涂装生产线上的机器人

dqv1 · 发表于 2008-12-24 14:36:44

与传统的机械喷涂相比，采用机器人喷涂有2个突出的优点：可以减少大约30%～40%的喷枪数量；提高了喷涂的速度。为了适应高速喷涂，在内表面喷涂和第2层金属漆喷涂时都要采用高速旋转喷枪。
多年以来，汽车车体连续喷涂主要由机械喷涂和手工喷涂2部分组成，机械喷涂完成车体外表面的喷涂工作，内表面如车门闭合处的喷涂则由手工喷涂完成。如果对车体进行3层喷涂时，底漆和金属漆分别在不同的喷涂室进行喷涂，每个车体通常需设置多达30个雾化喷枪喷涂外表面，同时还要设置15个手工喷枪进行手工喷涂。在手工喷涂和第2层金属漆的喷涂过程中，油漆是由空气雾化器雾化的，相比在外表面喷涂时的静电雾化过程，空气雾化器对油漆的雾化效率较低。
采用机器人喷涂
为了追求喷涂过程更大的灵活性和更高的效率，从20世纪90年代起汽车工业开始引入机器人来代替喷涂机械，同时开始使用机器人进行内表面的自动喷涂。
现代汽车工业的迅速发展带来汽车型号的迅速变化和车体设计的不断调整，只有采用机器人才能适应这种频繁变化的生产要求。机器人的作用是控制喷枪，使之在喷涂过程中与喷涂表面保持正确的角度和恒定的距离（一般为200mm）。为了实现这一任务，工程师采用专门的软件对喷涂对象的三维模型进行处理，确定喷枪的移动路径和相应的喷涂参数。然后将这些数据传输给机器人控制器，在整个喷涂过程中控制机器人的动作。一般来说，只有在比较复杂的和要求非常精确的喷涂过程才需要这样的处理。

与传统的机械喷涂相比，采用机器人喷涂有2个突出的优点：可以减少大约30%～40%的喷枪数量；提高了喷枪运动的速度。为了适应高速喷涂，在内表面喷涂和第2层金属漆喷涂时都要采用高速旋转喷枪。
在环保意识日益增强的今天，人们称环保效果好的涂装厂为“绿色工厂”，技术陈旧的涂装厂为“褐色工厂”。无论是新建绿色工厂还是改造褐色工厂，建立机器人全自动喷涂生产线都是十分必要的。在新建工厂时，合理使用资金是最重要的原则，因此降低喷涂生产线的投入是非常关键的一个环节。而对于那些需要改造的工厂来说，如何将机器人合理引入到现有的涂装生产线，以及由此而产生的费用则是关键性的问题。
EcoRP涂装机器人
德国杜尔集团公司（简称“杜尔公司”）是专门设计和生产汽车涂装生产线的国际公司。自1997年起，开始生产专门用于涂装生产的机器人。目前，已经有超过3 000台杜尔公司生产的涂装机器人在全世界工作。2005年，杜尔公司发布了新一代EcoRP涂装机器人系列的第一个产品，它是喷涂厂替代原有的外表面喷涂机械的最好的选择。
2007年，杜尔公司在每两年一届的“Open House”展览会上又推出了一批EcoRP涂装机器人的新产品。
其中的喷涂机器人用于外表面和内表面的喷涂，操作机器人则用于在喷涂过程中打开车门、抬起引擎盖和后备箱盖。这些机器人都安装在喷涂室墙壁的轨道上，可以根据工作的需要调整位置。这些机器人相互配合工作，能够对车体和其他零件进行各种喷涂工作，如图1所示。
新一代涂装机器人的设计贯彻了模块化结构的原则，机器人可以配备不同的连接装置，这样既能够以固定方式工作也可以安装在轨道上工作。轨道可以固定在喷涂室侧壁上，也可以固定在靠近天花板的位置。如果把喷涂机器人的雾化喷枪改成操作夹具，就成为操作开门的机器人了，因为2种机器人的驱动系统是一样的。
机器人工作臂的运动方式可以选择装配成两轴或三轴的。双轴的机器人配合高速旋转的喷枪，以旋转对称的运动方式工作，这样能减少一个驱动轴，减轻重量、简化设计。
机器人的喷涂工作主要有2种模式：一种是动/静模式，在这种模式下，喷涂物先被传送到喷涂室中，在喷涂过程中保持静止（见图2）。另外一种是流动模式，在这种模式下，喷涂物匀速通过喷涂室（见图3）。在动/静模式时机器人可以移动，在流动模式时机器人是固定不动的。

图2

图3

在外表面喷涂过程中，机器人安置在可升降的轨道上，能够自由接近喷涂体的表面，因此可以缩小操作空间，降低运营费用。在旧工厂的改造中，如果以这种方式用机器人取代旧机械，就可以保持原有的喷涂室不变。这样既能降低改造成本，又能缩短工期。在内表面喷涂室中，不同机器人的轨道可以上下平行安装。用于打开引擎盖和后备箱盖的操作机器人安置在较高的轨道上，这样就能“跨越”安置在下方轨道上的喷涂机器人而工作（见图4）。这种方案可以使喷涂室缩短1～2m，既能减少建设投资，又能降低运营成本。

图4

机器人的电源、控制器和安全系统都安装在喷涂室外的控制箱内。由于控制箱也采用模块化的设计，因此能很方便地针对客户实际的涂装流程进行优化的配置。在杜尔公司生产的先进的涂装系统中，采用了多运动柔性控制技术，将机器人的控制和喷涂流程的控制集成在一起进行处理，不需要再设置喷涂流程的控制了。