整車涂裝工藝機器人方案應用

金帥　劉雄才　余維　高謙　楊家浩

摘 要：機器人已經成為當今整車廠涂裝自動化主流設備，具有作業效率高、噴涂質量穩定、柔性生產能力強等優點，在國內外汽車及汽車零部件涂裝領域有了非常多色應用。關鍵詞：整車廠;機器人;涂裝中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：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

越來越多的企業開始普及、推廣高科技自動化涂裝生產設備，涂裝領域供應商通過大量的行業工藝總結，以及對各種工業機器人的深入理解，充分發揮了工業機器人的靈活性，自動解算出正面噴涂路徑、邊角噴涂路徑、內側噴涂路徑、交叉噴涂路徑等智能化的工業包，并通過圖形顯示在我們的界面中，實現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是集成于機器人本體上的各類應用設備，相比其他整車制造工藝，應用種類更為豐富，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用分類

2.1 涂膠工藝應用

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、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。

（2）內部焊縫密封（IBS= Inner Body Sealing）;車身內腔焊縫密封作業。

（3）裙邊防石擊涂層（RPP= Rock Protect Paint）;應用3D SENSOR對車身定位，并噴涂防石擊涂料。該涂料應用于車身底盤，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）液態阻尼材料（LASD= Liquid Applied Sound Deadener）;液體隔音阻尼材料是當下替代傳統瀝青阻尼材料的技術，普遍采用機器人施工。具有清潔環保，設計柔性好，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槍頭技術和源于歐洲的Dose配合Flat Stream槍頭技術。

（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，機器人施工的復雜程度也最高。為了達到施工精度與質量穩定，高外觀密封膠機器人系統一般采用雙Doser分配器來保證穩定精準的流量控制，采用軌跡測算照相機系統來保證涂膠軌跡和位置精度。

涂膠機器人站內，可通過系統優化，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，控制系統等），降低設備投資，發揮自動化設備的優勢。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中最為核心的部件，代表了不同的技術路線。

由于柔性化生產，照相機定位技術在機器人涂膠工藝得到廣泛應用，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，通過增設照相機數量，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中已得到較多的應用，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PVC噴涂和焊縫密封兩個不同工藝。

2.2 噴涂工藝應用

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）、輸調漆系統等組成。

2.2.2 噴涂應用介紹

（1）車身清潔

噴漆前采用機器人設備替代傳統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。機器人設備同時可集成擦拭，吸塵，吹灰等多種應用操作。

（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用。不同應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、導軌式壁掛0°角安裝、提升導軌式壁掛180°角安裝六種安裝安裝方式。從加電形式上有內部或外部加電，從換漆方法上有換色閥或彈夾式等。

（3）內腔噴涂

內腔噴漆機器人目前在國內也已得到越來越廣泛的應用。內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，在建廠規劃時就要充分考慮機器人發生故障時的迂回方案。當機器人站內有一臺機器人發生故障無法工作，該機器人的工作由本站內的其他機器人承擔，生產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的干擾。降級模式運行時間可以是數小時或數天，期間機器人相應調整運動軌跡，動作速度和 噴涂流量等參數，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有硬件能力，通過軟件編程和短期“超頻”實現最大化連續生產，不僅可應用在噴漆機器人，也可應用于涂膠等其他工藝機器人。因機器人故障發生的不確定性，因此對于每個機器人站需要準備多套程序來應對各種情況。

2.3 空腔注蠟工藝應用

汽車底盤下部環境相對惡劣，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，車身內殘留1-3KG，在空腔內形成均勻細致的蠟膜層。蠟膜層能夠起到密封作用，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，但需要轉換槍頭，施工速度沒有專機高。

2.4 車身搬運應用

油漆車身搬運機器人通過伺服電機驅動來實現搬運機器人的各關節運動，進而實現搬運機器人的實際作業。搬運機器人加快車身轉移速度，與傳統升降機設備比較占用面積小，同時降低了單車制造成本。手臂承載機構可沿著導軌進行移動，導軌安裝與立柱上，位于被看管設備上方。機器人共有五個自由度。

（1）手臂承載機構沿導軌移動，由安裝于承載機構上的雙作用氣缸驅動裝置，保證操作機手臂實現600mm的往復運動;

（2）手臂在肩關節中的轉動，由安裝于承載機構上的雙作用氣缸驅動裝置，運動傳遞機構和安裝于肩部的滾珠絲杠實現;

（3）手臂在肘關節中的轉動，由安裝于小臂上的雙作用氣缸驅動裝置，運動傳遞機構實現。

2.5 質量檢驗應用

2.5.1 外觀檢測

將漆膜檢測儀器集成與機器人設備之上（見圖3所示），實現漆膜質量的自動化監測。自動化檢測準確性，重復性高，并可以彌補傳統人工檢測樣本數低，數據分析慢的缺 點，更有利于滿足產品高質量的要求。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（見圖七所示）提供了100%實時膜厚檢測的解決方案。實時在線監測，監測到連續膜厚異常車輛≥5臺時，發出緊急停止質量避免質量問題溢出。100%實時檢測的“大數據”為潛在的漆膜質量進一步分析提供了數據基礎。

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備之上，一次實現多種數據的自動化監測。由于檢測數據量多，檢測時間較長（數分鐘），并采用接觸式測量，主要用于離線檢測。但相比傳統手工檢測，大大提高了樣本數量和數據處理效率。

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備之上，實現在線的漆膜缺陷識別和標示。系統由缺陷識別單元和缺陷標記單元組成，識別標記出的缺陷由后續人工處理。漆膜缺陷自動化識別案例：鈑金，灰粒，桔皮，劃傷等。

3 結束語

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

參考文獻

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