智能机器人在电镀生产线中的应用

智能机器人在电镀生产线中的应用

张正波姜晓晴赵国亮

石家庄海山实业发展总公司电镀车间

摘要：针对传统手动电镀生产线生产效率低、操作随意性大及自动线电镀溶液损耗大、容易造成交叉污染的不足，本文创新采用机器人全自动电镀生产线，以工艺流程为核心，以机器人模拟人工操作过程、工艺参数自动计算、调整自动纠错实现智能化；以数字孪生、数实融合实现数字化，以数据库信息自动调用、质量记录自动生成实现信息化。通过在控制终端设置工艺流程、工艺参数，计算机控制机器人模拟人工拿取、转移零件，实现产品在不同工位及跨槽自动转移，通过程序控制，可以使其学习电镀工艺流程及工艺参数，将核心算法通过软件植入PLC，使机器人能够根据产品计算相关参数并自动执行，具备初步智能化，而且全自动机器人电镀生产效率高，能够严格执行操作要求，加工产品质量稳定。

关键词：电镀、机器人、智能化、PLC、生产线

0 引言

目前国内电镀生产线以手动操作为主，手动操作具有柔性大、工艺流程灵活，但手动生产线效率低，而且受人为因素干扰大，工艺参数随意性大，不利于电镀质量的一致性。采用自动生产线也主要以自动行车转移零件为实现方式，会导致溶液损耗大，且容易导致交叉污染使电镀质量故障率高，因此，为了避免传统手动电镀生产效率低及自动线电镀溶液损耗大的不足，本文论证采用全自动机器人电镀平台建立， 通过在控制终端设置工艺流程、工艺参数，计算机控制机器人模拟人工拿取、转移零件，实现产品在不同工位及跨槽自动转移，并且可以模拟人工操作过程中提取零件后进行抖水，防止零件带出溶液导致损耗及交叉污染。

国内尚无在传统电镀行业使用机器人的先例，但机器人作为智能制造的典范，具有其独特的优越性，采用机器人与自动行车相比，其可执行的动作指令更多，在零件转移、出槽抖水等方面具有突出优势，有利于防止和减少化工溶液的带出损耗、防止电镀溶液交叉污染，符合安全和环保要求，因此，采用机器人的电镀生产线具有示范引领作用，能够推动传统电镀行业进步。

1 建立机器人应用平台

全自动机器人电镀生产线是复杂的硬件平台与软件系统的集成，硬件包括电镀电源、超声波清洗、温度控制、过滤机、阴极移动、自动喷淋、压缩空气自动吹干及烘干、槽体、接液盘、及各类传感器等组成的有机、复杂的集合体。软件方面，有数字孪生系统、加工程序控制系统、工艺编辑系统、质量记录自动生成系统等涉及各个方面的应用。

1.1构建物联网系统

以工控计算机、PLC、机器人为核心建立物联网系统，将工艺槽体、温度控制、电镀电源、超声波、阴极移动、过滤机、接液盘及排水控制等组合成有机整体。工控机、PLC是该系统的大脑，机器人及其走行系统是执行机构，电镀电源、超声波、阴极移动等配套设施均能够在PLC控制下自动启动。

1.2完善配套硬件设施

生产线所有槽体、过滤机下方均设置有接液盘，防止生产过程中溶液泄露，并且接液盘内有传感器，当有溶液漏出时，有报警信号并自动记录；所有镀槽内均有阴极移动装置，阴极移动采用变频电机控制，与现有的电阻控制转速的方式不同，具有控制精度更高、系统稳定性好、使用寿命长等优势；由于阴极移动后，零件在镀槽内的位置是变化的，采用机器人自动调整挂具位置，将挂具移动到中立位置后自动抓取零件；在自动清洗方面，增加自动喷淋装置的使用，在多级逆流漂洗的最后一级、超声波纯水洗等槽位设置自动喷淋装置，当零件出槽时，自动启动喷淋装置，对零件喷纯水，提高清洗效果并节约用水；在零件干燥方面，采用自动吹干零件装置，通过风刀+热风组合的方式吹干零件表面的清洗水并自动烘干。

2 完善的软件管理

开发完善的软件系统，并扩展智能化，形成机器人全自动镀金生产线集成一体化专用电镀数字信息化管理系统，涵盖工艺管理模块、机器人全自动控制模块、电镀设备管理模块、工艺运行管理模块、电镀生产任务管理模块、生产线设备管理模块及报警管理模块。数字信息化集成控制管理系统可实现生产线所有设备的智能化管理及诊断，数字化信息采集显示和报表生成功能。完善的信息管理软件具有生产任务排产、生产过程参数、设备设施状态、仪器仪表计量周期等进行集中管理。

2.1 创新采用数字孪生技术

在传统电镀行业，创新使用数字孪生技术，建立数据采集及信息管理平台，以数字孪生为核心建立数实结合模式，通过整条生产线的三维数字化动态模型，实时采集与显示生产过程参数及机器人运行状态。集水池液位高度、排水泵启停状态、排风管及排水管流向，动态演示机器人的实时运动及反馈，有利于生产管理、隐患排查；也能够显示各个工艺槽实时参数，包括电流、电压、温度、过滤机开关情况、阴极移动动作等信息；还可以显示历史数据曲线、能耗统计等信息。

2.2编辑程序快捷化

实现机器人程序模块化，达到程序调用快捷化的效果。改变传统自动线程序编写复杂、容易出错、不同产品切换周期长等弊端，采用模块化程序，可以自动调用通用动作的子程序，实现不同产品工艺流程快速编辑，2分钟内就可以编写完成一套产品加工流程。

2.3实现初步智能化

在核心电镀参数，电流的控制方面，传统镀金电流控制是由操作人员估算待镀零件的表面积，根据电流密度要求，估算出镀金电流，在电镀过程中手动调整电镀电源的输出电流，即使是自动生产线，也是由操作人员或技术人员根据镀金件的表面积、数量及电流密度，人工计算确定镀金电流，这就导致镀金过程随意性大、不同批次之间的产品存在差异性、质量波动性大，而且容易出错。

而全自动机器人电镀生产线，能够实现向智能化迈进，不是单纯依靠程序控制，而是将工艺参数、算法及要求植入工控机，将电镀电流的核心算法编制成软件，根据产品信息自动调用数据库数据，输入产品数量后，软件根据确定的算法自动计算电流大小，并将结果传递到PLC，当机器人将产品放入电镀溶液中进行电镀时，PLC自动将计算好的电流值传递到电镀电源，电镀电源自动启动并输出给定的电流值。操作人员可以对给出的电流值进行调整，但无法超出规定范围，超出规定范围时，系统自动提醒无权限进行该操作，该数值不会被修改。如果确实需要进行超出规定范围的操作，需要由授权人员进行，且本次操作的电流值不会被保存到数据库。

3 结论

采用机器人的电镀生产线，在国内具有技术领先优势，在快速编写工艺流程、程序自动调用、加工效率高、产品一致性好、自动生成质量记录可追塑性强等方面，既适用于多品种、小批量的加工要求，又能适用于批量产品的加工要求。设备自动化程度高，工艺流程及参数自动调用与记录，生产操作快捷、管理方便，工艺先进、多样，可持续优化提升，具有系统稳定可靠、安全运行的优势。

全自动机器人电镀生产线布局合理、现场简约美观，可以实现镀镍、镀铜、镀金、镀硬金等工艺的加工过程，加工的产品经相关厂家验证，性能稳定、满足使用要求，因此经过工程实践应用，全自动机器人可以用于电镀生产线。

通过全自动机器人电镀生产线建设，为传统电镀生产加工向自动化、信息化、智能化、数字化转型提供了有效借鉴，具有极大的推广应用价值。

作者简介：张正波，男，工程硕士，从事航空零件热处理与表面处理工艺研究。