汽车涂装车间LASD喷涂机器人的应用

刘杰 张京川 徐德庆 胡志文

摘要：为满足汽车产品环保要求，针对汽车减振阻尼垫的环保问题，各大汽车制造企业引入了新型环保材料LASD（水性阻尼涂料）来替代传统的含沥青材料的减振阻尼垫。介绍了涂装车间LASD喷涂机器人系统的设计和安装调试过程，以及常见问题的解决办法。将LASD喷涂机器人系统的组成、各机构功能及安装调试内容、工艺要求充分展示，对汽车行业LASD喷涂机器人设备上马提供一个技术参考，也为汽车企业环保工作的实施提供一个成功案例。

关键字：LASD；阻尼；机器人系统；安装调试

伴随着国家对于汽车材料环保的要求越来越严格，为满足汽车产品环保要求，针对汽车减振阻尼垫的环保提升，各大汽车制造企业引入了新型环保材料LASD（水性阻尼涂料）来替代传统的减振阻尼垫。北京奔驰汽车有限公司投资三千多万元，在2021年完成了喷漆一工厂的LASD机器人喷涂工艺的应用，实现了所有车型全部应用LASD机器人喷涂工艺，LASD由于是以水为分散介质，VOC含量很低，安全环保，应用范围日益广泛。本论文通过详细阐述涂装车间LASD喷涂机器人系统的设计安装，调试应用及出现问题的解决等技术细节，对汽车行业LASD喷涂机器人设备上马提供一个技术参考，也为汽车企业环保工作的实施提供一个成功案例。

LASD喷涂机器人系统的设计

1.LASD喷涂机器人系统的设计背景

北京奔驰汽车有限公司喷漆一工厂建成于2006年，是北京奔驰最老的喷漆车间，生产奔驰E系列和C系列两款车型。密封胶线在改造前自动化程度较低，生产节拍48JPH，仅UBS就有13台ABB机器人，实现车身底涂的自动化涂胶。

LASD喷涂机器人的工艺要求是在车身内部地板喷涂水性阻尼涂料，使车身地板具有消噪、减振作用。以新C系轿车为例，其工艺要求如图1所示。

图中车身底盘需要阻尼材料喷涂，胶线宽度不同，分别用粉色（宽55mm）、橙色（宽度65mm）和绿色（宽75mm）表示。这个阻尼材料在车身内侧地板，需要机器人从车后盖或车窗伸入机器人手臂，进行喷涂。由于喷涂量较大，节拍要求控制在48JPH，也就是每台车循环时间要控制在75s之内，其中输送时间至少15s，LASD喷涂机器人的识别、工作时间要控制在60s之内，故需要多台机器人，多站喷涂，才能满足生产。

2.LASD喷涂机器人系统的布局设计

此次增加LASD喷涂机器人工艺，为提高自动化率，并且考虑到应用LASD喷涂机器人后，车顶小天窗密封胶无法人工打胶（之前需要一个人拿胶枪进入车内，进行小天窗密封胶打胶，LASD工艺应用后，人无法进入车内踩踏车身地板）。因此，在LASD喷涂机器人区，增加一台车顶小天窗密封胶机器人。涂装设备安装调试由ABB工程有限公司负责，根据工艺要求和对喷涂工作量评估，设计安装并调试LASD&RoofDitch机器人工作站两个站，并为以后车身前盖密封胶涂胶预留ISS、FAD机器人安装区域。涂装车间LASD喷涂机器人工艺布局图如图2所示。

其中共有两个LASD喷涂机器人工作站，黄色机器人为预留的FAD和ISS机器人，不是本次LASD喷涂机器人。本次共增加6台LASD喷涂机器人，两台开盖机器人和一台车顶天窗打胶机器人，共计9台机器人。天窗打胶机器人设置在机器人1站车身正上方，为吊挂型机器人，如图3所示。在LASD喷涂机器人1站，共有5台机器人，布置如图4所示。

1站宽6m，长10m，3台LASD喷涂机器人IRB4400分设在两边轨道，左侧轨道1台，右侧轨道2台；1台开盖机器人IRB4600设置在左后方；小天窗机器人IRB2600设置在车身小天窗正上方。

1站后方为LASD喷涂机器人2站，共有4台机器人，布置图如图5所示。

2站宽6m，长10m，3台LASD喷涂机器人IRB4400分设在两边轨道，左侧轨道2台，右侧轨道1台；1台开盖机器人IRB4600设置在右后方。

3.LASD喷涂机器人系统的组成

北京LASD喷涂机器人系统是由机器人系统、视觉系统、LASD涂胶系统、LASD供胶系统、胶清洗系统及安全系统等各大系统组成，以及与之配套的输送系统、隔离室体、平台等。

（1）机器人系统  机器人系统是机器人工作的主体，其主要包括：机器人本体9台，机器人控制柜9个，机器人导轨4条，机器人示教器9个，机器人安全链1套，以及机器人操作台（含人机操作界面）2个（每个站1个）

LASD喷涂机器人系统，每臺6轴机器人由各自的控制柜控制，开门机器人为固定位置，喷涂机器人设置在导轨上，便于前后移动，因此也称为7轴机器人。每个机器人站有一个操作台，用于操作和监控机器人状态，每个机器人控制柜上连接机器人示教器，在机器人出现故障和机器人调试中，手动操作示教器，来移动机器人。

机器人安全链，系统设有2条双通道的安全链：紧急停止链和运行链。紧急停止链包括主操作面板紧急停止按钮和示教器紧急停止按钮，也可设一个或多个外部紧急停止按钮，所有停止属于0类停止。运行链包括自动模式停止、试验模式停止、一般模式停止和延迟停止。除延迟停止（1类）外，其他停止均属0类。

紧急停止复位在紧急停止后，正常的标准要求必须执行以下两项不同的操作，方可在紧急停止后恢复运行模式：必须手动释放按下的紧急停止开关；必须重新向机器人各轴马达送电（按马达上电按钮）。

（2）视觉系统  视觉系统是机器人工作的眼睛，用来识别并准确定位加工的车身位置，并将信号传输给机器人系统，自动补偿偏差，达到喷涂准确，其主要包括：相机8台，相机照明灯8台，相机保护罩8台，以及视觉系统控制柜（含人机操作界面）2台。

LASD喷涂机器人系统的两个站，每个站分布4台相机，每个相机下方是各自的相机照明灯，被设置在相机保护罩内，各设备由电缆连接汇集到视觉系统控制柜上，通过图像处理计算偏差，再通过机器人PLC计算出机器人的补偿值，机器人从而在喷涂中进行补偿，达到车身喷涂位置的准确。

（3）LASD涂胶系统  LASD涂胶系统指的是机器人的喷涂工具，由定量机、胶管、胶枪等构成。

定量机由电动机、丝杠驱动单元、齿轮箱及材料储存室等构成，其功能是将喷涂材料以定量、定压的方式输出，从而保证喷涂的量精确。定量机简图如图6所示。定量机是涂胶系统的关键硬件，其工作逻辑如图7所示。

从图7中可以看到，当活塞在最下端，进口阀打开时，开始填充进料，活塞随着丝杠的悬转精确上升，填充完成后，进口阀关闭，出口阀打开，定量机定量输出胶，按照参数设定的流量和压力出胶，直到输出完成。为保障输出的连续性，一般都是两个定量缸并联，从而保证输出连续。

胶枪是机器人手臂上的作业工具，其主要构成如图8所示。

胶枪的构成主要由枪头、枪体、锁环、旋转机构、传感器单元、缸塞系统、安装法兰及连接元件等构成，枪头有三个头，每个头的方向角度不同，机器人在工作中，选择最合适的枪头来喷涂，胶枪和机器人本体由法兰连接。

（4）LASD供胶系统  LASD为水性阻尼涂料，也称可喷涂液态阻尼材料或液态可喷涂型阻尼隔声材料，是一种以高分子树脂聚合物为基本成膜物，以水为分散介质，辅以填料和助剂等制备的水性高分子减振降噪阻尼材料。汽车喷涂常用的LASD为水性丙烯酸液态阻尼涂料，其主要成分和各成分功能见表1。

LASD材料选用德国汉高公司TEROSONAL7173，其湿膜密度1.45～1.55g/cm?，干膜密度0.7～0.9g/cm?，发泡率接近80%，轻量化效果显著，使每辆车的阻尼材料控制在2～3kg，大大优于传统的沥青阻尼垫。

该材料塑性黏度2.1MPa?s，由胶泵供给机器人涂胶系统，从圆形不锈钢吨桶中抽取，采用美国固瑞克公司的25A454高黏度胶泵两组，安装在1000L压盘升降架上，每组胶泵由两个泵并联，交替打胶，保证了胶的连续供给，控制系统有控制柜、气动控制面板组成，可实现手动和自动控制，采用自动控制模式下，当一个胶泵的胶桶用完，另一个胶泵会自动工作，使胶可以源源不断的供给。机器人需求供胶压力为5～10MPa，胶泵出口压力控制在20～25MPa，通过500μm的高压过滤器，供给到涂胶机器人区，再经过6个高压调压器，供给每个机器人。胶泵结构如图9所示。

（5）胶清洗系统  胶清洗系统由清洗吹扫单元、气控单元、电控单元及胶枪喷板等组成，是清洁枪头，防止枪堵塞的重要设备，其构成如图10所示。其中，清洗吹扫单元主要包括吹嘴、风刀、毛刷、传感器、加热器及供排水管路及超声波阵子等，如图11所示。该设备具有通过毛刷配合超声波清洗的功能，可有效实现固化残胶的清理，配合加热器对清洗液进行加温，大大提高清洁效率。

（6）安全系统  安全系统包括机器人区域安全网、安全锁、光栅、安全门及急停按钮等，将机器人区域保护成一个封闭区域，避免人员在生产时闯进机器人工作区，做到人员误入后设备急停，从而保证人员安全，在紧急情况下，做到立刻停止设备。

LASD喷涂机器人系统的安装调试

1.LASD喷涂机器人系统的安装

LASD喷涂机器人系统在假期24h不间断集中安装，详细安装内容及进度见表2。LASD喷涂机器人系统设备安装完成后，主要检查内容见表3。

2.LASD喷涂机器人系统的调试

废气LASD喷涂机器人系统的安装完成后，进入调试阶段，首先要调好供胶系统，然后做供胶测试，喷板实验。根据工艺要求，机器人喷涂宽度有55mm、65mm、70mm及75mm等不同要求，机器人枪嘴距离喷涂铁板保持在50mm，通过控制喷涂的压力和流量，使喷板能达到要求，并且稳定喷涂。喷涂厚度工艺要求LASD干膜后，满足3mm，厚度可以由机器人喷涂时速度控制。

在机器人调试前，已用Robot Studio软件完成两个车型的离线编程仿形工作，将LASD工作量分配给6台机器人，然后将仿形好的程序复制到现场，在现场用示教器进行轨迹优化，达到工艺要求，调试机器人时，尽量让枪头喷涂扇面和施工表面垂直，从而实现平滑的喷涂效果。无法保证垂直的情况下，应尽量保持出胶口方向与机器人移动（开枪到关枪）方向成锐角，通俗的说即拉着胶条进行喷涂。在距离钣金较近的位置，可以降低zone值与喷涂速度，使之更加平滑通过狭小区域。

以奔驰新C系车局部为例，驾驶室地板有较多阻尼需求，具体喷涂工艺要求如图12所示。为满足其工艺，机器人从流量、速度上控制，其控制参数见表4。

实际喷涂出的LASD不会是完全理想化的长方体，会和数模中形状略有差别，但只要控制在工艺偏差±5mm，厚度2.4～4mm，均为符合工艺，如图13所示。

LASD喷涂机器人系统的常见问题及解决办法

LASD供胶系统的最大问题是LASD胶容易干结，造成堵塞，胶暴露在空气中，会造成胶中水分流失，形成干结。因此，整个循环系统，都要做好密封防护，如在胶泵压盘边缘涂抹凡士林，隔绝空气，在高压调压阀排胶口末端，定期保养，更换密封，否则容易产生干胶，造成枪头堵塞等问题，干结的LASD胶甚至会堵塞末端胶管路。为避免生产涂胶后未及时进入烤箱烘干膨胀，在长假期间，不能在生产线存留未经烘烤，喷涂过LASD胶的车身。

LASD喷涂机器人系统的常见问题及解决办法如下：

1）厚度不良。胶条宽度不变的情况下，可通过增加或减小涂胶速度来降低或增加膜厚。

2）宽度不良。修改涂胶指令中的流量（bead）参数可调整胶条宽度。bead参数值越大，胶条越宽。最大值建议不超过75mL/s。宽度调整合适后，测量膜厚确认是否需要对膜厚进行調整。

3）干涉。针对干涉位置的胶条，通过手动示教涂胶位置点远离干涉位置；若不方便进行示教，可使用ShopFloor Editor软件对轨迹进行离线修改。

4）分叉。胶条出现分叉的主要原因为枪嘴出现干胶或异物造成堵塞。需使用塞尺对枪嘴进行清理，去除异物保持出胶通畅。

结语

涂装车间LASD喷涂机器人系统的安装调试，在规定时间内完成，这一新工艺的应用，解决了传统沥青阻尼垫的环保弊端，有益于车身轻量化，为北京奔驰汽车有限公司创建绿色工厂提供了有力的支持。

这一项目得到了公司高度重视，前期论证充分，设计合理，准备工作到位，使这一项目能够按计划顺利实施，在短期内完成了LASD喷涂机器人系统的应用。为企业的环保材料的应用做出了贡献。同时也看到，LASD材料在车身减重、环保等方面发挥着积极的意义，为了保护生态环境，节能降耗，实现经济社会的可持续发展，需要在工业生产中的各环节都考虑环保材料的应用。

参考文献

[1] 何彬，肖其弘，李旋，等.新型水性阻尼材料在汽车涂装中的应用[J].涂料工业，2014，44（6）：61-64.

[2] 关迎东，孙春龙，李海燕，等．有机高分子阻尼涂料的研究进展[J]．涂料工业，2011，41（9）：73-75．

[3] 廖梅东， 林小慰， 何凯欣， 等. 喷涂水性丙烯酸液态阻尼材料的研究与应用[J]. 现代涂装， 2017（11）： 70-72.

[4] 黄磊，徐波，黄安民，等．汽车用热熔阻尼材料阻尼性能的研究[J]．汽车工艺与材料，2011（12）：42-42．

[5] 苏坤， 李永岗， 吴祥东， 等. 新型可喷涂液态阻尼材料的制备及其性能研究[J]. 现代涂料与涂装， 2018， 21 （6）： 12-14.