汽車涂裝作業(yè)機器人關(guān)鍵技術(shù)分析

馮 銳，邱春雷

(1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646300；2.西華大學(xué)，四川 成都 610097)

0 引言

汽車涂裝作業(yè)機器人可進行自動噴涂油漆或其他涂料，在汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。因其高度智能化和噴涂均勻的優(yōu)點，其在汽車領(lǐng)域占比越來越高。噴涂料多含有危害人體健康的化學(xué)成分，如苯、二甲苯等，傳統(tǒng)的汽車噴涂采取人工方式，采用這種方式對人體產(chǎn)生極大的危害，涂裝作業(yè)機器人的出現(xiàn)有效解決了這一問題。同時涂裝作業(yè)機器人和人工的很大區(qū)別在于可有效改善噴涂效果，同時提高工作效率。對車企來說，這就是企業(yè)利潤的提高，可有效控制生產(chǎn)成本。

本文將對噴涂作業(yè)機器人結(jié)構(gòu)及功能進行介紹，并針對涂裝作業(yè)機器人在汽車領(lǐng)域的仿真技術(shù)應(yīng)用、污染防控技術(shù)應(yīng)用、安全技術(shù)應(yīng)用及防止噴涂串色應(yīng)用這幾個關(guān)鍵技術(shù)進行分析，并提出相應(yīng)的措施方法，使其能夠更好的服務(wù)于汽車行業(yè)，使其成為汽車行業(yè)發(fā)展重要主推力量。

1 涂裝作業(yè)機器人結(jié)構(gòu)及功能分析

噴涂作業(yè)機器人作為自動控制機器人，其通過控制柜對機器人發(fā)出操作命令，通過液壓閥門實現(xiàn)對機器人噴涂料開關(guān)的控制，最終實現(xiàn)汽車噴涂。噴涂作業(yè)機器人操作系統(tǒng)主要包括以下幾個系統(tǒng)：機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)：包括多種控制模塊；液壓執(zhí)行系統(tǒng)等。

汽車噴涂作業(yè)機器人作為汽車領(lǐng)域的專用機器人，其具有獨特的工作特征，除了具有傳統(tǒng)機器人的功能外，其還具有以下功能：1)可編寫工藝噴涂參數(shù)功能。工藝噴涂參數(shù)包括：涂料流量、霧氣壓力及扇幅壓力等。通過控制軟件可將相應(yīng)參數(shù)輸入控制器中，實現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的快速更換，實現(xiàn)有效的噴涂作業(yè)。2)防爆功能。噴涂作業(yè)機器人工作環(huán)境多為密閉環(huán)境，而且噴涂料多具有可燃性，因此使得密閉環(huán)境具有爆炸的風(fēng)險，所以噴涂作業(yè)機器人應(yīng)具有防暴功能。3)噴槍位姿變換功能。噴涂作業(yè)機器人多采用直線形非球型中空手腕結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)噴槍位姿的快速變換，同時可避免管路發(fā)生糾纏及干涉，預(yù)防管路破裂。4)噴涂方式轉(zhuǎn)換功能。機器人手臂上可安裝各種小型模塊，實現(xiàn)噴涂方式轉(zhuǎn)換，例如在低壓噴涂系統(tǒng)引入了換色模塊、實現(xiàn)低壓和高壓噴涂轉(zhuǎn)換，這使得噴涂效率提高，避免由于噴涂設(shè)備更換引起的停工。

2 仿真技術(shù)應(yīng)用分析

噴涂作業(yè)機器人在汽車噴涂作業(yè)的大量使用，致使機器人仿真技術(shù)在該領(lǐng)域得到越來越多技術(shù)人員的關(guān)注。技術(shù)人員通過仿真軟件可以進行噴涂作業(yè)機器人的選型并進行項目模擬作業(yè)，從而評估項目實施的可行性。

仿真技術(shù)應(yīng)用可有效解決噴涂奇異點的問題。噴涂作業(yè)機器人噴涂頭部需要保持與噴涂表面法向垂直(如圖2所示)，然而在實際操作中，卻可能出現(xiàn)與法向無法垂直的工況，可直接導(dǎo)致機器人抖動，更有可能導(dǎo)致機器人的停機，這就是常說的噴涂奇異點。而離線程序不僅通過仿真軟件可傳輸給噴涂作業(yè)機器人，還能將噴涂作業(yè)機器人的內(nèi)部程序輸送給仿真軟件，從而在仿真軟件中再現(xiàn)噴涂作業(yè)機器人實際工況，基于這一功能，可解決噴涂奇異點的問題。

如圖3所示U軸出現(xiàn)紅色信號，這說明機器人已達到轉(zhuǎn)動軸極限，仿真軟件將達到極限的轉(zhuǎn)動軸進行變色處理。若要將此報警信號進行消除，可通過改變機器人作業(yè)位置的方法。常用方法也有改變噴涂頭部結(jié)構(gòu)，但這種方法耗時費力，在實際生產(chǎn)過程中，是不常用的?？稍诜抡孳浖心M噴涂作業(yè)機器人實際需要移動的位置量。通過記錄程序點，找到機器人各個軸向的極限位置，從而確定機器人中點位置即為最佳安裝位置，再根據(jù)現(xiàn)場空間條件，確定噴涂作業(yè)機器人實際位置，這種方法可有效解決噴涂奇異點的問題。

仿真技術(shù)的應(yīng)用，可使得汽車廠家在不現(xiàn)場停機作業(yè)的情況下，真實的模擬實際作業(yè)情況，這可有效提高工作效率，為汽車企業(yè)帶來收益。

3 污染防控技術(shù)應(yīng)用分析

噴涂作業(yè)機器人取代人工進行噴涂應(yīng)用越來越廣，但隨之帶來了污染問題，像軌道及開門掛鉤的污染問題。這直接導(dǎo)致噴涂效果不佳，車身出現(xiàn)顏色不均勻、甚至顆粒物等問題，嚴重影響汽車質(zhì)量。因此，需有合適的防污染解決方案。

汽車內(nèi)部表面的噴涂，噴涂作業(yè)機器人和開門機器人(如圖4所示)要相互合作完成，噴涂作業(yè)機器人在噴涂過程中，難免會有噴涂料滴落在開門機器人開門掛鉤上面，如果長時間不清理這一掛鉤，就會導(dǎo)致油漆的積累，最終導(dǎo)致車身顆粒等情況，影響噴涂質(zhì)量。

目前來看，可從以下幾個方面解決這一問題：(1)調(diào)整噴涂作業(yè)機器人噴涂角度。噴涂作業(yè)機器人霧化器需避免垂直于開門機器人開門掛鉤，并且調(diào)整開門鉤子和汽車表面需噴涂地方疊加位置的噴涂角度，這樣噴涂料可以盡可能少的掉在鉤子上，降低清洗噴涂鉤子的頻率，提高生產(chǎn)效率。(2)定期檢查車身工裝夾具。車身工裝夾具在長期使用中，其夾具實際位置會發(fā)生變化，這一變化會直接影響開門鉤子位置及角度，最終導(dǎo)致噴涂料累積等情況，因此需要定期對工裝夾具進行位置的校準。

而在噴涂作業(yè)機器人軌道方面，由于長期的噴涂作業(yè)，大量的噴涂料會累積在噴涂軌道上，時間一長就會導(dǎo)致導(dǎo)軌滑塊運行不順暢，滑塊里的滾珠會被凝固的涂料卡死，導(dǎo)致噴涂作業(yè)無法順利進行下去。只能采取更換滑塊的方式，費時費力影響生產(chǎn)。因此，會采取措施避免這一情況的出現(xiàn)。

目前來看，可從以下幾個方面解決這一問題：(1)軌道保養(yǎng)。需要定期對軌道的導(dǎo)向塊、齒條、毛氈齒輪、直線導(dǎo)軌等零部件進行徹底清潔。當噴涂作業(yè)頻率增加時，則需要增加噴涂作業(yè)的頻率。(2)定期檢查潤滑系統(tǒng)是否運行順暢。導(dǎo)向塊、齒條、毛氈齒輪、直線導(dǎo)軌等零部件都需要配置有單獨的潤滑系統(tǒng)，相關(guān)人員要定期對潤滑油箱的液位情況進行確認，當潤滑油不夠時，要及時添加，保證整個軌道系統(tǒng)的充分潤滑，提高軌道的使用壽命。

4 安全技術(shù)應(yīng)用分析

噴涂作業(yè)機器人的高度自動化可以帶來高效率的生產(chǎn)，同時不可避免對于本體安全提出了更高要求。噴涂作業(yè)機器人連續(xù)、高效、安全這三個標準是衡量機器人是否可以完全信賴的標準，而安全是保證這一切能否順利進行的前提條件。目前，常采取的噴涂作業(yè)機器人安全措施有以下幾點：

(1)人員安全保證。噴涂作業(yè)機器人是一個擁有多軸活動關(guān)節(jié)的工業(yè)機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)可分為工作站和工作線，不論哪一種都要求機器人工作區(qū)域是相對密閉的環(huán)境，該環(huán)境內(nèi)只允許加工件和工裝存在其中。目前常采用相應(yīng)的檢測裝置檢測環(huán)境的安全性，如工作人員需佩戴有門磁裝置，確保噴涂作業(yè)過程中，無人員在內(nèi)部。同時配有光幕等裝置，當在機器運行過程中，有人員進入時，機器人會自動停止作業(yè)，保證人員安全。

(2)待加工件安全保證。設(shè)計人員在工件設(shè)計階段就要考慮噴涂作業(yè)機器人如何識別該工件。輸送該工件的設(shè)備要把工件相應(yīng)參數(shù)發(fā)送給噴涂作業(yè)機器人，噴涂作業(yè)機器人要對工件進行特征點識別，常用的識別方法有光幕識別或者超聲波識別，識別后的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫進行對比，如相符則進行噴涂，不相符要及時停止輸送工件，避免不安全情況的出現(xiàn)。

(3)關(guān)聯(lián)設(shè)備安全保證。與噴涂作業(yè)機器人關(guān)聯(lián)的設(shè)備有待加工件傳輸設(shè)備、消防安全設(shè)備、各種溫度傳感器設(shè)備等等。這些設(shè)備與噴涂作業(yè)機器人進行聯(lián)鎖作業(yè)，因此需保證其安全有效?？刹捎靡韵麓胧捍庸ぜ鬏斣O(shè)備的安全可采用與噴涂作業(yè)機器人電氣信號共用的方法，包括待加工零部件的各種參數(shù)共享等；溫度傳感器設(shè)備要與噴涂作業(yè)機器人共享報警、停止等安全信號；消防安全設(shè)備要能夠在發(fā)出報警信號后，迅速停止噴涂作業(yè)機器人作業(yè)，避免火災(zāi)等情況對機器人的進一步損害。

5 防止噴涂串色應(yīng)用分析

目前汽車噴涂車間多采用多種車型在一個車間噴涂的方式，這必然存在噴涂料顏色較多的問題，不可避免要存在噴涂串色，這就對噴涂機器人自動換色的能力提出了要求。如果換色系統(tǒng)不能很好的工作，這必然會導(dǎo)致涂料顏色混雜的問題，最終導(dǎo)致噴涂質(zhì)量變差，影響汽車生產(chǎn)。因此，需要采取合適的方式防止這一情況的出現(xiàn)。噴涂機器人自動換色的基本原理可簡述為：系統(tǒng)中每一種油漆管路都有單獨的開關(guān)閥進行控制，當需要某一種油漆時，系統(tǒng)就會控制這一個開關(guān)閥打開，油漆就會通過開關(guān)閥進入到油漆填充罐中。

目前常見的導(dǎo)致油漆串色的原因如下：開關(guān)閥被異物卡住無法正常開關(guān)。當開關(guān)閥被異物堵塞無法正常開關(guān)時，就會有系統(tǒng)中的涂料進入到公共管路中，使得公共管路受到污染。常見的異物有金屬絲、金屬油漆渣等。為避免上述情況出現(xiàn)，可采取以下措施避免：(1)管路清洗人員負責制。清洗管路不能只有一個工人操作，要多個工人同時操作，多次清洗避免管路中存在異物，重點需要清洗過濾器；(2)在噴涂機器人的前端安裝Y型過濾器，防止管路中仍然存在金屬絲、金屬油漆渣等異物，起到雙重保護的作用。

6 結(jié)論

為提高涂裝作業(yè)機器人在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用效果，對其結(jié)構(gòu)及功能進行了分析，重點圍繞涂裝作業(yè)機器人在汽車領(lǐng)域的仿真技術(shù)應(yīng)用、污染防控技術(shù)應(yīng)用、安全技術(shù)應(yīng)用及防止噴涂串色應(yīng)用這幾個關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，并提出了相應(yīng)的措施方法，使其能夠更好的服務(wù)于汽車行業(yè)，成為汽車行業(yè)發(fā)展重要的主推力量。