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針對現(xiàn)有的手工裙邊膠噴涂工位進行改造，引入自動化噴涂裝置，本文介紹了其中幾項關鍵技術，并對常見的問題進行分析解決，最終實現(xiàn)了裙邊膠的自動化噴涂。

汽車裙邊部位的作用是抗石擊、降低噪聲和防雨生銹等，所以按照工藝要求，需在汽車裙邊部位噴涂一層PVC 膠。涂膠時由于膠霧呈扇形噴出，膠霧會飛至車身上，若清除不完全，會對后續(xù)噴漆漆膜質量產(chǎn)生明顯的缺陷。

目前，國內各大汽車廠在噴涂裙邊膠時采用的工藝方案大概有三種，第一種為直接遮蔽的方案，由于此方案存在浪費大量工時、生產(chǎn)效率低及沾染類垃圾量大等問題，已經(jīng)被棄用；第二種方式是采用滑軌擋板配合的方式，此方案一定程度上提升了生產(chǎn)效率，但由于需人工推拉擋板、人工噴涂等，自動化程度較低；第三種方案是采用機器人自動噴涂的方式，此方式有著自動化程度高、噴涂質量穩(wěn)定、節(jié)拍快等優(yōu)點，目前已經(jīng)逐漸成為主流設計。

本課題來源于某汽車公司裙邊膠工位的自動化升級改造，將原有的擋板滑軌的方案改造成機器人自動噴涂方式，文中詳細介紹了改造細節(jié)、關鍵技術方案以及調試生產(chǎn)過程中常見的問題，為同行業(yè)技術人員提供參考，具有借鑒意義。

手工噴涂裝置

為了滿足多車型裙邊膠噴涂，之前采用的是一種適用于多車型裙邊膠噴涂遮蔽擋板裝置，通過該裝置可以滿足四種平臺車型以及100 多個車型裙邊膠噴涂質量要求，實現(xiàn)操作33 ～ 40 JPH 和低成本的使用要求，結構較為簡單，整體結構如圖1所示。

手工裙邊噴涂設備主要有水平擋板和垂直擋板，水平擋板可通過翻轉，從水平方向卡在車身上，實現(xiàn)遮蔽效果。噴涂時，膠槍從擋板下部噴涂。在不使用時，擋板可翻轉到垂直角度而不影響車輛正常通過。

垂直擋板是為了防止裙邊膠通過裙邊的邊沿，污染車身底部和機運滾床，從車體下部垂直升降，擋住膠霧飄向車底，垂直擋板通過電動機帶動升降，根據(jù)不同的車型，上升的高度也不同。

基于機器人的裙邊自動噴涂裝置

1. 系統(tǒng)要求

系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)全自動噴涂的要求，全系車型實現(xiàn)35 節(jié)拍的噴涂速度，工藝方面應該滿足噴涂流量3 500 ～ 4 000 mL/min、噴涂速度250 ～270 mm/s、空氣壓力及供膠壓力190 ～ 230 bar。能夠實現(xiàn)100 余種車型的車型識別、噴涂缺陷檢查等。

2. 電控系統(tǒng)設計

電控系統(tǒng)主要包括安全回路，如光柵防闖入、安全門和急?；芈返?，用于保證人員安全。擋板控制用于控制擋板升降機的起停、到位檢查以及一些故障檢查等。位置檢查主要用于檢查車體到位情況和車體經(jīng)過信號等，用于和其他機運系統(tǒng)和噴房連鎖等。指示燈與按鈕主要為方便人員操作與監(jiān)視，如手、自動模式、旁落模式、機器人繼續(xù)和取消等功能。流量及控制系統(tǒng)用于控制裙邊膠的流量、溫度和壓力等信號，并提供開關槍控制功能。

電源柜提供動力電源和控制電源等，同時實現(xiàn)了能源的計量。機器人控制部分實現(xiàn)了和機器人本體的通信與控制及信號交換等。電控部分系統(tǒng)框圖如圖2 所示。

圖2 電氣系統(tǒng)框架

3. 車型識別與檢測

由于本項目要識別的車型較多，同時在噴涂之前，需要對車體的位置進行精確確認，以便獲得較好的涂膠效果，重新對裙邊膠機器人的多車型檢測系統(tǒng)進行設計，先通過車身攜帶的條形碼識別具體車型，然后通過機器人上安裝的車體位置檢測開關來對車體位置進行精確測算，最終機器人噴涂區(qū)域檢測多種車型，保證機器人噴涂車型的準確性。

條碼識別器安裝在進入生產(chǎn)工位前的掃描工位，通過掃描槍對車身上的條碼進行讀取，并通過以太網(wǎng)傳遞至PLC 系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)通過對條形碼上的字符串進行分析，從而獲得對應的車型號。

車體位置檢測裝置如圖3 所示，包括感應開關組件和觸碰模塊，并送入到裙邊系統(tǒng)的I/O 模塊及機器人控制器模塊中。觸碰模塊與感應開關配合使用，當觸碰模塊未觸碰車身的時候，傳感器為導通狀態(tài)，當觸碰模塊觸碰到車身的時候，傳感器為不導通狀態(tài)，感應開關與機器人I/O 模塊相連，機器人I/O 模塊與機器人控制器相連，機器人控制器通過以太網(wǎng)口直接連可編程邏輯控制器。在生產(chǎn)線兩側各配置一個機器人，每個機器人有兩個觸碰開關，并配有兩個相應的感應開關組件，通過取點計算比較的方法確認準確性，取點的方式為機器人觸碰。

這種檢測方法的特點是機器人控制器中存有每個車型的設定用戶坐標系的值，可以與在線計算的用戶坐標系的值進行比較，判別車型的正確性。檢測過程包括以下步驟：

步驟一：車輛到達上一個工位，條碼識別器進行條碼識別，然后通過以太網(wǎng)傳遞給可編輯邏輯控制器進行車型解析獲取車型號信息。

步驟二：車輛到達機器人噴涂工位，可編輯邏輯控制器將車型號發(fā)送給機器人控制器，調用相應的檢測程序，通過移動機器人的末端執(zhí)行器對車體進行觸碰操作，記錄所觸碰的點，前三個確認位置信息，后兩個配合前三個確認姿態(tài)信息，從而計算得到在線定義的用戶坐標系。

步驟三：根據(jù)所發(fā)送的車型號提取示教器內保存的用戶坐標系的位姿值，將其與在線定義的用戶坐標系做比較，將六個自由度分別做減法運算，判斷3 個位置信息差值是否在[-30，30] 范圍內，并且判斷3 個姿態(tài)差值是否在[-0.4，0.4] 范圍內， 若六個自由度差值都滿足條件，則輸出開始噴涂信號，機器人開始噴涂，并且將此時計算得到的用戶坐標系添加到示教器內，與保存的用戶坐標系的位姿值做加權平均運算。

4. 膠槍總成設計

重新對膠槍總成進行設計，這是新的旋轉自清潔上擋板一體式裝置方案（圖4），通過旋轉的圓盤在車體邊移動，實現(xiàn)對膠的遮蔽，同時圓盤的旋轉是為了將噴涂在圓盤上的膠刮掉，刮板采用聚氨酯材料。噴膠槍和旋轉自清潔轉盤合裝在同一個支座上，噴涂過程中上邊緣多余飛濺膠霧被旋轉擋板擋住，同時氣動馬達帶動圓盤旋轉，膠槍總成如圖5 所示。

噴涂節(jié)拍核算

1. 噴涂動作分析及節(jié)拍

機器人的噴涂周期分為以下幾個過程：①車體進入工位；②機器人自動檢測確認車型；③擋板上升；④噴涂；⑤擋板下降；⑥機器人回原點；⑦車體離開工位。每個階段的時間分別用Ti 表示，其中i =1、2…7，則總節(jié)拍

計算公式如下：

2. 各車型節(jié)拍計算

按照上述節(jié)拍計算方法，對典型的幾種車型進行對比分析，得到各車型的節(jié)拍（表），從各車型的車型分析來看，最低節(jié)拍為35.2 JPH，噴涂時間能夠滿足設計要求。

常見的問題及解決

1. 堆膠問題及解決

堆膠缺陷如圖6、圖7 所示，造成此缺陷的原因主要有兩種：①噴涂流量過大；②膠槍的噴涂扇面與轉盤的距離過近，造成從轉盤邊沿噴射的膠過多，在車身上造成堆膠缺陷。

解決方法：對于調試過程中出現(xiàn)此問題，可以嘗試減少裙邊膠的流量測試效果。在噴涂過程中出現(xiàn)此問題，一般都屬于第二種情況，即膠槍與轉盤的噴涂角度配合問題，可能的原因是保潔過程中，膠槍被保潔人員用力拉動，膠槍偏移，或者是長時間噴涂缺少檢修，膠槍的固定螺栓松動，可以重新調整膠槍角度即可。

2. 擋板的保護

自動噴涂系統(tǒng)采用了原有的擋板升降裝置，在人工升降擋板時，可以觀察到擋板上升下降的狀態(tài)，全自動時需要對擋板的上升、下降等動作進行加強設計。擋板在上升時，感應開關損壞，會出現(xiàn)擋板一直上升，將車身頂起，出現(xiàn)車身側翻或傾斜的情況。如下端感應開關損壞，會出現(xiàn)擋板下降到位后電動機繼續(xù)運行，有可能出現(xiàn)電動機燒毀或者行走齒條斷裂等問題發(fā)生。

對各升降高度增加感應開關，設計成雙開關，提高系統(tǒng)的可靠性， 并在擋板導軌的兩端設置行程開關， 對擋板的行程實現(xiàn)連鎖斷電。不但保證了多種車型升降擋板時車體不被頂翻，同時保護了升降電動機，防止擋板走到機械限位時燒壞電動機。

3. 轉盤與車身干涉問題

為了得到較為清潔的裙邊膠邊界線，正常噴涂時，噴膠轉盤離車體的距離一般較近，大概2～ 3 cm，這就要求車身的位置較為精確，如果車體發(fā)生偏移，就會發(fā)生轉盤與車身干涉碰撞的問題，轉盤會在車身上擦出一道劃痕，傷到電泳漆，同時機器人會報警提示檢測到碰撞。

出現(xiàn)這種問題的原因應從以下幾個方向排查：①排查軌跡數(shù)據(jù)，是否和車體靠得太近，如果過近，將軌跡數(shù)據(jù)往外修正；②排查滾床到位的位置是否有變動；③排查車在換橇站是否有偏移。

總結

提高自動化水平、提升生產(chǎn)效率是汽車制造趨勢，目前，國內汽車生產(chǎn)線上有很多工位采用手工操作的方式，通過自動化的改造，實現(xiàn)機器人自動生產(chǎn)。本課題在這方面做了研究，將裙邊膠工位的手動噴涂改造成自動噴涂，并探討了過程中遇到的疑難問題，具有同行業(yè)參考價值和實際意義。

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圖文來源：AI《汽車制造業(yè)》

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2022年7月6日-9日

第十七屆上海國際汽車制造技術與裝備及材料展覽會

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