汽車涂裝作業機器人關鍵技術分析

馮 銳，邱春雷

(1.四川化工職業技術學院，四川 瀘州 646300；2.西華大學，四川 成都 610097)

0 引言

汽車涂裝作業機器人可進行自動噴涂油漆或其他涂料，在汽車領域被廣泛應用。因其高度智能化和噴涂均勻的優點，其在汽車領域占比越來越高。噴涂料多含有危害人體健康的化學成分，如苯、二甲苯等，傳統的汽車噴涂采取人工方式，采用這種方式對人體產生極大的危害，涂裝作業機器人的出現有效解決了這一問題。同時涂裝作業機器人和人工的很大區別在于可有效改善噴涂效果，同時提高工作效率。對車企來說，這就是企業利潤的提高，可有效控制生產成本。

本文將對噴涂作業機器人結構及功能進行介紹，并針對涂裝作業機器人在汽車領域的仿真技術應用、污染防控技術應用、安全技術應用及防止噴涂串色應用這幾個關鍵技術進行分析，并提出相應的措施方法，使其能夠更好的服務于汽車行業，使其成為汽車行業發展重要主推力量。

1 涂裝作業機器人結構及功能分析

噴涂作業機器人作為自動控制機器人，其通過控制柜對機器人發出操作命令，通過液壓閥門實現對機器人噴涂料開關的控制，最終實現汽車噴涂。噴涂作業機器人操作系統主要包括以下幾個系統：機械結構系統；電氣系統：包括多種控制模塊；液壓執行系統等。

汽車噴涂作業機器人作為汽車領域的專用機器人，其具有獨特的工作特征，除了具有傳統機器人的功能外，其還具有以下功能：1)可編寫工藝噴涂參數功能。工藝噴涂參數包括：涂料流量、霧氣壓力及扇幅壓力等。通過控制軟件可將相應參數輸入控制器中，實現數字量和模擬量的快速更換，實現有效的噴涂作業。2)防爆功能。噴涂作業機器人工作環境多為密閉環境，而且噴涂料多具有可燃性，因此使得密閉環境具有爆炸的風險，所以噴涂作業機器人應具有防暴功能。3)噴槍位姿變換功能。噴涂作業機器人多采用直線形非球型中空手腕結構，該結構可實現噴槍位姿的快速變換，同時可避免管路發生糾纏及干涉，預防管路破裂。4)噴涂方式轉換功能。機器人手臂上可安裝各種小型模塊，實現噴涂方式轉換，例如在低壓噴涂系統引入了換色模塊、實現低壓和高壓噴涂轉換，這使得噴涂效率提高，避免由于噴涂設備更換引起的停工。

2 仿真技術應用分析

噴涂作業機器人在汽車噴涂作業的大量使用，致使機器人仿真技術在該領域得到越來越多技術人員的關注。技術人員通過仿真軟件可以進行噴涂作業機器人的選型并進行項目模擬作業，從而評估項目實施的可行性。

仿真技術應用可有效解決噴涂奇異點的問題。噴涂作業機器人噴涂頭部需要保持與噴涂表面法向垂直(如圖2所示)，然而在實際操作中，卻可能出現與法向無法垂直的工況，可直接導致機器人抖動，更有可能導致機器人的停機，這就是常說的噴涂奇異點。而離線程序不僅通過仿真軟件可傳輸給噴涂作業機器人，還能將噴涂作業機器人的內部程序輸送給仿真軟件，從而在仿真軟件中再現噴涂作業機器人實際工況，基于這一功能，可解決噴涂奇異點的問題。

如圖3所示U軸出現紅色信號，這說明機器人已達到轉動軸極限，仿真軟件將達到極限的轉動軸進行變色處理。若要將此報警信號進行消除，可通過改變機器人作業位置的方法。常用方法也有改變噴涂頭部結構，但這種方法耗時費力，在實際生產過程中，是不常用的。可在仿真軟件中模擬噴涂作業機器人實際需要移動的位置量。通過記錄程序點，找到機器人各個軸向的極限位置，從而確定機器人中點位置即為最佳安裝位置，再根據現場空間條件，確定噴涂作業機器人實際位置，這種方法可有效解決噴涂奇異點的問題。

仿真技術的應用，可使得汽車廠家在不現場停機作業的情況下，真實的模擬實際作業情況，這可有效提高工作效率，為汽車企業帶來收益。

3 污染防控技術應用分析

噴涂作業機器人取代人工進行噴涂應用越來越廣，但隨之帶來了污染問題，像軌道及開門掛鉤的污染問題。這直接導致噴涂效果不佳，車身出現顏色不均勻、甚至顆粒物等問題，嚴重影響汽車質量。因此，需有合適的防污染解決方案。

汽車內部表面的噴涂，噴涂作業機器人和開門機器人(如圖4所示)要相互合作完成，噴涂作業機器人在噴涂過程中，難免會有噴涂料滴落在開門機器人開門掛鉤上面，如果長時間不清理這一掛鉤，就會導致油漆的積累，最終導致車身顆粒等情況，影響噴涂質量。

目前來看，可從以下幾個方面解決這一問題：(1)調整噴涂作業機器人噴涂角度。噴涂作業機器人霧化器需避免垂直于開門機器人開門掛鉤，并且調整開門鉤子和汽車表面需噴涂地方疊加位置的噴涂角度，這樣噴涂料可以盡可能少的掉在鉤子上，降低清洗噴涂鉤子的頻率，提高生產效率。(2)定期檢查車身工裝夾具。車身工裝夾具在長期使用中，其夾具實際位置會發生變化，這一變化會直接影響開門鉤子位置及角度，最終導致噴涂料累積等情況，因此需要定期對工裝夾具進行位置的校準。

而在噴涂作業機器人軌道方面，由于長期的噴涂作業，大量的噴涂料會累積在噴涂軌道上，時間一長就會導致導軌滑塊運行不順暢，滑塊里的滾珠會被凝固的涂料卡死，導致噴涂作業無法順利進行下去。只能采取更換滑塊的方式，費時費力影響生產。因此，會采取措施避免這一情況的出現。

目前來看，可從以下幾個方面解決這一問題：(1)軌道保養。需要定期對軌道的導向塊、齒條、毛氈齒輪、直線導軌等零部件進行徹底清潔。當噴涂作業頻率增加時，則需要增加噴涂作業的頻率。(2)定期檢查潤滑系統是否運行順暢。導向塊、齒條、毛氈齒輪、直線導軌等零部件都需要配置有單獨的潤滑系統，相關人員要定期對潤滑油箱的液位情況進行確認，當潤滑油不夠時，要及時添加，保證整個軌道系統的充分潤滑，提高軌道的使用壽命。

4 安全技術應用分析

噴涂作業機器人的高度自動化可以帶來高效率的生產，同時不可避免對于本體安全提出了更高要求。噴涂作業機器人連續、高效、安全這三個標準是衡量機器人是否可以完全信賴的標準，而安全是保證這一切能否順利進行的前提條件。目前，常采取的噴涂作業機器人安全措施有以下幾點：

(1)人員安全保證。噴涂作業機器人是一個擁有多軸活動關節的工業機器人系統。該系統可分為工作站和工作線，不論哪一種都要求機器人工作區域是相對密閉的環境，該環境內只允許加工件和工裝存在其中。目前常采用相應的檢測裝置檢測環境的安全性，如工作人員需佩戴有門磁裝置，確保噴涂作業過程中，無人員在內部。同時配有光幕等裝置，當在機器運行過程中，有人員進入時，機器人會自動停止作業，保證人員安全。

(2)待加工件安全保證。設計人員在工件設計階段就要考慮噴涂作業機器人如何識別該工件。輸送該工件的設備要把工件相應參數發送給噴涂作業機器人，噴涂作業機器人要對工件進行特征點識別，常用的識別方法有光幕識別或者超聲波識別，識別后的特征數據與數據庫進行對比，如相符則進行噴涂，不相符要及時停止輸送工件，避免不安全情況的出現。

(3)關聯設備安全保證。與噴涂作業機器人關聯的設備有待加工件傳輸設備、消防安全設備、各種溫度傳感器設備等等。這些設備與噴涂作業機器人進行聯鎖作業，因此需保證其安全有效。可采用以下措施：待加工件傳輸設備的安全可采用與噴涂作業機器人電氣信號共用的方法，包括待加工零部件的各種參數共享等；溫度傳感器設備要與噴涂作業機器人共享報警、停止等安全信號；消防安全設備要能夠在發出報警信號后，迅速停止噴涂作業機器人作業，避免火災等情況對機器人的進一步損害。

5 防止噴涂串色應用分析

目前汽車噴涂車間多采用多種車型在一個車間噴涂的方式，這必然存在噴涂料顏色較多的問題，不可避免要存在噴涂串色，這就對噴涂機器人自動換色的能力提出了要求。如果換色系統不能很好的工作，這必然會導致涂料顏色混雜的問題，最終導致噴涂質量變差，影響汽車生產。因此，需要采取合適的方式防止這一情況的出現。噴涂機器人自動換色的基本原理可簡述為：系統中每一種油漆管路都有單獨的開關閥進行控制，當需要某一種油漆時，系統就會控制這一個開關閥打開，油漆就會通過開關閥進入到油漆填充罐中。

目前常見的導致油漆串色的原因如下：開關閥被異物卡住無法正常開關。當開關閥被異物堵塞無法正常開關時，就會有系統中的涂料進入到公共管路中，使得公共管路受到污染。常見的異物有金屬絲、金屬油漆渣等。為避免上述情況出現，可采取以下措施避免：(1)管路清洗人員負責制。清洗管路不能只有一個工人操作，要多個工人同時操作，多次清洗避免管路中存在異物，重點需要清洗過濾器；(2)在噴涂機器人的前端安裝Y型過濾器，防止管路中仍然存在金屬絲、金屬油漆渣等異物，起到雙重保護的作用。

6 結論

為提高涂裝作業機器人在汽車領域的應用效果，對其結構及功能進行了分析，重點圍繞涂裝作業機器人在汽車領域的仿真技術應用、污染防控技術應用、安全技術應用及防止噴涂串色應用這幾個關鍵技術進行了分析，并提出了相應的措施方法，使其能夠更好的服務于汽車行業，成為汽車行業發展重要的主推力量。