機(jī)器人系統(tǒng)在汽車車身制造技術(shù)中的應(yīng)用

宣奇才 楊偉東

【摘 要】目前我國(guó)許多領(lǐng)域都廣泛地應(yīng)用機(jī)器人代替人工進(jìn)行生產(chǎn)操作。作為一種人工智能產(chǎn)品，工業(yè)機(jī)器人結(jié)合了機(jī)械、傳感、操控和電子計(jì)算等多項(xiàng)技術(shù)。文章研究分析了汽車車體焊接制作環(huán)節(jié)中多類連接工藝和機(jī)器人操作技術(shù)之間的復(fù)合應(yīng)用模式及發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人；汽車車身；制造技術(shù)；應(yīng)用

引言

傳統(tǒng)的汽車制造工業(yè)生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作環(huán)境差、自動(dòng)化程度低。焊接作為制造業(yè)的傳統(tǒng)技術(shù)與工藝，發(fā)展十分迅速。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制、數(shù)控及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)焊接機(jī)器人技術(shù)已日益成熟，焊接機(jī)器人不僅提高了操作的穩(wěn)定性而且提高焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并且改善了操作者的勞動(dòng)環(huán)境。目前焊接機(jī)器人在汽車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產(chǎn)工藝過程中都有廣泛應(yīng)用，其中應(yīng)用以弧焊機(jī)器人和點(diǎn)焊機(jī)器人為主。

1、汽車車身焊接機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的組成元素

焊接機(jī)器人操縱裝備體系是功能獨(dú)立、動(dòng)作空間大、操作形態(tài)變化機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、自動(dòng)控制水平高、柔性效能佳的焊接作業(yè)機(jī)構(gòu)，具備加工效能豐富、反復(fù)操作時(shí)精準(zhǔn)性強(qiáng)、對(duì)接品質(zhì)佳、抓取負(fù)荷重、操作效率高、操控安全可靠等工藝特性。焊接機(jī)器人裝備是焊接工藝達(dá)到柔性指標(biāo)要求的必然選擇，是否選用焊接智能機(jī)器人這一先進(jìn)性加工工具是車身焊接作業(yè)線是否具備應(yīng)有柔性化水平的基本特征之一。焊接智能機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的組成總體來說是由焊接型智能機(jī)器人主體、機(jī)器人操控器、工裝現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)換接觸器、工裝轉(zhuǎn)回操作支架、自動(dòng)調(diào)整支座以及機(jī)器人設(shè)備本體等多類部件所組成。在具體焊接操作過程中，再依據(jù)相應(yīng)的組裝要求實(shí)施與之相配套的功能組合。對(duì)某一已確定型號(hào)的智能機(jī)器人來講，也就確定了其本身所具有的抓重、操作半徑、加工精度等主要操作指標(biāo)，其加工高度可利用不同尺寸的機(jī)座來進(jìn)行調(diào)配。智能機(jī)器人的操控機(jī)構(gòu)是由調(diào)控器來承擔(dān)，程序編制是依靠人工操作鍵盤來實(shí)現(xiàn)。一般情況下焊接智能機(jī)器人具備一專多能的用途，比如可以同步完成拼組和焊接工序，或是同步完成涂膠和對(duì)接工序等，此類過程是依托焊裝智能機(jī)器人機(jī)構(gòu)本身的快速調(diào)換接頭及工裝機(jī)架的操作組合來快速完成的，所耗時(shí)間只有幾秒，由此大幅度提升智能機(jī)器人的操作功效，減低工程運(yùn)行成本。

2、點(diǎn)焊機(jī)器人優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：在傳統(tǒng)的汽車焊裝領(lǐng)域中，由于車型較為單一，所以汽車焊裝生產(chǎn)線焊裝方法也是單一的，但隨著汽車制造業(yè)的高速發(fā)展，車型更加多元化，每一種車型成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接機(jī)器人的出現(xiàn)很好地解決了這一問題。由于焊接機(jī)器人有著較高的靈活性，使得日常生產(chǎn)也更為“柔性化”，它可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)總拼工位上同時(shí)進(jìn)行多個(gè)車型的焊裝生產(chǎn)，這樣就大大地提高了工作效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

缺點(diǎn)：目前國(guó)內(nèi)汽車制造企業(yè)大量引用進(jìn)口焊接機(jī)器人，這樣對(duì)焊接機(jī)器人的操作者和設(shè)備維護(hù)人員有著更高的要求，并且機(jī)器配件相對(duì)較貴，一旦設(shè)備發(fā)生故障，配件供應(yīng)不及時(shí)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效率有很大的影響。

3、工業(yè)機(jī)器人在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1、在車體焊接中的應(yīng)用

除了零件搬運(yùn)這種基礎(chǔ)的工作，工業(yè)機(jī)器人在汽車制造車體焊接的環(huán)節(jié)也有著重要的應(yīng)用。車體焊接主要分為點(diǎn)焊和弧焊。點(diǎn)焊技術(shù)和弧焊技術(shù)在整個(gè)汽車車身的制造環(huán)節(jié)都占據(jù)著重要的地位。在車身焊接的過程中，能否規(guī)劃好焊接路線直接影響著車身質(zhì)量的好壞和性能的優(yōu)劣。而工業(yè)機(jī)器人就可以很好地解決這一問題，例如，在工業(yè)機(jī)器人中安裝適合的焊接工具和運(yùn)行適合的程序，能夠保證機(jī)器人在車身點(diǎn)焊的過程中，降低偏差，提高點(diǎn)焊的精確程度，達(dá)到更好的點(diǎn)焊效果。汽車車體弧焊環(huán)節(jié)也是如此，通過給機(jī)器人安裝高精度傳感器，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)控制機(jī)器人的運(yùn)行路線和運(yùn)動(dòng)軌跡，此外也可以利用機(jī)器人圓弧插補(bǔ)和直線插補(bǔ)的特點(diǎn)，將弧線焊接和直線焊接相結(jié)合，達(dá)到更好的焊接效果。綜合點(diǎn)焊與弧焊，只依靠工業(yè)機(jī)器人就足以完成整個(gè)車體的焊接工作。

3.2、機(jī)器人壓合工藝和機(jī)器人在線檢測(cè)技術(shù)在車身制造中的應(yīng)用

（1）智能機(jī)器人在汽車車體壓合工藝中的運(yùn)用：壓合工藝在高品質(zhì)汽車制造過程中占有極其重要的地位，傳統(tǒng)的壓合技術(shù)一般采用模具和壓機(jī)結(jié)合的形式，其投資費(fèi)用較高、占地面積較大。機(jī)器人系統(tǒng)與壓合技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了機(jī)器人滾邊壓合新技術(shù)，它通過機(jī)器人與特殊設(shè)計(jì)壓合滾輪的配合，在一定的焊接壓力下實(shí)現(xiàn)諸如天窗頂蓋、四門兩蓋的壓合方式連接。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多品種的混流生產(chǎn)，這樣可以降低投資成本。通過快速的涂膠系統(tǒng)可以滿足不同類型涂膠的要求，涂膠均勻可靠，尤其對(duì)于特殊膠型可以實(shí)現(xiàn)精確的控制，提高涂膠速度。

（2）在線檢測(cè)系統(tǒng)取得的效果：通過機(jī)器人在線檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，既可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中異常車身尺寸波動(dòng)的預(yù)警，又可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建。①通過對(duì)過程異常車身尺寸預(yù)警，規(guī)避了批量問題車身的生產(chǎn)且能夠正向識(shí)別問題，降低不合格產(chǎn)品數(shù)量；②車身檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建，通過對(duì)指定時(shí)間段的車身數(shù)據(jù)匯總分析，有利于逆向識(shí)別整車裝配所產(chǎn)生的問題位置，便于問題解決，提高問題解決效率。

3.3、無線藍(lán)牙通信在白車身制造車間的應(yīng)用

（1）汽車制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一，也是各種先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)前沿試驗(yàn)基地。制造企業(yè)越來越意識(shí)到利用機(jī)器人進(jìn)行制造加工對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效率、成本、效益等方面的巨大優(yōu)勢(shì)，不僅可以降低人力成本，顯著提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，也能很好地契合當(dāng)前個(gè)性化定制、柔性化生產(chǎn)的發(fā)展方向。為此，企業(yè)為了贏得更多的利益和市場(chǎng)口碑，紛紛大力引進(jìn)機(jī)器人，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)，為企業(yè)后續(xù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)與技術(shù)保障。

（2）藍(lán)牙傳感器采用Ad-hoc使用方式。該方式下的傳感器將數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)器人控制器，控制器根據(jù)接收到的控制信號(hào)控制各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，完成相應(yīng)的操作任務(wù)，數(shù)據(jù)不需要上傳，一切功能都在本地完成。將藍(lán)牙技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，取代傳統(tǒng)的電纜連接方式，改變了汽車白車身生產(chǎn)車間焊接機(jī)器人的控制和數(shù)據(jù)通信方式。

3.4、在汽車零部件焊接中的應(yīng)用

在汽車零部件的生產(chǎn)中廣泛地采用了點(diǎn)焊、凸焊、縫焊、對(duì)焊及電弧焊等焊接工藝。例如：橫梁總成托架點(diǎn)焊，傳動(dòng)軸平衡片凸焊，汽車燃油箱縫焊，汽車輪圈連續(xù)閃光對(duì)焊，汽車轉(zhuǎn)向臂、消聲器的電弧焊等。

結(jié)束語

綜上，由于汽車車身制造的批量化、多樣化、高效率以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量一致性的要求，機(jī)器人系統(tǒng)在汽車車身制造技術(shù)中得到了普遍的應(yīng)用，將機(jī)器人技術(shù)與激光連接技術(shù)進(jìn)行復(fù)合使用，可充分發(fā)揮各類技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，獲得最佳連接效果。

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（作者單位：精誠(chéng)工科汽車系統(tǒng)有限公司底盤研究院工藝開發(fā)部）