整車涂裝工藝機器人方案應(yīng)用

金帥　劉雄才　余維　高謙　楊家浩

摘 要：機器人已經(jīng)成為當(dāng)今整車廠涂裝自動化主流設(shè)備，具有作業(yè)效率高、噴涂質(zhì)量穩(wěn)定、柔性生產(chǎn)能力強等優(yōu)點，在國內(nèi)外汽車及汽車零部件涂裝領(lǐng)域有了非常多色應(yīng)用。關(guān)鍵詞：整車廠;機器人;涂裝中圖分類號：U466 ?文獻標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）02-168-03

Abstract： The robot has become the mainstream equipment of coating automation in oems nowadays， which has the advantages of high operating efficiency， stable spraying quality and strong flexible production capacity， and has been applied in the coating field of automobile and auto parts at home and abroad.Keywords： OEM; Robot; PaintCLC NO.： U466? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-168-03

1 引言

越來越多的企業(yè)開始普及、推廣高科技自動化涂裝生產(chǎn)設(shè)備，涂裝領(lǐng)域供應(yīng)商通過大量的行業(yè)工藝總結(jié)，以及對各種工業(yè)機器人的深入理解，充分發(fā)揮了工業(yè)機器人的靈活性，自動解算出正面噴涂路徑、邊角噴涂路徑、內(nèi)側(cè)噴涂路徑、交叉噴涂路徑等智能化的工業(yè)包，并通過圖形顯示在我們的界面中，實現(xiàn)了良好的人機交互功能。涂裝工藝機器人解決方案的核心技術(shù)是集成于機器人本體上的各類應(yīng)用設(shè)備，相比其他整車制造工藝，應(yīng)用種類更為豐富，本文就整車廠涂裝工藝中幾類常見的機器人解決方案做簡單分享。

2 機器人在涂裝工藝中應(yīng)用分類

2.1 涂膠工藝應(yīng)用

2.1.1 涂膠機器人基本配置

涂膠機器人站由：機器人本體、涂膠槍、分配器（流量控制）、供膠系統(tǒng)、熱交換器、供膠管路、溫控機組、控制柜、等位照相機等組成（見圖1所示）。

2.1.2 涂膠應(yīng)用介紹

（1）車底密封與噴涂（UBS=Under Body Sealing，UBC= Under Body Coating）;車底焊縫密封與車底涂膠作業(yè)。

（2）內(nèi)部焊縫密封（IBS= Inner Body Sealing）;車身內(nèi)腔焊縫密封作業(yè)。

（3）裙邊防石擊涂層（RPP= Rock Protect Paint）;應(yīng)用3D SENSOR對車身定位，并噴涂防石擊涂料。該涂料應(yīng)用于車身底盤，涂料烘烤固化后具有吸音、減震、防沙石沖擊和防腐蝕等作用。

（4）液態(tài)阻尼材料（LASD= Liquid Applied Sound Deadener）;液體隔音阻尼材料是當(dāng)下替代傳統(tǒng)瀝青阻尼材料的技術(shù)，普遍采用機器人施工。具有清潔環(huán)保，設(shè)計柔性好，施工便利等特點。 目前液體隔音阻尼材料機人施工，主要有兩類不同的解決方案。源于北美的IPS配合MSA槍頭技術(shù)和源于歐洲的Dose配合Flat Stream槍頭技術(shù)。

（5）高外觀密封膠（FD）;高外觀密封膠是指客戶在最終使用時有機會直接看到的密封膠，所以對外觀有較高的要求，機器人施工的復(fù)雜程度也最高。為了達到施工精度與質(zhì)量穩(wěn)定，高外觀密封膠機器人系統(tǒng)一般采用雙Doser分配器來保證穩(wěn)定精準(zhǔn)的流量控制，采用軌跡測算照相機系統(tǒng)來保證涂膠軌跡和位置精度。

涂膠機器人站內(nèi)，可通過系統(tǒng)優(yōu)化，可以集成多個涂膠工藝，幾種工藝共享機器人（涂膠槍，定位照相機，控制系統(tǒng)等），降低設(shè)備投資，發(fā)揮自動化設(shè)備的優(yōu)勢。除了機器人本體以外，分配器（流量控制）與涂膠槍是涂膠機器人系統(tǒng)中最為核心的部件，代表了不同的技術(shù)路線。

由于柔性化生產(chǎn)，照相機定位技術(shù)在機器人涂膠工藝得到廣泛應(yīng)用，一般通過四臺照相機測定車身在機器人工作站中的坐標(biāo)位置。相比之前的機械定位，照相機定位更適合多種車型的共線生產(chǎn)，通過增設(shè)照相機數(shù)量，可以進一步拓展車型容量。

多功能涂膠槍在涂膠機器人系統(tǒng)中已得到較多的應(yīng)用，可以接入兩種不同的材料，配備三個角度的噴嘴，以提高施工的柔性和能力。例如在車底密封工藝中，使用同一把多功能涂膠槍可以實現(xiàn)PVC噴涂和焊縫密封兩個不同工藝。

2.2 噴涂工藝應(yīng)用

2.2.1 噴涂機器人基本配置

噴涂機器人工作站由：機器人本體、霧化器、控制柜（PLC/機器人）、輸調(diào)漆系統(tǒng)等組成。

2.2.2 噴涂應(yīng)用介紹

（1）車身清潔

噴漆前采用機器人設(shè)備替代傳統(tǒng)的鴕毛機和人工擦拭（見圖2所示）對車身表面進行清潔處理。機器人設(shè)備同時可集成擦拭，吸塵，吹灰等多種應(yīng)用操作。

（2）外表面噴涂

外表面噴漆機器人在整車廠較早得到普遍應(yīng)用。不同應(yīng)用場合較常見各類機器人安裝解決方案：落地式安裝、壁掛0°角安裝、壁掛80°角安裝、壁掛180°角安裝、導(dǎo)軌式壁掛0°角安裝、提升導(dǎo)軌式壁掛180°角安裝六種安裝安裝方式。從加電形式上有內(nèi)部或外部加電，從換漆方法上有換色閥或彈夾式等。

（3）內(nèi)腔噴涂

內(nèi)腔噴漆機器人目前在國內(nèi)也已得到越來越廣泛的應(yīng)用。內(nèi)表面噴漆機器人也是不同解決方案共存的情況，輸送形式上有步進式和連續(xù)式，開門方法上有獨立開門機與噴漆機器人自帶開門器，布置上有單層和雙層等。

大量的噴涂機器人運用，在建廠規(guī)劃時就要充分考慮機器人發(fā)生故障時的迂回方案。當(dāng)機器人站內(nèi)有一臺機器人發(fā)生故障無法工作，該機器人的工作由本站內(nèi)的其他機器人承擔(dān)，生產(chǎn)線仍保持運行的工作模式。目的是在高自動化條件下，最大程度降低停線檢修，維修等待等對正常生產(chǎn)的干擾。降級模式運行時間可以是數(shù)小時或數(shù)天，期間機器人相應(yīng)調(diào)整運動軌跡，動作速度和 噴涂流量等參數(shù)，直至停線維修條件具備時才對故障故障機器人進行檢修，短期內(nèi)機 器人運行工況超出正常條件。迂回方案充分利用機器人站的現(xiàn)有硬件能力，通過軟件編程和短期“超頻”實現(xiàn)最大化連續(xù)生產(chǎn)，不僅可應(yīng)用在噴漆機器人，也可應(yīng)用于涂膠等其他工藝機器人。因機器人故障發(fā)生的不確定性，因此對于每個機器人站需要準(zhǔn)備多套程序來應(yīng)對各種情況。

2.3 空腔注蠟工藝應(yīng)用

汽車底盤下部環(huán)境相對惡劣，僅僅靠電泳漆的保護難以保證防銹穿的要求，空腔注蠟通過120℃熔融蠟注滿空腔，注入120KG左右，車身內(nèi)殘留1-3KG，在空腔內(nèi)形成均勻細致的蠟?zāi)?。蠟?zāi)幽軌蚱鸬矫芊庾饔?，隔離水層的功能，是電泳漆防腐功能的補充。

空腔臘機器人和專用注臘機對比：空腔臘機器人具有柔性好，投資低的特點，但需要轉(zhuǎn)換槍頭，施工速度沒有專機高。

2.4 車身搬運應(yīng)用

油漆車身搬運機器人通過伺服電機驅(qū)動來實現(xiàn)搬運機器人的各關(guān)節(jié)運動，進而實現(xiàn)搬運機器人的實際作業(yè)。搬運機器人加快車身轉(zhuǎn)移速度，與傳統(tǒng)升降機設(shè)備比較占用面積小，同時降低了單車制造成本。手臂承載機構(gòu)可沿著導(dǎo)軌進行移動，導(dǎo)軌安裝與立柱上，位于被看管設(shè)備上方。機器人共有五個自由度。

（1）手臂承載機構(gòu)沿導(dǎo)軌移動，由安裝于承載機構(gòu)上的雙作用氣缸驅(qū)動裝置，保證操作機手臂實現(xiàn)600mm的往復(fù)運動;

（2）手臂在肩關(guān)節(jié)中的轉(zhuǎn)動，由安裝于承載機構(gòu)上的雙作用氣缸驅(qū)動裝置，運動傳遞機構(gòu)和安裝于肩部的滾珠絲杠實現(xiàn);

（3）手臂在肘關(guān)節(jié)中的轉(zhuǎn)動，由安裝于小臂上的雙作用氣缸驅(qū)動裝置，運動傳遞機構(gòu)實現(xiàn)。

2.5 質(zhì)量檢驗應(yīng)用

2.5.1 外觀檢測

將漆膜檢測儀器集成與機器人設(shè)備之上（見圖3所示），實現(xiàn)漆膜質(zhì)量的自動化監(jiān)測。自動化檢測準(zhǔn)確性，重復(fù)性高，并可以彌補傳統(tǒng)人工檢測樣本數(shù)低，數(shù)據(jù)分析慢的缺 點，更有利于滿足產(chǎn)品高質(zhì)量的要求。常見的機器人自動化檢測有膜厚檢測，顏色檢測，外觀檢測（桔皮等），缺陷檢測等。

2.5.2 在線膜厚檢測

在免中涂工藝中，需要嚴格監(jiān)控色漆層的漆膜厚度，以確保涂層的外觀與耐候性能。機器人在線膜厚檢測技術(shù)（見圖七所示）提供了100%實時膜厚檢測的解決方案。實時在線監(jiān)測，監(jiān)測到連續(xù)膜厚異常車輛≥5臺時，發(fā)出緊急停止質(zhì)量避免質(zhì)量問題溢出。100%實時檢測的“大數(shù)據(jù)”為潛在的漆膜質(zhì)量進一步分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.5.3 離線漆膜外觀檢測

將顏色、外觀、漆膜等多個檢測儀器集成與機器人設(shè)備之上，一次實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)測。由于檢測數(shù)據(jù)量多，檢測時間較長（數(shù)分鐘），并采用接觸式測量，主要用于離線檢測。但相比傳統(tǒng)手工檢測，大大提高了樣本數(shù)量和數(shù)據(jù)處理效率。

2.5.4 在線漆膜缺陷檢測

將漆膜缺陷識別照相機集成與機器人設(shè)備之上，實現(xiàn)在線的漆膜缺陷識別和標(biāo)示。系統(tǒng)由缺陷識別單元和缺陷標(biāo)記單元組成，識別標(biāo)記出的缺陷由后續(xù)人工處理。漆膜缺陷自動化識別案例：鈑金，灰粒，桔皮，劃傷等。

3 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展進步，針對不同的機器人種類，我們實現(xiàn)了精細化的控制管理，并在此基礎(chǔ)上針對需求定制MES解決方案，打造智能制造生產(chǎn)企業(yè)、提高工作效率。工廠MES系統(tǒng)完整解決方案極大地提高了客戶的生產(chǎn)效率。隨著越來越多的機器人應(yīng)用解決方案，也對運行管理提出了新的課題和挑戰(zhàn)。日益進步的高自動化率可能推進工藝監(jiān)控，產(chǎn)品開發(fā)，質(zhì)量追蹤等引發(fā)出新的思路，配合涂裝材料的不斷革新，整車涂裝工藝技術(shù)必將得到新的提升。

參考文獻

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