工業機器人自動涂膠在白車身上的應用

楊波 楊光祿 陶英宇 潘武周

摘 要：在汽車行業，汽車零部件的結合面都有必然的密封性標準，常常需要涂膠才能達到這個要求，因此涂膠精度對于汽車白車身的效能非常重要，所以對涂膠設備提出了更高的標準。在這個基礎上工業機器人自動涂膠應運而生，工業機器人自動涂膠系統具有很多優點，例如出產節奏快速、工藝參數穩固、產物一致性優良、出產柔性巨大等。自動涂膠系統既可以確保涂膠的均勻性又可以有效地節約膠料與能源，并且大大提高了生產效率與生產質量，降低了操作者的勞動強度。

關鍵詞：自動涂膠;精度;涂敷均勻性;工業機器人

1.引言

由于機器人靈活性強、開放程度高以及較好滿足生產制造的柔性化要求等特點，越來越多的多樣化機器人已經在自動涂膠系統中得到應用[1]。如今，國內工涂膠設備中運用較多地是機器人涂膠工作站，工業機器人自動涂膠可以精準地控制膠料流量，對各類復雜外形和空間位置進行快速而平穩的涂敷。

2.工業機器人自動涂膠硬件結構

本系統的總體設計和系統集成主要包括工業機器人、泵機、輸膠、控制、加熱、定量機等系統組成，系統采用了德國杜爾公司的自動涂膠機，構成完備的自動涂膠工作站。由上位機PLC控制器發出各類指令，通過工業以太網實現與下位機工業機器人的通信，直接控制涂膠設備及獲取設備狀況。同時，工業機器人與相鄰設備進行實時通訊，達到毫秒級監控，保證設備的正常工作。

2.1 工業機器人系統

因為汽車白車身均是空間曲面，涂膠的膠料外形截面為圓形，所以編寫涂膠軌跡的設備須具備6個自由度。本套系統采用的是KUKA公司生產的QUANTEC產品系列extra型機器人，整個機器人系統由機器人本體、機器人控制器與編程器組成，它具備與外圍設備進行通訊的功能，具有高的加速性能、精確的軌跡跟蹤和快速的轉角特性，該機器人額定載重210 kg，工作半徑2700mm.

2.2 自動涂膠的泵機系統

本系統泵機的工作原理為：泵機活塞桿通過螺帽、藕合環與驅動氣缸活塞桿連接，實現動力的傳輸，驅動氣動活塞的上下運動，帶動泵機的活塞桿往返運動，實現抽膠工作[2]。本系統膠泵采用獨特的三腔設計，從而完成無論是向上行程還是向下行程出膠口均能出膠。該設計具有提升工作效率，減少連桿磨損，保證系統出膠壓力穩定的優點。系統采用雙位泵機，自動切換空桶，保證涂膠的連續使用，從而不影響生產。

2.3 自動涂膠的輸膠系統

本系統輸膠管采用加熱型專用管，內管能承受高壓，具有雙層絕緣保護，絕緣層外有保護套，內置加熱電阻和溫度傳感器。泵機、膠管與定量機之間裝有過濾單元，采用400μm-1000μm寬度的網孔，過濾器可以過濾掉膠雜質，防止堵塞膠管。

2.4 自動涂膠的控制系統

自動涂膠控制系統主要控制整個泵機的正常運動及系統的運行，該系統接到機器人命令后開始涂膠，指令傳輸通過Can Bus總線連接實現。系統由總線耦合器作為從站通過Profinet網絡接入總控PLC，同時配有三色指示燈以顯示設備實時狀態，出錯具有報警功能[3]。同時，該系統還具有對涂膠過程中的故障進行自診斷，在設定的時間內沒有運行后，能夠自動關斷加熱。

2.5 自動涂膠的加熱系統

本涂膠系統加熱裝置是用來給涂膠加熱，使其達到適合工藝要求的溫度，恒定的溫度可以保證涂膠的速率、流動性參數值保持穩定。加熱器是由涂膠系統的分配控制器控制，加熱線路在涂膠系統的分配控制器內，每個加熱線路都由一個固態繼電器控制延遲。加熱控制采用分區域控制方式，各區域分別設立點對點閉環控制單元。

2.6 自動涂膠的定量系統

本系統定量機原理為：閉環控制電機通過驅動齒輪箱里的絲杠主軸，使活塞在縱向方向上移動，實現膠料的填充與排出的實時控制。本系統采用伺服電機，并配有一個集成的伺服轉換器，控制器可以通過數據總線來傳輸控制信息，讀取分析所需數據，電機轉矩，當前位置以及其他過程數據。本系統定量機可以保證涂膠量均勻、連續、恒定，無斷膠和無膠量過多等缺陷，它采用先入先出技術，可以使先進入料缸的膠料置于底部優先排除，從而杜絕因膠料過期導致固化的現象。

3.工業機器人自動涂膠的軟件系統

軟件系統可以實時監控涂膠的狀況，是全部體系的第三只眼睛，系統根據模塊的各類傳感器信息辨別本身狀況和外部環境，采取相應的應對策略。觸摸屏可以對涂膠機各部位的工作狀況和輸入信號進行實時顯示，并且可以詳細記錄各部位的動作和報警信息。同時，觸摸屏方便直觀、圖像清晰、堅固耐用和節省空間，具有操作簡便、界面友好、信息豐富、響應迅速的特點，擺脫了鍵盤和鼠標操作，從而大大提高了涂膠機的可操作性和安全性，使人機交互更為直接，使系統更趨人性化。

4.工業機器人自動涂膠調試要求

4.1噴嘴與工件的距離

噴嘴與工件的距離在涂膠時應等于膠條直徑，例如對于3mm的膠條，距離應在3-4mm，在距離過小時會產生很偏的條，在距離過大時有膠無法粘附到工件上的危險，膠被噴嘴拉走，無起始粘接作用，不能產生光滑的涂敷圖，膠條彎曲，對于起始粘接問題，在膠條的第一個點時使膠槍嘴離工件近一些，以便確保粘接穩定。

4.2噴嘴的傾斜角

噴嘴和工件之間最佳角度在60°到90°之間，這種情況下應拉著噴嘴移動，此時涂膠的狀態及質量最好。

5.工業機器人自動涂膠應用的優點

在汽車行業白車身應用生產工業中，自動涂膠系統可針對各種膠型提供完美的解決方案。通過該系統，可為企業提供生產工藝支持，在保證最佳質量的前提下，將單位成本降到合理水平，給企業帶來了非常顯著的效益。其優點主要體現在：（1）降低單位成本：自動涂膠工藝減少了節拍時間，降低了返修率和節省了單位成本與維修保養成本。自動涂膠相對手動涂膠要節省20%以上的用膠量，若按每年膠量50噸計算，每噸的費用為8萬元人民幣，故采用自動涂膠可為企業節約80萬元/年。（2）提升產品質量：自動涂膠運用體系可保證精致工藝，控制穩定性，從而保證涂膠品質始終如一。運用自動涂膠后，返修率由原先的30%降至1%。（3）提高生產效率：以生產流水線其中的一個工位為例，以往手動涂膠生產效率是1.5分鐘/件，應用工業機器人自動涂膠以后，生產效率提高到30秒/件。（4）降低安全隱患：自動化的解決方案減少了工人在處理部件時的身體接觸，同時也避免了與危險材料的直接接觸。

6.總結

總而言之，將工業機器人自動涂膠應用于汽車白車身制造具有非常重要的意義。在實際應用中，工業機器人自動涂膠增強了白車身的可靠性、穩定性與先進性，從而提高了生產效率?，F在，本自動涂膠工作站已在一汽大眾、上海大眾、東風本田、長春紅旗、保定長城、寧波吉利等汽車制造工廠成功應用，證明了本系統具很好的通用性、靈活性和可靠性。

參考文獻

[1]梅雪川，葛光軍，林粵科，陳天豪. 涂膠機器人技術現狀與發展趨勢[J]. 現代制造技術與裝備，2016（01）：159-160.

[2]邵東生，周春暉. 涂膠系統組成及涂膠泵機工作原理[J]. 設備管理與維修，2017（09）：139-140.

[3]羅維. 基于機器人的汽車風擋玻璃自動涂膠裝配運用[J]. 時代汽車，2018（09）：117-118.