馮 銳，邱春雷

(1.四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646300；2.西華大學(xué)，四川 成都 610097)

0 引言

汽車涂裝作業(yè)機(jī)器人可進(jìn)行自動(dòng)噴涂油漆或其他涂料，在汽車領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。因其高度智能化和噴涂均勻的優(yōu)點(diǎn)，其在汽車領(lǐng)域占比越來(lái)越高。噴涂料多含有危害人體健康的化學(xué)成分，如苯、二甲苯等，傳統(tǒng)的汽車噴涂采取人工方式，采用這種方式對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害，涂裝作業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)有效解決了這一問(wèn)題。同時(shí)涂裝作業(yè)機(jī)器人和人工的很大區(qū)別在于可有效改善噴涂效果，同時(shí)提高工作效率。對(duì)車企來(lái)說(shuō)，這就是企業(yè)利潤(rùn)的提高，可有效控制生產(chǎn)成本。

本文將對(duì)噴涂作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行介紹，并針對(duì)涂裝作業(yè)機(jī)器人在汽車領(lǐng)域的仿真技術(shù)應(yīng)用、污染防控技術(shù)應(yīng)用、安全技術(shù)應(yīng)用及防止噴涂串色應(yīng)用這幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的措施方法，使其能夠更好的服務(wù)于汽車行業(yè)，使其成為汽車行業(yè)發(fā)展重要主推力量。

1 涂裝作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)及功能分析

噴涂作業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)控制機(jī)器人，其通過(guò)控制柜對(duì)機(jī)器人發(fā)出操作命令，通過(guò)液壓閥門實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人噴涂料開關(guān)的控制，最終實(shí)現(xiàn)汽車噴涂。噴涂作業(yè)機(jī)器人操作系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng)：機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)：包括多種控制模塊；液壓執(zhí)行系統(tǒng)等。

汽車噴涂作業(yè)機(jī)器人作為汽車領(lǐng)域的專用機(jī)器人，其具有獨(dú)特的工作特征，除了具有傳統(tǒng)機(jī)器人的功能外，其還具有以下功能：1)可編寫工藝噴涂參數(shù)功能。工藝噴涂參數(shù)包括：涂料流量、霧氣壓力及扇幅壓力等。通過(guò)控制軟件可將相應(yīng)參數(shù)輸入控制器中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量和模擬量的快速更換，實(shí)現(xiàn)有效的噴涂作業(yè)。2)防爆功能。噴涂作業(yè)機(jī)器人工作環(huán)境多為密閉環(huán)境，而且噴涂料多具有可燃性，因此使得密閉環(huán)境具有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，所以噴涂作業(yè)機(jī)器人應(yīng)具有防暴功能。3)噴槍位姿變換功能。噴涂作業(yè)機(jī)器人多采用直線形非球型中空手腕結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)噴槍位姿的快速變換，同時(shí)可避免管路發(fā)生糾纏及干涉，預(yù)防管路破裂。4)噴涂方式轉(zhuǎn)換功能。機(jī)器人手臂上可安裝各種小型模塊，實(shí)現(xiàn)噴涂方式轉(zhuǎn)換，例如在低壓噴涂系統(tǒng)引入了換色模塊、實(shí)現(xiàn)低壓和高壓噴涂轉(zhuǎn)換，這使得噴涂效率提高，避免由于噴涂設(shè)備更換引起的停工。

2 仿真技術(shù)應(yīng)用分析

噴涂作業(yè)機(jī)器人在汽車噴涂作業(yè)的大量使用，致使機(jī)器人仿真技術(shù)在該領(lǐng)域得到越來(lái)越多技術(shù)人員的關(guān)注。技術(shù)人員通過(guò)仿真軟件可以進(jìn)行噴涂作業(yè)機(jī)器人的選型并進(jìn)行項(xiàng)目模擬作業(yè)，從而評(píng)估項(xiàng)目實(shí)施的可行性。

仿真技術(shù)應(yīng)用可有效解決噴涂奇異點(diǎn)的問(wèn)題。噴涂作業(yè)機(jī)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(shí)際操作中，卻可能出現(xiàn)與法向無(wú)法垂直的工況，可直接導(dǎo)致機(jī)器人抖動(dòng)，更有可能導(dǎo)致機(jī)器人的停機(jī)，這就是常說(shuō)的噴涂奇異點(diǎn)。而離線程序不僅通過(guò)仿真軟件可傳輸給噴涂作業(yè)機(jī)器人，還能將噴涂作業(yè)機(jī)器人的內(nèi)部程序輸送給仿真軟件，從而在仿真軟件中再現(xiàn)噴涂作業(yè)機(jī)器人實(shí)際工況，基于這一功能，可解決噴涂奇異點(diǎn)的問(wèn)題。

如圖3所示U軸出現(xiàn)紅色信號(hào)，這說(shuō)明機(jī)器人已達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸極限，仿真軟件將達(dá)到極限的轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行變色處理。若要將此報(bào)警信號(hào)進(jìn)行消除，可通過(guò)改變機(jī)器人作業(yè)位置的方法。常用方法也有改變噴涂頭部結(jié)構(gòu)，但這種方法耗時(shí)費(fèi)力，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，是不常用的?？稍诜抡孳浖心M噴涂作業(yè)機(jī)器人實(shí)際需要移動(dòng)的位置量。通過(guò)記錄程序點(diǎn)，找到機(jī)器人各個(gè)軸向的極限位置，從而確定機(jī)器人中點(diǎn)位置即為最佳安裝位置，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間條件，確定噴涂作業(yè)機(jī)器人實(shí)際位置，這種方法可有效解決噴涂奇異點(diǎn)的問(wèn)題。

仿真技術(shù)的應(yīng)用，可使得汽車廠家在不現(xiàn)場(chǎng)停機(jī)作業(yè)的情況下，真實(shí)的模擬實(shí)際作業(yè)情況，這可有效提高工作效率，為汽車企業(yè)帶來(lái)收益。

3 污染防控技術(shù)應(yīng)用分析

噴涂作業(yè)機(jī)器人取代人工進(jìn)行噴涂應(yīng)用越來(lái)越廣，但隨之帶來(lái)了污染問(wèn)題，像軌道及開門掛鉤的污染問(wèn)題。這直接導(dǎo)致噴涂效果不佳，車身出現(xiàn)顏色不均勻、甚至顆粒物等問(wèn)題，嚴(yán)重影響汽車質(zhì)量。因此，需有合適的防污染解決方案。

汽車內(nèi)部表面的噴涂，噴涂作業(yè)機(jī)器人和開門機(jī)器人(如圖4所示)要相互合作完成，噴涂作業(yè)機(jī)器人在噴涂過(guò)程中，難免會(huì)有噴涂料滴落在開門機(jī)器人開門掛鉤上面，如果長(zhǎng)時(shí)間不清理這一掛鉤，就會(huì)導(dǎo)致油漆的積累，最終導(dǎo)致車身顆粒等情況，影響噴涂質(zhì)量。

目前來(lái)看，可從以下幾個(gè)方面解決這一問(wèn)題：(1)調(diào)整噴涂作業(yè)機(jī)器人噴涂角度。噴涂作業(yè)機(jī)器人霧化器需避免垂直于開門機(jī)器人開門掛鉤，并且調(diào)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(chǎn)效率。(2)定期檢查車身工裝夾具。車身工裝夾具在長(zhǎng)期使用中，其夾具實(shí)際位置會(huì)發(fā)生變化，這一變化會(huì)直接影響開門鉤子位置及角度，最終導(dǎo)致噴涂料累積等情況，因此需要定期對(duì)工裝夾具進(jìn)行位置的校準(zhǔn)。

而在噴涂作業(yè)機(jī)器人軌道方面，由于長(zhǎng)期的噴涂作業(yè)，大量的噴涂料會(huì)累積在噴涂軌道上，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)軌滑塊運(yùn)行不順暢，滑塊里的滾珠會(huì)被凝固的涂料卡死，導(dǎo)致噴涂作業(yè)無(wú)法順利進(jìn)行下去。只能采取更換滑塊的方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力影響生產(chǎn)。因此，會(huì)采取措施避免這一情況的出現(xiàn)。

目前來(lái)看，可從以下幾個(gè)方面解決這一問(wèn)題：(1)軌道保養(yǎng)。需要定期對(duì)軌道的導(dǎo)向塊、齒條、毛氈齒輪、直線導(dǎo)軌等零部件進(jìn)行徹底清潔。當(dāng)噴涂作業(yè)頻率增加時(shí)，則需要增加噴涂作業(yè)的頻率。(2)定期檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)是否運(yùn)行順暢。導(dǎo)向塊、齒條、毛氈齒輪、直線導(dǎo)軌等零部件都需要配置有單獨(dú)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，相關(guān)人員要定期對(duì)潤(rùn)滑油箱的液位情況進(jìn)行確認(rèn)，當(dāng)潤(rùn)滑油不夠時(shí)，要及時(shí)添加，保證整個(gè)軌道系統(tǒng)的充分潤(rùn)滑，提高軌道的使用壽命。

4 安全技術(shù)應(yīng)用分析

噴涂作業(yè)機(jī)器人的高度自動(dòng)化可以帶來(lái)高效率的生產(chǎn)，同時(shí)不可避免對(duì)于本體安全提出了更高要求。噴涂作業(yè)機(jī)器人連續(xù)、高效、安全這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是衡量機(jī)器人是否可以完全信賴的標(biāo)準(zhǔn)，而安全是保證這一切能否順利進(jìn)行的前提條件。目前，常采取的噴涂作業(yè)機(jī)器人安全措施有以下幾點(diǎn)：

(1)人員安全保證。噴涂作業(yè)機(jī)器人是一個(gè)擁有多軸活動(dòng)關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)可分為工作站和工作線，不論哪一種都要求機(jī)器人工作區(qū)域是相對(duì)密閉的環(huán)境，該環(huán)境內(nèi)只允許加工件和工裝存在其中。目前常采用相應(yīng)的檢測(cè)裝置檢測(cè)環(huán)境的安全性，如工作人員需佩戴有門磁裝置，確保噴涂作業(yè)過(guò)程中，無(wú)人員在內(nèi)部。同時(shí)配有光幕等裝置，當(dāng)在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，有人員進(jìn)入時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停止作業(yè)，保證人員安全。

(2)待加工件安全保證。設(shè)計(jì)人員在工件設(shè)計(jì)階段就要考慮噴涂作業(yè)機(jī)器人如何識(shí)別該工件。輸送該工件的設(shè)備要把工件相應(yīng)參數(shù)發(fā)送給噴涂作業(yè)機(jī)器人，噴涂作業(yè)機(jī)器人要對(duì)工件進(jìn)行特征點(diǎn)識(shí)別，常用的識(shí)別方法有光幕識(shí)別或者超聲波識(shí)別，識(shí)別后的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，如相符則進(jìn)行噴涂，不相符要及時(shí)停止輸送工件，避免不安全情況的出現(xiàn)。

(3)關(guān)聯(lián)設(shè)備安全保證。與噴涂作業(yè)機(jī)器人關(guān)聯(lián)的設(shè)備有待加工件傳輸設(shè)備、消防安全設(shè)備、各種溫度傳感器設(shè)備等等。這些設(shè)備與噴涂作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)鎖作業(yè)，因此需保證其安全有效?？刹捎靡韵麓胧捍庸ぜ鬏斣O(shè)備的安全可采用與噴涂作業(yè)機(jī)器人電氣信號(hào)共用的方法，包括待加工零部件的各種參數(shù)共享等；溫度傳感器設(shè)備要與噴涂作業(yè)機(jī)器人共享報(bào)警、停止等安全信號(hào)；消防安全設(shè)備要能夠在發(fā)出報(bào)警信號(hào)后，迅速停止噴涂作業(yè)機(jī)器人作業(yè)，避免火災(zāi)等情況對(duì)機(jī)器人的進(jìn)一步損害。

5 防止噴涂串色應(yīng)用分析

目前汽車噴涂車間多采用多種車型在一個(gè)車間噴涂的方式，這必然存在噴涂料顏色較多的問(wèn)題，不可避免要存在噴涂串色，這就對(duì)噴涂機(jī)器人自動(dòng)換色的能力提出了要求。如果換色系統(tǒng)不能很好的工作，這必然會(huì)導(dǎo)致涂料顏色混雜的問(wèn)題，最終導(dǎo)致噴涂質(zhì)量變差，影響汽車生產(chǎn)。因此，需要采取合適的方式防止這一情況的出現(xiàn)。噴涂機(jī)器人自動(dòng)換色的基本原理可簡(jiǎn)述為：系統(tǒng)中每一種油漆管路都有單獨(dú)的開關(guān)閥進(jìn)行控制，當(dāng)需要某一種油漆時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)控制這一個(gè)開關(guān)閥打開，油漆就會(huì)通過(guò)開關(guān)閥進(jìn)入到油漆填充罐中。

目前常見的導(dǎo)致油漆串色的原因如下：開關(guān)閥被異物卡住無(wú)法正常開關(guān)。當(dāng)開關(guān)閥被異物堵塞無(wú)法正常開關(guān)時(shí)，就會(huì)有系統(tǒng)中的涂料進(jìn)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(xiàn)，可采取以下措施避免：(1)管路清洗人員負(fù)責(zé)制。清洗管路不能只有一個(gè)工人操作，要多個(gè)工人同時(shí)操作，多次清洗避免管路中存在異物，重點(diǎn)需要清洗過(guò)濾器；(2)在噴涂機(jī)器人的前端安裝Y型過(guò)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(hù)的作用。

6 結(jié)論

為提高涂裝作業(yè)機(jī)器人在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用效果，對(duì)其結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行了分析，重點(diǎn)圍繞涂裝作業(yè)機(jī)器人在汽車領(lǐng)域的仿真技術(shù)應(yīng)用、污染防控技術(shù)應(yīng)用、安全技術(shù)應(yīng)用及防止噴涂串色應(yīng)用這幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的措施方法，使其能夠更好的服務(wù)于汽車行業(yè)，成為汽車行業(yè)發(fā)展重要的主推力量。