基于ABB 機器人涂膠系統的應用探究

高建森，黃尚倫

（杭州吉利汽車有限公司，浙江 杭州 311228）

涂膠是汽車制造過程中必不可少的環節，承擔著強度連接、密封、減震降噪等功能。目前，在汽車生產線上，主要通過人工涂膠方式進行涂膠，但是，人工涂膠的質量全靠人工熟練度來保證，因此，涂膠工位的員工都需要進行長時間的操作培訓，才能保證涂膠質量合格，因此，影響了線邊的生產效率。機器人自動涂膠是采用機器人替代人工進行涂膠工作，膠槍也由手動膠槍替換為自動膠槍，由于是自動化作業，按照工藝要求提前設置好單位出膠量，匹配好機器人速度，固定機器人運行軌跡，涂膠軌跡平穩快速。在這個過程中，并不是簡單的機器運作，而是說，基于需要涂膠的具體對象，機器人執行相應的涂膠指令，接下來一系列的相關操作將展開。在實際的運作過程中，涂膠質量是否符合預期，還需要人工后臺檢測，一旦出現問題，則需要進行及時檢修與逐步完善。

隨著汽車工業化進程的不斷加快和自動化程度的不斷提高，車身涂膠工序中，機器人自動涂膠方式正在逐步取代傳統的手工涂膠方式，采用機器人自動涂膠，并且對涂膠的要求也越來越高。手工涂膠受許多外在因素影響很大，例如，員工的熟練度與手法等，難以滿足更高的質量要求。采用機器人自動涂膠能夠保證膠徑的一致性，避免因人為涂膠造成的漏膠、斷膠、膠徑變細等情況，提高涂膠效率和質量，降低成本。本文主要對ABB 機器人與SCA 涂膠機之間互相配合應用進行說明。

1 機器人涂膠工位及設備組成

1.1 現場工位布局（圖1）

現場工位采用有機圍欄進行安全防護，工位設置有安全門，用于維護、工藝等人員安全進出。工位之間設置有安全光柵，防止人員誤闖工位。涉及涂膠工藝，因此，利用夾具將白車身進行定位，提高涂膠精度及密封性，防止漏水等。涂膠工位主要設備有：定量機、涂膠泵、機器人、線體傳送滾床、定位夾具等。

圖1 自動涂膠工位布置圖

1.2 設備組成及主要參數

（1）ABB 機器人（圖2）。本文主要介紹ABB IRB7600-150/3.5 型號機器人，該機器人共有6 個自由度關節臂，六軸安裝有涂膠槍體。機器人負載150kg，為了達到涂膠范圍，選用臂展3500mm 長度的機器人。機器人系統同時集成涂膠包RobotWare-Dispens 軟件，面向對象的用戶涂膠方式編程模式。系統應用編程語言類似于VB 語言的RAPID 編程語言，編程方式簡單、通俗、易懂，為各種應用編程提供了極大便利。如圖2。同時，這項運用的實際開展，會生成一系列的運行參數，運行參數的合理性基本上處于一個給定的范圍，如果運行超出原先的范圍，那么，機器就會發生警報，需要后臺人員對此進行修正與完善。

（2）涂膠設備。本文主要采用SCA 品牌涂膠設備作為案例，整個涂膠系統主要由泵機、泵機控制系統、系統控制器、定量機等組成。膠料由泵機從膠桶內吸入膠管，通過膠管到達定量機。泵機控制系統主要控制泵機的氣壓、溫度等，系統控制器主要用于設置工藝參數（如溫度，出膠速度、槍閥等），同時，控制定量機的伺服系統。本系統功能完善，控制精度高，為各種涂膠應用提供了很大便利性。詳細結構如圖3 所示。

圖2 IRB7600-150/3.5 機器人

圖3 涂膠機系統圖

以上兩種設備是確保涂膠機器人順利運作的物質基礎，也是決定整個涂膠質量獲得用戶滿意度的關鍵。但是，對于涂膠設備的具體運用，還需要經過一系列的數據的監測、反饋、問題修復與完善來進行考慮。等過了一段時間，涂膠設備的一些機械零件或者是執行軟件出現問題，則需要考慮到它的更換或者是修復，這就意味著執行硬件與執行軟件之間保持高度的匹配性，是確保高效涂膠取得成功的關鍵。

2 涂膠控制原理

本文以汽車行業常用控制方式，采用西門子PLC 系統，控制層網絡為西門子Profinet，SCA 涂膠系統SYS6000 為ABB 機器人的從站，SCA 內部控制網絡為CANBus 總線。首先，PLC 給機器人發車型程序號，機器人在獲得程序號后調用膠機涂膠軌跡程序及涂膠參數號，涂膠機根據機器人運行速度，數模轉換后輸出模擬信號給定量驅動，控制定量機輸出的膠量。對于輸出的膠量，還需要看整個涂膠后的效果，這是一個邊監測、邊問題反饋、邊執行的過程。整個控制原理如圖4 所示。

3 ABB 機器人涂膠系統介紹

RobotWare-Dispense 是ABB 定制封裝的涂膠程序。該軟件包提供各種不同類型的應用，如黏合和密封等。涂膠包的應用提供了快速和準確的定位，結合靈活的控制，通過數模轉換進行通訊。該軟件包為客戶應用提供廣泛定制。

圖4 涂膠機系統圖

3.1 涂膠量的反饋原理

涂膠量的控制主要依靠定量機伺服電機來實現精準涂膠。定量機通過伺服電機控制活塞桿吐出膠料。膠機控制器讀取機器人線速度模擬量信號，將機器人線速度轉換為0 ～10V 模擬量信號，根據工藝設定的流量進行涂膠。原理圖如圖5。

圖5 涂膠閉環控制原理圖

例如，涂膠包設定機器人參考速度為500mm/s，對應的模擬量信號為10V；工藝要求膠徑直徑為3mm，則流量設定為3.5cm3/s；當機器人全速運行時發出10V 的模擬量信號，實際流量為3.5cm3/s；機器人在轉彎處，速度降為100mm/s，則實際流量自動調整為0.7cm3/s。

3.2 涂膠機器人參數配置

ABB 針對不同的應用主要開發出兩種流量控制應用，一種為模擬量常量為固定值，以固定流量及固定機器人速度進行涂膠，另一種為模擬量流量按照機器人速度進行匹配的方式，當模擬量常量為固定值時，手動低速調試設備涂膠出膠量過大，進而產生溢膠，影響調試效果，而采取模擬量流量與機器人速度匹配模式可杜絕此問題發生。因此，在實際應用過程中，大都選取第二種類型的應用。以下例子主要介紹第二種應用方式下，ABB 機器人主要參數設置參考。

需要將flow1_type 設置為TCP speed proportional模式后，涂膠匹配才會生效。

根據給定的測試數據，在實際的操作過程中會有一個上行區間，也有一個下行區間，那么，在這個上下行區間的范圍內運行，則表明涂膠機器人的運作是合理的；如果運行數據超出了這個給定的范圍，那么，就需要工作人員及時進行修正。修正的問題參數需要導入問題數據庫，以便于問題數據庫與修正數據庫之間進行問題的對應處理，通過一鍵系統操作，確保執行正確率的最大化。這是對原有涂膠機器人問題數據修復以及后續的工作執行效率完善的一項重要性基礎。

4 涂膠現場應用

在涂膠應用中，影響整車密封性、噪音、結構強度的主要是涂膠的質量。焊接車間為了提高涂膠質量，要求機器人速度低于300mm/s，因此，涂膠參考速度設置300mm/s。在應用涂膠量與機器人速度匹配過程中我們進行了相關測試，從以下的數據我們可以看到，機器人內部對應100%模擬量輸出的實際速度為100×100÷35=285mm/s，當機器人速度超過285mm/s 后，模擬量均按照100%的上限制輸出。測試數據如圖6。

序號 機器人速度/（mm/s） 輸出模擬量百分比1 100 35 2 200 70 3 300 100 4 400 100 5 500 100

圖6 涂膠速度與機器人速度測試數據

5 結語

涂膠工藝在白車身廣泛應用，涂膠的均勻性直接影響整車的質量，每段膠能夠采取有效控制。目前，公司在制車型所采用的SCA 自動涂膠系統不僅擁有傳統人工涂膠難以比擬的均勻性和良好的涂膠質量，采用最新技術涂膠軌跡監測功能，識別涂膠過程中的漏膠、不均勻等缺陷，達到預期效果，提高生產效率，實現全過程高度自動化。本文從涂膠工藝、涂膠精度、ABB 機器人應用等多方面入手，深入研究機器人速度與涂膠速度匹配應用，為今后更加深入地利用好自動涂膠技術提供了參考依據，為汽車行業涂膠質量控制打下了堅實的基礎。