(jī)時出現(xiàn)。機(jī)器人再經(jīng)過一段時間生產(chǎn)運行后，會慢慢變化成頻繁報警并且無法復(fù)位，機(jī)器人故障停機(jī)，只能通過更換3D膠槍或臨時調(diào)整極限值來恢復(fù)生產(chǎn)。

2.2 故障原因

發(fā)生該故障后對3D膠槍進(jìn)行拆解分析，主要原因有以下兩點：

（1）圖2所示，旋轉(zhuǎn)部件中的密封件與固定部件接觸位置存在磨損，產(chǎn)生大量凝固的磨損物。磨損物會隨著運行時間而增加，在旋轉(zhuǎn)套管內(nèi)堆積。固化后造成負(fù)載端膠槍旋轉(zhuǎn)阻力提升，電機(jī)運行扭矩和溫度不斷升高。

（2）旋轉(zhuǎn)部件兩端固定的滾珠軸承存在損傷，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)偏心現(xiàn)象。

3 預(yù)見性維護(hù)方法

德國杜爾建議的維護(hù)方法為定期的預(yù)防性維護(hù)，也稱計劃維修，在機(jī)器人運行一段時間后，對3D膠槍進(jìn)行拆解、檢查、更換零部件。其中不同零部件的更換周期不一樣，比如密封套件更換周期為6個月，主針更換周期為2年。在這種維護(hù)方式下，無論有無故障都需進(jìn)行拆解，維護(hù)工作存在很大的盲目性，有可能過剩維修，導(dǎo)致人力和備件成本的浪費。因為3D膠槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，甚至?xí)霈F(xiàn)損害性的保養(yǎng)活動，降低原有的設(shè)備精度。

3D膠槍最常見的故障為旋轉(zhuǎn)套管導(dǎo)致的驅(qū)動電機(jī)過扭矩、運行溫度升高。因此找到合適的方式對狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，通過對扭矩和電機(jī)溫度的變化趨勢進(jìn)行研究分析，可以提前對旋轉(zhuǎn)套管使用壽命進(jìn)行判斷，從而實現(xiàn)預(yù)見性維護(hù)的目的。

現(xiàn)場通過力士樂的Indra Works軟件對8臺機(jī)器人的膠槍驅(qū)動電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，針對性的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)載端3D膠槍狀態(tài)下降，體現(xiàn)出來的主要數(shù)據(jù)變化為扭矩和電機(jī)溫度的上升。

2019年11月4日在UBS站R22機(jī)器人上安裝全新的3D膠槍進(jìn)行數(shù)據(jù)持續(xù)監(jiān)測對比。首次安裝后第1個車型噴涂周期的扭矩峰值為2.23 Nm，如圖3所示。在連續(xù)噴涂49982臺車身后測量峰值達(dá)到3.60Nm，超過報警限值3.51Nm。通過對膠槍進(jìn)行更換密封件和軸承，保養(yǎng)后的3D膠槍安裝上去初次測量，扭矩峰值為2.40Nm。

選用UBC_R11和UBS_R22兩個處于不同站的機(jī)器人進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集周期為1個月/次，發(fā)現(xiàn)影響3D膠槍壽命的主要因素為噴涂軌跡的復(fù)雜程度和噴涂車身數(shù)量。隨著噴涂車身數(shù)量的增加，扭矩呈上升趨勢。但是在噴涂同樣數(shù)量的車身后，因為UBC站機(jī)器人軌跡相比于UBS站機(jī)器人較為簡單，所以扭矩和溫度的上升趨勢慢很多，3D膠槍的使用壽命也就會延長。

通過以上分析，說明通過軟件監(jiān)控電機(jī)扭矩和溫度能夠推測出3D膠槍的當(dāng)前使用狀態(tài)，并分析和判斷劣化趨勢。為了使該預(yù)見性維護(hù)方法能夠在現(xiàn)場有效實施，制定了以下幾點措施：（1）每周對所有機(jī)器人的所有車型均進(jìn)行扭矩和溫度測量，測量后對峰值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計并存檔。（2）對數(shù)據(jù)超過警戒范圍的機(jī)器人制定維護(hù)計劃，在停產(chǎn)期間進(jìn)行更換。膠槍每次更換后需重新對數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，保證保養(yǎng)的有效性。（3）建立3D膠槍履歷表，記錄備件更換情況和更換前后狀態(tài)。（4）根據(jù)數(shù)據(jù)分析，提前申購相關(guān)保養(yǎng)備件。

4 結(jié)語

噴涂機(jī)器人設(shè)備故障率占涂裝車間整體設(shè)備故障率較大比重。未來噴涂機(jī)器人的維護(hù)模式必定是從現(xiàn)在的定期保養(yǎng)、事后維修的傳統(tǒng)維護(hù)方法逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)見性維護(hù)。通過預(yù)見性維護(hù)方法，收集、分析和判斷機(jī)器人劣化趨勢、故障部位、原因并預(yù)測其變化，在故障發(fā)生之前就采取措施，預(yù)防和控制潛在故障的出現(xiàn)。

本文通過現(xiàn)場維護(hù)經(jīng)驗分析，使用預(yù)見性維護(hù)方法徹底解決了3D膠槍旋轉(zhuǎn)部件導(dǎo)致的意外故障停線，有效提高了設(shè)備穩(wěn)定性。通過數(shù)據(jù)分析進(jìn)行保養(yǎng)更換和申購備件，降低了整體備件使用成本和庫存壓力。