工業(yè)機(jī)器人自動涂膠在白車身上的應(yīng)用

楊波 楊光祿 陶英宇 潘武周

摘 要：在汽車行業(yè)，汽車零部件的結(jié)合面都有必然的密封性標(biāo)準(zhǔn)，常常需要涂膠才能達(dá)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(shè)備提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。在這個基礎(chǔ)上工業(yè)機(jī)器人自動涂膠應(yīng)運(yùn)而生，工業(yè)機(jī)器人自動涂膠系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如出產(chǎn)節(jié)奏快速、工藝參數(shù)穩(wěn)固、產(chǎn)物一致性優(yōu)良、出產(chǎn)柔性巨大等。自動涂膠系統(tǒng)既可以確保涂膠的均勻性又可以有效地節(jié)約膠料與能源，并且大大提高了生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，降低了操作者的勞動強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：自動涂膠;精度;涂敷均勻性;工業(yè)機(jī)器人

1.引言

由于機(jī)器人靈活性強(qiáng)、開放程度高以及較好滿足生產(chǎn)制造的柔性化要求等特點(diǎn)，越來越多的多樣化機(jī)器人已經(jīng)在自動涂膠系統(tǒng)中得到應(yīng)用[1]。如今，國內(nèi)工涂膠設(shè)備中運(yùn)用較多地是機(jī)器人涂膠工作站，工業(yè)機(jī)器人自動涂膠可以精準(zhǔn)地控制膠料流量，對各類復(fù)雜外形和空間位置進(jìn)行快速而平穩(wěn)的涂敷。

2.工業(yè)機(jī)器人自動涂膠硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的總體設(shè)計和系統(tǒng)集成主要包括工業(yè)機(jī)器人、泵機(jī)、輸膠、控制、加熱、定量機(jī)等系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用了德國杜爾公司的自動涂膠機(jī)，構(gòu)成完備的自動涂膠工作站。由上位機(jī)PLC控制器發(fā)出各類指令，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)工業(yè)機(jī)器人的通信，直接控制涂膠設(shè)備及獲取設(shè)備狀況。同時，工業(yè)機(jī)器人與相鄰設(shè)備進(jìn)行實(shí)時通訊，達(dá)到毫秒級監(jiān)控，保證設(shè)備的正常工作。

2.1 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)

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(shè)備須具備6個自由度。本套系統(tǒng)采用的是KUKA公司生產(chǎn)的QUANTEC產(chǎn)品系列extra型機(jī)器人，整個機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人本體、機(jī)器人控制器與編程器組成，它具備與外圍設(shè)備進(jìn)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(zhuǎn)角特性，該機(jī)器人額定載重210 kg，工作半徑2700mm.

2.2 自動涂膠的泵機(jī)系統(tǒng)

本系統(tǒng)泵機(jī)的工作原理為：泵機(jī)活塞桿通過螺帽、藕合環(huán)與驅(qū)動氣缸活塞桿連接，實(shí)現(xiàn)動力的傳輸，驅(qū)動氣動活塞的上下運(yùn)動，帶動泵機(jī)的活塞桿往返運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)抽膠工作[2]。本系統(tǒng)膠泵采用獨(dú)特的三腔設(shè)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(shè)計具有提升工作效率，減少連桿磨損，保證系統(tǒng)出膠壓力穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采用雙位泵機(jī)，自動切換空桶，保證涂膠的連續(xù)使用，從而不影響生產(chǎn)。

2.3 自動涂膠的輸膠系統(tǒng)

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

2.4 自動涂膠的控制系統(tǒng)

自動涂膠控制系統(tǒng)主要控制整個泵機(jī)的正常運(yùn)動及系統(tǒng)的運(yùn)行，該系統(tǒng)接到機(jī)器人命令后開始涂膠，指令傳輸通過Can Bus總線連接實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)由總線耦合器作為從站通過Profinet網(wǎng)絡(luò)接入總控PLC，同時配有三色指示燈以顯示設(shè)備實(shí)時狀態(tài)，出錯具有報警功能[3]。同時，該系統(tǒng)還具有對涂膠過程中的故障進(jìn)行自診斷，在設(shè)定的時間內(nèi)沒有運(yùn)行后，能夠自動關(guān)斷加熱。

2.5 自動涂膠的加熱系統(tǒng)

本涂膠系統(tǒng)加熱裝置是用來給涂膠加熱，使其達(dá)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(shù)值保持穩(wěn)定。加熱器是由涂膠系統(tǒng)的分配控制器控制，加熱線路在涂膠系統(tǒng)的分配控制器內(nèi)，每個加熱線路都由一個固態(tài)繼電器控制延遲。加熱控制采用分區(qū)域控制方式，各區(qū)域分別設(shè)立點(diǎn)對點(diǎn)閉環(huán)控制單元。

2.6 自動涂膠的定量系統(tǒng)

本系統(tǒng)定量機(jī)原理為：閉環(huán)控制電機(jī)通過驅(qū)動齒輪箱里的絲杠主軸，使活塞在縱向方向上移動，實(shí)現(xiàn)膠料的填充與排出的實(shí)時控制。本系統(tǒng)采用伺服電機(jī)，并配有一個集成的伺服轉(zhuǎn)換器，控制器可以通過數(shù)據(jù)總線來傳輸控制信息，讀取分析所需數(shù)據(jù)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)前位置以及其他過程數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)定量機(jī)可以保證涂膠量均勻、連續(xù)、恒定，無斷膠和無膠量過多等缺陷，它采用先入先出技術(shù)，可以使先進(jìn)入料缸的膠料置于底部優(yōu)先排除，從而杜絕因膠料過期導(dǎo)致固化的現(xiàn)象。

3.工業(yè)機(jī)器人自動涂膠的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)控涂膠的狀況，是全部體系的第三只眼睛，系統(tǒng)根據(jù)模塊的各類傳感器信息辨別本身狀況和外部環(huán)境，采取相應(yīng)的應(yīng)對策略。觸摸屏可以對涂膠機(jī)各部位的工作狀況和輸入信號進(jìn)行實(shí)時顯示，并且可以詳細(xì)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(jié)省空間，具有操作簡便、界面友好、信息豐富、響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，擺脫了鍵盤和鼠標(biāo)操作，從而大大提高了涂膠機(jī)的可操作性和安全性，使人機(jī)交互更為直接，使系統(tǒng)更趨人性化。

4.工業(yè)機(jī)器人自動涂膠調(diào)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(yīng)等于膠條直徑，例如對于3mm的膠條，距離應(yīng)在3-4mm，在距離過小時會產(chǎn)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(chǎn)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(diǎn)時使膠槍嘴離工件近一些，以便確保粘接穩(wěn)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(yīng)拉著噴嘴移動，此時涂膠的狀態(tài)及質(zhì)量最好。

5.工業(yè)機(jī)器人自動涂膠應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

在汽車行業(yè)白車身應(yīng)用生產(chǎn)工業(yè)中，自動涂膠系統(tǒng)可針對各種膠型提供完美的解決方案。通過該系統(tǒng)，可為企業(yè)提供生產(chǎn)工藝支持，在保證最佳質(zhì)量的前提下，將單位成本降到合理水平，給企業(yè)帶來了非常顯著的效益。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：（1）降低單位成本：自動涂膠工藝減少了節(jié)拍時間，降低了返修率和節(jié)省了單位成本與維修保養(yǎng)成本。自動涂膠相對手動涂膠要節(jié)省20%以上的用膠量，若按每年膠量50噸計算，每噸的費(fèi)用為8萬元人民幣，故采用自動涂膠可為企業(yè)節(jié)約80萬元/年。（2）提升產(chǎn)品質(zhì)量：自動涂膠運(yùn)用體系可保證精致工藝，控制穩(wěn)定性，從而保證涂膠品質(zhì)始終如一。運(yùn)用自動涂膠后，返修率由原先的30%降至1%。（3）提高生產(chǎn)效率：以生產(chǎn)流水線其中的一個工位為例，以往手動涂膠生產(chǎn)效率是1.5分鐘/件，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人自動涂膠以后，生產(chǎn)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(jié)

總而言之，將工業(yè)機(jī)器人自動涂膠應(yīng)用于汽車白車身制造具有非常重要的意義。在實(shí)際應(yīng)用中，工業(yè)機(jī)器人自動涂膠增強(qiáng)了白車身的可靠性、穩(wěn)定性與先進(jìn)性，從而提高了生產(chǎn)效率?，F(xiàn)在，本自動涂膠工作站已在一汽大眾、上海大眾、東風(fēng)本田、長春紅旗、保定長城、寧波吉利等汽車制造工廠成功應(yīng)用，證明了本系統(tǒng)具很好的通用性、靈活性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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