汽車行業噴涂機器人的規劃思路

饒槐，葉顯松，謝國菊，饒秋喜

（吉利汽車集團有限公司，浙江 寧波 315000）

隨著世界經濟不斷發展，汽車需求量不斷加大。國內外整車生產工廠如雨后春筍般拔地而起，而涂裝是整車生產不可或缺的一環。隨著噴涂機器人控制技術的日益完善以及價格的逐漸降低，已經有越來越多的新建涂裝線以大規模的機器人取代傳統的人工噴涂或往復機噴涂。噴涂機器人具有自動化和柔性化程度高、工作可靠等優點，能夠獲得穩定的涂裝品質和涂料利用率，并且大幅降低了工人勞動強度、涂裝成本和VOC(揮發性有機化合物)排放量[1]。

1 涂膠機器人的類型及布置方案

1.1 車底焊縫密封膠(UBS)機器人

UBS 自動涂膠機器人是采用高壓輸送方式將密封膠擠涂到車身底部的焊縫上，在焊縫處形成一條外觀平整、密封嚴實的扁形膠條，進而提高焊縫的密封和防腐效果、省人省力的自動化涂裝技術。根據節拍30～ 40 JPH，一般UBS 站布置4 臺機器人，采用軌道式安裝來提高柔性，尺寸較小的車型也可以采用固定安裝式。室體尺寸要求為：長6 000～ 7 000 mm，寬5 000～ 5 500 mm，高4 500 mm。圖1 是2 款典型產品。

圖1 2 款典型的UBS 機器人Figure 1 Two typical underbody seam sealing robots

1.2 車底防石擊PVC 膠(UBC)機器人

UBC 自動涂膠機器人是采用高壓噴涂方式將PVC(聚氯乙烯)膠噴涂到車底底盤、輪罩等區域。以達到良好的車底防腐蝕、耐磨損、密封、粘結等性能。UBC 機器人和UBS 機器人一般采用同一型號的機器人本體，只是噴涂的區域有所區別，它們對室體尺寸等要求都相差不大。但是由于現代產品升級，很多車型對PVC 的噴涂區域要求越來越少，改用底盤護板進行裝甲保護，因此UBC 機器人一般2 臺就足夠滿足節拍要求，甚至越來越多的廠家取消了UBC 涂膠機器人的布置。

1.3 車內焊縫粗密封膠(ISS)機器人

ISS 自動涂膠機器人是一種針對車內鈑金焊接處縫隙進行密封的涂膠機器人，用于密封容易被銹蝕或質量要求高的縫隙。常規的粗密機器人站一般由4 臺涂膠機器人加上2 臺開蓋機器人組成，室體一般要求長10 000 mm、寬6 000～ 6 400 mm、高4 500 mm。車內焊縫密封膠的噴涂與車底焊縫密封膠的噴涂有本質上的不同，因為需進入車內涂膠，所以手臂要更長。對于開蓋機器人，可以頂置，也可以放置在涂膠機器人軌道的端頭，后者可能需要更長的室體，但前者可能有維修不便的缺點，需要綜合考慮。圖2 是2 款典型的產品。

圖2 2 款典型的ISS 機器人Figure 2 Two typical interior seam sealing robots

1.4 細密封(FAD)機器人

FAD 折邊膠機器人主要是對四門兩蓋、尾燈等處的細密封進行涂膠，國內的一些企業(如通用、大眾等)開始有應用。

1.5 車內水性丙烯酸阻尼(LASD)膠機器人

LASD 機器人主要是在車內局部需要降噪的地方噴涂塊狀阻尼膠。它代替了傳統的貼阻尼片工藝，更加環保。LASD 機器人和內部粗密封機器人在噴涂方式上類似，所以在機器人本體的選用上一樣，不過水性阻尼膠的噴涂對計量要求較高，所以一般采用定量缸的配置，以達到更高的涂膠質量。當然，若成本控制不那么嚴格的話，焊縫膠也可以采用定量缸的配置。阻尼膠的噴涂對開蓋要求并非千篇一律，主要根據產品需求，比如特殊位置不開啟前后蓋可能無法滿足機器人的可達性要求，所以需要配置開前蓋或者后蓋的機器人。

1.6 車頂流水槽(RDA)涂膠機器人

RDA 機器人主要是對車頂兩側的導水槽進行涂膠作業，以達到車頂的防腐蝕要求。由于車身焊接工藝的提高，一些車型采用激光釬焊技術，加上自動噴涂車頂膠對輸送精度的要求高以及機器人需要安裝軌跡修正等攝像技術而導致成本攀升等因素，因此RDA 機器人的應用不是很廣泛。

1.7 裙邊涂膠(RPP)機器人

RPP 機器人主要是對車體門檻進行噴膠作業，通常帶有一個自動遮蔽的轉盤以及由真空泵組成的廢料回收系統。隨著車型材料的優化升級，不少車型采用門下飾板代替了傳統的裙邊涂膠，但在一些入門級車型中，RPP 機器人仍有應用。

2 整車噴涂機器人的類型和布置方案

整車噴涂機器人分為擦凈機器人、內噴機器人和外噴機器人。隨著工業自動化程度不斷加大，越來越多的新建涂裝車間開始在內噴中用自動噴涂機器人代替傳統的人工噴涂，甚至一些老車間經過內噴段的改造后也添置了機器人噴涂。

在中涂或者面漆噴涂之前通常會對車身進行擦凈工作，以獲得潔凈的車身。擦凈設備分很多種，例如五輥擦凈機、鴕鳥毛擦凈機器人、劍刷機器人，見圖3。另外，鴕鳥毛擦凈設備的前后都會配置一套離子風設備，前道離子風主要是清潔車身灰塵，后道離子風則是中和鴕鳥毛產生的粒子。

圖3 幾種常見的擦凈設備Figure 3 Several common cleaning equipment

現在主流的噴涂工藝為3C2B 工藝和免中涂的B1B2 工藝。對于內噴噴涂站，水性的中涂和色漆內噴站一般配置噴涂機器人、開門機器人及開前后蓋機器人。主流的節拍一般是單線30 JPH或雙線60 JPH，針對5 m 左右長度、面積不超過9 m2的噴涂，一般4 臺即可，加上4 臺開門機器人以及2 臺開前蓋和后蓋機器人，就組成一個內噴噴涂站。針對特殊造型多的車型，可能要適當增加噴涂機器人數量才能達到節拍需求。一般機器人公司也會有相應的計算公式幫助測算，圖4 所示就是杜爾公司推出的一款測算工具，經過后期調試驗證，基本能夠滿足前期的規劃要求。

圖4 杜爾公司的節拍測算工具Figure 4 Dürr’s takt time calculation tool

對于單線節拍較高(如凈節拍超過40 JPH)的車間，車型面積又較大的話，整站的機器人就會過多，無法布置，可能需要設置兩個站來噴涂，將后蓋放在第二站噴涂，如圖5 所示。對于機器人較多的站，一定要規劃好機器人軌道的長度，結合機器人噴涂的TCP(工具中心點)運動速率、重疊率、噴幅等參數以及各個機器人的邊界設定，規劃好最佳的軌道長度。當然，一些機器人廠家研發出的單體七軸機器人(如圖6 所示)在不用軌道的情況下也能夠滿足內噴站的噴涂可達性需求。另外，輸送的形式也對機器人布局有一定影響。簡單來說，stop&go(走停)模式比line tracking(直線跟蹤)模式需要更寬的室體，對機器人有更高的可達性要求，但是stop&go(走停)模式的故障率和撞車風險都較低。

圖5 杜爾公司的兩站布局圖Figure 5 Dürr’s two-station layout

圖6 幾種主流的單體七軸機器人Figure 6 Several widely used seven-axis robots

對于溶劑型2K 清漆內噴站的機器人布局，在空間上基本與色漆保持一致，只是在機器人配置上有所增加，比如霧化器清洗機，因為清漆的黏度比色漆高，更容易在霧化器上積漆，且難以擦拭。另外很多車間配置的是干式噴漆室，所以機器人端都會配置廢溶劑回收漏斗，而給清漆漏斗配備反沖洗裝置則顯得不可或缺，否則漏斗積漆是一個不得不面對的問題。

對于外噴噴涂站，一般采用“前道+后道”的兩道噴涂方式。但是素色漆由于遮蓋力較高，因此只需要單道噴涂，另外一道的機器人可以在降級模式(即某臺機器人出現故障)下使用。對于金屬漆，則兩道都需要噴涂，第二道機器人采用雙整形空氣環的配置，以控制金屬顆粒的均勻排布，達到最佳外觀效果。外噴機器人布置也有軌道式和固定位置式。無論噴涂線是line tracking 方式還是stop&go 方式，軌道式機器人的柔性化都要比固定位置方式的機器人好，特別是現在車型尺寸越來越大，固定式機器人可能在一些邊角區域的可達性會有影響，又或者固定式機器人做不到最佳的噴涂姿態。不過機器人廠家也在不斷研發，通過優化手臂機構以達到最大的臂展區域，比如上述的單體七軸機器人在國內一些生產線已開始有應用。究其原因，主要是軌道式機器人固然柔性化高，但是成本高，后期維護保養復雜，故障率也高，而單體式機器人占用空間小，布局簡單，能耗也低，將來應該有更好的推廣應用。

3 塑料件噴涂機器人的類型和布置方案

隨著車企對保險杠、門檻、輪眉等塑料外飾件的顏色要求日趨多樣化，越來越多車企采用自建生產線代替委外的方式來噴涂塑料件。而塑料件造型復雜，噴涂質量要求高，噴涂機器人是不二之選。塑料件噴涂機器人按照塑料件噴涂的工藝順序分為火焰機器人、底漆噴涂機器人、色漆噴涂機器人和清漆噴涂機器人。

火焰機器人作為塑料件噴涂的首道工序，主要目的是通過火焰處理去除塑料件表面的雜質，提高塑料件的表面張力和表面能，從而增強噴漆與基體的結合強度[2]。用于表面處理的還有干冰機器人，如圖7所示。對于40 UPH 的節拍，一般2 臺機器人分布兩側就可以滿足需求，也有塑料件單側掛件的做法，那么單側布置1 臺機器人即可，具體數量還是要根據產品的掛法和節拍快慢來定。至于室體要求，寬度相對于車身窄一些，一般5 000 mm，圖8 就是常見的火焰站布置方法。

圖7 表面處理用火焰機器人(a)和干冰機器人(b)Figure 7 Flaming robot (a) and dry ice robot (b) for surface treatment

圖8 火焰站布置方式Figure 8 Layout of flaming station

底漆的作用是提高油漆在底材上的附著力，通過底涂處理劑使油漆涂層與底材表面形成良好的結合，避免噴涂過程中因局部或者是全部涂層由于附著力不良而出現涂層缺陷。底涂機器人通常是由2 臺落地式噴涂機器人組成，采用高速旋杯或噴槍噴涂(不加電)，室體要求長7 000 mm、寬5 000 mm、高4 500 mm。

塑料件色漆噴涂機器人與車身色漆噴涂機器人原理一致。鑒于環保要求，現在色漆基本上都是水性漆，大多數機器人供應商采用的都是水性漆外加電技術，但是在保險杠邊角區域可能外加電的靜電環會影響噴涂，所以一些車企也會選擇內加電的水性漆噴涂，例如ABB 的彈匣式機器人和發那科(FANUC)的Canister 油漆罐填充方式機器人，但這會帶來成本的上升。色漆機器人通常要4 臺，這也是噴涂金屬漆的常規配置。

作為塑料件噴涂的最后一道工序，與車身一樣，噴涂清漆是為了讓色漆保持原有的色彩紋路，形成光滑的薄膜以保護塑料件外觀。清漆的膜厚較大，所以兩道噴涂是基本配置，4 臺機器人組成兩道，有些節拍比較快的車間還可能采用3+3 的布局方式。圖9 是塑料件噴涂站的常規配置，具體數量應依據節拍、塑料件面積和掛法詳細核算。

4 其他種類的機器人

隨著科技不斷進步，因應汽車生產過程中需求的全面化和多樣化，市場上不斷涌現出新的機器人產品。譬如用于在線外觀缺陷檢測的帶視覺機器人，用于離線檢查測量工藝參數的機器人，用于打磨和注蠟的機器人，用于注蠟后道工序的發泡機器人，等等。企業可以根據自身條件和需要進行配置。

5 結語

本文只在各個機器人服務商的產品分類的基礎上對涂裝車間噴涂機器人的種類和布局進行了大致的講解，主要談到機器人數量需要根據線體的節拍、產品的面積、噴涂的工藝等多個因素綜合考慮，機器人的布置方式需要從后期運行與維修的便利性、成本等方面綜合衡量，內容可能不夠全面，但也希望對新建或改造的涂裝線噴涂自動化設備規劃有借鑒意義。