工业机器人自动涂胶在白车身上的应用

杨波 杨光禄 陶英宇 潘武周

摘 要：在汽车行业，汽车零部件的结合面都有必然的密封性标准，常常需要涂胶才能达到这个要求，因此涂胶精度对于汽车白车身的效能非常重要，所以对涂胶设备提出了更高的标准。在这个基础上工业机器人自动涂胶应运而生，工业机器人自动涂胶系统具有很多优点，例如出产节奏快速、工艺参数稳固、产物一致性优良、出产柔性巨大等。自动涂胶系统既可以确保涂胶的均匀性又可以有效地节约胶料与能源，并且大大提高了生产效率与生产质量，降低了操作者的劳动强度。

关键词：自动涂胶;精度;涂敷均匀性;工业机器人

1.引言

由于机器人灵活性强、开放程度高以及较好满足生产制造的柔性化要求等特点，越来越多的多样化机器人已经在自动涂胶系统中得到应用[1]。如今，国内工涂胶设备中运用较多地是机器人涂胶工作站，工业机器人自动涂胶可以精准地控制胶料流量，对各类复杂外形和空间位置进行快速而平稳的涂敷。

2.工业机器人自动涂胶硬件结构

本系统的总体设计和系统集成主要包括工业机器人、泵机、输胶、控制、加热、定量机等系統组成，系统采用了德国杜尔公司的自动涂胶机，构成完备的自动涂胶工作站。由上位机PLC控制器发出各类指令，通过工业以太网实现与下位机工业机器人的通信，直接控制涂胶设备及获取设备状况。同时，工业机器人与相邻设备进行实时通讯，达到毫秒级监控，保证设备的正常工作。

2.1 工业机器人系统

因为汽车白车身均是空间曲面，涂胶的胶料外形截面为圆形，所以编写涂胶轨迹的设备须具备6个自由度。本套系统采用的是KUKA公司生产的QUANTEC产品系列extra型机器人，整个机器人系统由机器人本体、机器人控制器与编程器组成，它具备与外围设备进行通讯的功能，具有高的加速性能、精确的轨迹跟踪和快速的转角特性，该机器人额定载重210 kg，工作半径2700mm.

2.2 自动涂胶的泵机系统

本系统泵机的工作原理为：泵机活塞杆通过螺帽、藕合环与驱动气缸活塞杆连接，实现动力的传输，驱动气动活塞的上下运动，带动泵机的活塞杆往返运动，实现抽胶工作[2]。本系统胶泵采用独特的三腔设计，从而完成无论是向上行程还是向下行程出胶口均能出胶。该设计具有提升工作效率，减少连杆磨损，保证系统出胶压力稳定的优点。系统采用双位泵机，自动切换空桶，保证涂胶的连续使用，从而不影响生产。

2.3 自动涂胶的输胶系统

本系统输胶管采用加热型专用管，内管能承受高压，具有双层绝缘保护，绝缘层外有保护套，内置加热电阻和温度传感器。泵机、胶管与定量机之间装有过滤单元，采用400μm-1000μm宽度的网孔，过滤器可以过滤掉胶杂质，防止堵塞胶管。

2.4 自动涂胶的控制系统

自动涂胶控制系统主要控制整个泵机的正常运动及系统的运行，该系统接到机器人命令后开始涂胶，指令传输通过Can Bus总线连接实现。系统由总线耦合器作为从站通过Profinet网络接入总控PLC，同时配有三色指示灯以显示设备实时状态，出错具有报警功能[3]。同时，该系统还具有对涂胶过程中的故障进行自诊断，在设定的时间内没有运行后，能够自动关断加热。

2.5 自动涂胶的加热系统

本涂胶系统加热装置是用来给涂胶加热，使其达到适合工艺要求的温度，恒定的温度可以保证涂胶的速率、流动性参数值保持稳定。加热器是由涂胶系统的分配控制器控制，加热线路在涂胶系统的分配控制器内，每个加热线路都由一个固态继电器控制延迟。加热控制采用分区域控制方式，各区域分别设立点对点闭环控制单元。

2.6 自动涂胶的定量系统

本系统定量机原理为：闭环控制电机通过驱动齿轮箱里的丝杠主轴，使活塞在纵向方向上移动，实现胶料的填充与排出的实时控制。本系统采用伺服电机，并配有一个集成的伺服转换器，控制器可以通过数据总线来传输控制信息，读取分析所需数据，电机转矩，当前位置以及其他过程数据。本系统定量机可以保证涂胶量均匀、连续、恒定，无断胶和无胶量过多等缺陷，它采用先入先出技术，可以使先进入料缸的胶料置于底部优先排除，从而杜绝因胶料过期导致固化的现象。

3.工业机器人自动涂胶的软件系统

软件系统可以实时监控涂胶的状况，是全部体系的第三只眼睛，系统根据模块的各类传感器信息辨别本身状况和外部环境，采取相应的应对策略。触摸屏可以对涂胶机各部位的工作状况和输入信号进行实时显示，并且可以详细记录各部位的动作和报警信息。同时，触摸屏方便直观、图像清晰、坚固耐用和节省空间，具有操作简便、界面友好、信息丰富、响应迅速的特点，摆脱了键盘和鼠标操作，从而大大提高了涂胶机的可操作性和安全性，使人机交互更为直接，使系统更趋人性化。

4.工业机器人自动涂胶调试要求

4.1喷嘴与工件的距离

喷嘴与工件的距离在涂胶时应等于胶条直径，例如对于3mm的胶条，距离应在3-4mm，在距离过小时会产生很偏的条，在距离过大时有胶无法粘附到工件上的危险，胶被喷嘴拉走，无起始粘接作用，不能产生光滑的涂敷图，胶条弯曲，对于起始粘接问题，在胶条的第一个点时使胶枪嘴离工件近一些，以便确保粘接稳定。

4.2喷嘴的倾斜角

喷嘴和工件之间最佳角度在60°到90°之间，这种情况下应拉着喷嘴移动，此时涂胶的状态及质量最好。

5.工业机器人自动涂胶应用的优点

在汽车行业白车身应用生产工业中，自动涂胶系统可针对各种胶型提供完美的解决方案。通过该系统，可为企业提供生产工艺支持，在保证最佳质量的前提下，将单位成本降到合理水平，给企业带来了非常显著的效益。其优点主要体现在：（1）降低单位成本：自动涂胶工艺减少了节拍时间，降低了返修率和节省了单位成本与维修保养成本。自动涂胶相对手动涂胶要节省20%以上的用胶量，若按每年胶量50吨计算，每吨的费用为8万元人民币，故采用自动涂胶可为企业节约80万元/年。（2）提升产品质量：自动涂胶运用体系可保证精致工艺，控制稳定性，从而保证涂胶品质始终如一。运用自动涂胶后，返修率由原先的30%降至1%。（3）提高生产效率：以生产流水线其中的一个工位为例，以往手动涂胶生产效率是1.5分钟/件，应用工业机器人自动涂胶以后，生产效率提高到30秒/件。（4）降低安全隐患：自动化的解决方案减少了工人在处理部件时的身体接触，同时也避免了与危险材料的直接接触。

6.总结

总而言之，将工业机器人自动涂胶应用于汽车白车身制造具有非常重要的意义。在实际应用中，工业机器人自动涂胶增强了白车身的可靠性、稳定性与先进性，从而提高了生产效率。现在，本自动涂胶工作站已在一汽大众、上海大众、东风本田、长春红旗、保定长城、宁波吉利等汽车制造工厂成功应用，证明了本系统具很好的通用性、灵活性和可靠性。

参考文献

[1]梅雪川，葛光军，林粤科，陈天豪. 涂胶机器人技术现状与发展趋势[J]. 现代制造技术与装备，2016（01）：159-160.

[2]邵东生，周春晖. 涂胶系统组成及涂胶泵机工作原理[J]. 设备管理与维修，2017（09）：139-140.

[3]罗维. 基于机器人的汽车风挡玻璃自动涂胶装配运用[J]. 时代汽车，2018（09）：117-118.