關于機器人系統在汽車涂裝領域的應用

梁慶坡

摘 要：噴涂機器人在汽車涂裝中采用硬件設備為基礎，軟件系統集成，達到按控制數據噴涂的目的。汽車車體多樣性、生產的持續性和涂裝車間工藝的復雜性都會對噴涂機器人系統的全面、高效、穩定功能提出較高的要求。

關鍵詞：機器人；噴涂系統；涂裝車間；涂裝生產線

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.043

隨著我國工業化和自動化的不斷發展，機器人以其高效率、高精度在工業生產中越來越受到青睞。特別是近幾年我國的汽車產業自動化程度不斷提高，使用機器人進行汽車噴涂不僅節省了很多人力資源，也實現了品質的提升。

1 噴涂機器人在汽車領域的現狀

1.1 噴涂機器人系統的現狀

目前，我國的各大汽車企業使用的噴涂機器人基本集中在5家機器人廠商，瑞士ABB、日本安川電機、日本發那科、日本川崎機器人和德國庫卡機器人占據我國70%以上的市場份額，幾乎壟斷了機器人的制造和售后服務，且基本都實現了本土化生產。在國外企業持續對中國市場發力的同時，中國企業還處在“亂干快上”的階段，僅有的幾家中國企業，比如新松、廣州數控也主要集中在系統集成的業務范圍內。從使用者的角度看，對于國外大企業生產的機器人設備，即使出現問題，也認為是使用者使用不當造成的；而國內的機器人設備出現問題就會被認為是質量較差，進而導致國內廠商在拓展業務時候失去了很多機會。

1.2 噴涂機器人系統的優越性

現代的汽車工業不僅在規格和式樣上不斷更新，對工廠的生產能力也不斷提出了更高的要求，且品質要求日益提高，傳統的人工噴涂已經很難適應這些高要求了。機器人內表面的自動噴涂系統的高效性、穩定性、靈活性正好解決了這一問題。采用機器人噴涂的五大優點為：①良好的噴涂效率能使車體的上漆率達到85%以上，減少了不必要的浪費；②很大程度上減少了工作環境對人體的傷害和對環境的污染；③生產速度提高了5倍，降低了生產成本，提高了企業的利潤率；④車體表面噴涂均勻，膜厚可控性強，易調整；⑤機器人軟件三維模擬系統和模塊化集成使企業管理更加輕松、快捷。

2 噴涂機器人在汽車領域的應用

2.1 噴涂機器人的模式和應用范圍

從20世紀90年代開始，噴涂機器人經歷了3種模式的更替：①動/靜模式。車體進入涂裝生產線，在線體上靜止噴涂，機器人可以移動。②流動式噴涂。車體以一定的速度通過噴涂區域，機器人保持不動。③同步模式。車體勻速通過噴涂生產線，機器人跟蹤噴涂，可以根據需要改變機器人的姿勢和噴槍的角度。

汽車廠商的工藝要求是噴涂機器人的設計基礎，因此，機器人需要適應不同的工作環境。通常情況下，我們有4種工作環境，分別為水性漆機器人系統、油性漆機器人系統、涂膠機器人系統、PVC&SGC機器人系統。為了適應內側涂裝的要求，我們可以將霧化噴槍更換成操作夾具，進而成為了開關門機器人。此外，每種機器人的驅動系統是相同的。

2.2 噴涂機器人的使用場所和環境

汽車廠涂裝室內的噴涂環境比較惡劣，在設計涂裝室時需要考慮機器人所需的環境控制問題，滿足以下環境要求：①設備運轉時的周圍溫度保持在0～40 ℃；②濕度為20%～80%，不結露；③無灰塵、粉塵、油煙、水；④不受大的沖擊和震動；⑤不接近電氣噪聲源（TIG焊接裝置等）；⑥安裝面的平面度在0.5 mm以下。

3 噴涂機器人系統的組成及功能介紹

噴涂機器人實際上是一種通過程序發出指令，控制柜啟動關閉相應閥門實現噴涂的機械手臂。一般的機器人系統包括以下4個部分：①機械機構部分。②控制系統部分。主要控制驅動系統的動作時間，包括示教再現、信息存儲和I/O模塊。③驅動系統部分。液壓的、啟動的、電氣的驅動系統。④噴涂執行部分。

受到汽車廠涂裝車間布局的影響，我們必須先確定涂裝機器人的分布位置，通過合理的定位固定基礎底座，這是機器人物理位置的原點。機器人本體是類似手臂通過6或7個連接軸實現軌跡移動的，每一段連續運動軌跡的集合就是車體噴涂所需要的覆蓋面積。PLC程序系統是整個噴涂機器人系統的“大腦”，它通過各種控制實現整個環境的運行邏輯，每一步的動作都是設計的主體，相關聯的各個條件都有非常強的邏輯關系。當PLC發出指令后，它會調用管理模塊中的各種數據，在已經寫定的機器人動作前，數據會傳送給機器人，實現我們所需要的數值。通信系統實現了每一個模塊與“大腦”的數據交換和反饋。如果出現危險或不完善的動作，通信系統就會反饋給“大腦”，發出報警提示。

涂料管路系統就像我們人體的血管，貫穿在機器人的身體內部，它是涂料運輸的載體。通過涂料系統能實現涂料的流通。空氣管路系統不僅能將涂料從涂料儲存罐內打壓到管路中，還能實現機器人在動作時候各種閥門的關閉動作，這樣可在涂料時開啟閥門，不需要涂料時關閉閥門，從而自由支配所需涂料的時間。旋杯系統是實現汽車噴涂品質的關鍵，其有很多孔，壓縮空氣通過這些孔形成我們所需要的形狀，從而控制油漆從機器人噴出的范圍，再通過量的控制實現品質要求的膜厚。這個裝置很關鍵，由于我們的油漆噴涂在車體上，如果噴漆太薄，則不能起到抗腐蝕和抗輕微撞擊的效果；如果油漆太厚，則會影響車體外觀，且造成較大的資源浪費。

4 機器人自動噴涂生產線

為了滿足汽車噴涂的工藝要求，通常會分出多個噴涂區域，內外水性漆噴涂、清漆噴涂以及涂膠噴涂等。以下通過涂膠系統畫面進行了解，具體如圖1所示。

涂膠車體識別區域可區分不同型號和規格的車體，并將信號傳送給機器人；車體計數系統可通過編碼器計算出車體移動的位置，并將信號傳送給機器人；機器人啟動系統可通過編碼器計算出機器人啟動的位置，并將信號傳送給機器人；機器人噴涂區域的機器人可噴涂車體。

5 結束語

噴涂機器人在我國已經普遍應用于汽車涂裝工業，努力研究噴涂機器人前沿技術，追趕國際步伐，中國本土企業任重道遠。希望相關部門能給予政策支持，使本土機器人企業能夠拓展更多的業務，加速機器人開發的速度。

參考文獻

[1]唐德威.涂裝技術[M].北京：化學工業出版社，1998.

[2]王強.機器人自動噴涂系統系統研究報告[M].北京：機械工業部，1990.

〔編輯：張思楠〕