摘 要：介紹了機(jī)器人自動(dòng)涂膠在國內(nèi)汽車燈具行業(yè)的成功應(yīng)用；包括涂膠工作站系統(tǒng)組成、關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法；并對應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；輸膠設(shè)備；交叉往復(fù)移動(dòng)式工作臺。

0 概況

北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所（以下簡稱自動(dòng)化所）與天津市某汽車燈廠（以下簡稱用戶）簽訂合作協(xié)議，承擔(dān)了“（兩個(gè)）車燈機(jī)器人自動(dòng)涂膠工作站工程” 的研制任務(wù)。該項(xiàng)目在自動(dòng)化所科研人員與用戶技術(shù)人員的努力工作和通力協(xié)作下，取得了圓滿成功；它的成功應(yīng)用是我國汽車燈具工業(yè)實(shí)現(xiàn)向規(guī)?；?、自動(dòng)化、高效化發(fā)展的良好開端，在國內(nèi)汽車燈具行業(yè)產(chǎn)生了巨大反響。

本項(xiàng)目采用ABB 公司IRB1400 型6 自由度交流伺服機(jī)器人和美國Graco 公司BRLLDOG25 ：1輸膠設(shè)備系統(tǒng)，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成，組成完整的自動(dòng)涂膠工作站。工作站主要由以下主要設(shè)備組成：

（1） 自動(dòng)涂膠機(jī)器人；

（2） 輸膠設(shè)備系統(tǒng)及自動(dòng)擠膠槍；

（3） 交叉往復(fù)移動(dòng)式工作臺；

（4） 系統(tǒng)總控臺；

（5） 工裝夾具。

1 車燈涂膠（生產(chǎn)）能力要求

根據(jù)用戶要求，這兩個(gè)工作站要完成： 夏利轎車前照燈、兩廂尾燈的涂膠節(jié)拍為14s/ 只； 夏利位置燈的涂膠節(jié)拍為5s/ 只； 大發(fā)前照燈的涂膠節(jié)拍為10s/ 只。

2 自動(dòng)涂膠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求

根據(jù)用戶要求，這兩個(gè)工作站必須在滿足生產(chǎn)節(jié)拍的情況下，達(dá)到以下涂膠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

（1） 在涂膠過程中不允許有任何膠料飛濺到車燈膠槽以外；

（2） 膠形均勻一致，搭接合理美觀；

（3） 燈具裝配后不能有任何溢膠現(xiàn)象；

（4） 車燈裝配后氣密試驗(yàn)合格。

3 涂膠工作站系統(tǒng)說明

3.1 工作方式

車燈自動(dòng)涂膠機(jī)器人和操作人員分別在往復(fù)式工作臺兩端（見圖1 ），一端為人工上下料工位，位于安全工作區(qū)，另一端為機(jī)器人自動(dòng)涂膠工位，工件到位后位于機(jī)器人工作范圍內(nèi)。操作人員在上下料工位將待涂膠工件裝入工裝后踩動(dòng)腳踏開關(guān)，工作臺將工件由上下料工位傳送至自動(dòng)涂膠工位，工件到達(dá)自動(dòng)涂膠工位后，給機(jī)器人一個(gè)啟動(dòng)信號，機(jī)器人便開始做涂膠工作，涂膠完成后機(jī)器人給工作臺一個(gè)回程信號，已涂膠工件被傳送至上下料工位，此時(shí)操作人員將已涂工件卸下，重復(fù)以上工作。

3.2 自動(dòng)涂膠機(jī)器人工作站

ABB 公司IR1400 型6 自由度交流伺服機(jī)器人是一種關(guān)節(jié)式的編程示教型通用機(jī)器人。它具備與外圍設(shè)備進(jìn)行通訊的功能。具有高的加速性能、精確的軌跡跟蹤和快速的轉(zhuǎn)角特性，持重5kg。這種機(jī)器人的所有特性及工作參數(shù)都符合車燈自動(dòng)涂膠作業(yè)要求。

3.3 往復(fù)移動(dòng)式工作臺

往復(fù)移動(dòng)式工作臺的往復(fù)運(yùn)動(dòng)由雙作用往復(fù)移動(dòng)式無桿氣缸來實(shí)現(xiàn)。工裝夾具安裝在無桿氣缸的運(yùn)動(dòng)塊上，從而驅(qū)動(dòng)工件在機(jī)器人涂膠工位與人工上下料工位之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工作臺具有工件到位檢測信號并具備與機(jī)器人和總控臺之間的通訊功能，工作臺行程為800mm，最大驅(qū)動(dòng)力為50kgf。

3.4 輸膠設(shè)備（見圖2 原理圖）系統(tǒng)

Graco 公司BOLLDOG25 ：1 輸膠設(shè)備系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對RTV 系列硅膠的壓力輸送。壓盤與膠桶內(nèi)壁嚴(yán)格密封，壓入后將多余空氣從壓盤上一導(dǎo)氣管排出，桶內(nèi)形成負(fù)壓。在泵、壓盤、升降氣缸向下的作用力及系統(tǒng)其他附件重力作用下，輸膠泵以壓縮空氣為動(dòng)力，泵空氣馬達(dá)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)柱塞泵將桶內(nèi)硅膠吸進(jìn)并以一定壓力通過膠管輸送給自動(dòng)膠槍。機(jī)器人控制系統(tǒng)向電磁閥發(fā)送電信號，在壓縮空氣作用下自動(dòng)擠膠槍處于打開狀態(tài)，此時(shí)膠槍可以正常工作。

由于壓盤完全蓋住桶蓋，因而保證桶里膠料與空氣完全隔絕，在長時(shí)間停產(chǎn)情況下，硅膠也不會(huì)發(fā)生固化現(xiàn)象。（R T V 硅膠在與空氣中水份發(fā)生反應(yīng)后便會(huì)固 化）。以下輸膠設(shè)備有關(guān)參數(shù)：

（1） 泵壓力比 25∶1

（2） 泵最大流量13.3L/min

（3） 泵最大壓縮空氣消耗量2.9m³/min（在7kg/cm² 時(shí)）

（4） 泵最大工作壓力7kg/cm²

（5） 泵最大輸膠壓力169kg/cm²

（6） 自動(dòng)擠膠槍最大耐壓210kg/cm²

（7） 自動(dòng)擠膠槍流量2.1L/min（25 萬厘泊膠,100 kg/cm²）

3.5 總控臺

總控臺是協(xié)調(diào)機(jī)器人、工作臺及人工操作必備的通訊樞紐裝備，具備以下功能：

（1） 工件號選擇；

（2） 手動(dòng)控制工作臺往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或人工調(diào)試功能）；

（3） 急停；

（4） 工作臺人工及自動(dòng)切換。

總控臺位于操作人員上下料工位，便于操作工選擇工件號及緊急情況下的急停。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到的問題和處理措施

4.1 往復(fù)移動(dòng)式工作臺驅(qū)動(dòng)裝置

往復(fù)移動(dòng)式工作臺驅(qū)動(dòng)裝置采用無桿氣缸驅(qū)動(dòng)。由于進(jìn)口無桿氣缸成功地解決了滑道和密封的可靠性問題，而且無桿氣缸比有桿氣缸可以縮短長度尺寸，使工作臺結(jié)構(gòu)更加緊湊。

4.2 機(jī)器人與工作臺整體底座

經(jīng)過分析我們設(shè)計(jì)了使機(jī)器人和工作臺處于剛性連接的整體底座，它具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1） 在整體底座和工作臺及機(jī)器人之間固定銷聯(lián)接，使機(jī)器人與工作臺的相對位置始終保持不變，即使維護(hù)工作臺或機(jī)器人時(shí)將其從整體底座上拆卸，再次安裝時(shí)也能保證它們之間的相對位置不會(huì)發(fā)生改變。

（2） 采用整體底座可以避免因地面施工質(zhì)量問題而影響機(jī)器人和工作臺的安裝位置與設(shè)計(jì)位置偏差。

（3） 采用整體底座便于用戶調(diào)整生產(chǎn)或地面改造時(shí)對工作站實(shí)施搬遷。

4.3 夾具的互換性

用戶要求每個(gè)工作站必須滿足5 種汽車燈具的自動(dòng)涂膠，因而必須考慮工裝夾具在工作臺上的互換性問題。

為了保證夾具互換性或同一套夾具拆卸后再次安裝后不致有位置偏移，在設(shè)計(jì)工作臺夾具固定臺面時(shí)我們采用了在其相鄰兩側(cè)安裝固定擋塊的措施，這樣每次安裝夾具時(shí)只要安裝者將夾具用力靠緊這兩個(gè)固定擋塊，然后再擰緊夾具固定螺釘，便 可以保證夾具的互換性要求。

4.4 斷電保護(hù)措施

工作站中除了機(jī)器人是電力驅(qū)動(dòng)以外，輸膠系統(tǒng)和工作臺均采用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，這樣就帶來一個(gè)問題，如果發(fā)生意外原因突然斷電，機(jī)器人將會(huì)帶著擠膠槍停留當(dāng)前位置，此時(shí)自動(dòng)擠膠槍處于燈具膠槽中，如果無桿氣缸氣源未斷，工作臺將會(huì)迅 速回程到初始位置，這樣必然造成槍嘴折壞及設(shè)備損壞。采用三位電磁閥也不能解決問題，因?yàn)檫@樣不能保證開機(jī)時(shí)工裝夾具處于人工上料位置。鑒于以上問題我們設(shè)計(jì)氣源系統(tǒng)時(shí)在工作臺總氣源上增加了直通開關(guān)電磁閥，如果系統(tǒng)突然斷電后，直通開關(guān)電磁閥迅速斷開氣源使工作臺處于當(dāng)時(shí)的工作位置，達(dá)到了對系統(tǒng)的斷電保護(hù)作用。

5 現(xiàn)場調(diào)試中遇到的問題及處理措施

5.1 膠形不穩(wěn)定

對于膠形不穩(wěn)定問題，我們進(jìn)行了深入分析。在排除了工裝、工作臺因素影響后，我們將重點(diǎn)放在對整體底座的剛度分析上，經(jīng)過試驗(yàn)，我們確認(rèn)了這一推斷，并將整個(gè)底座與地面固定牢靠，從而解決了機(jī)器人在個(gè)別涂膠位置上的抖動(dòng)問題， 解決了膠形不穩(wěn)問題。

5.2 拉絲問題

由于車燈膠槽深度都在5mm 以上，因而要在自動(dòng)膠槍上安裝專門的槍嘴，這樣又帶來了新的問題，當(dāng)擠膠槍關(guān)閉后會(huì)有輕微的膠槍拉絲現(xiàn)象，這種情況雖然不可避免，但是為了保證不使膠絲涂在燈具膠槽外部從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，我們特意在示教編程時(shí)讓膠槍關(guān)閉以后繼續(xù)沿著涂膠軌跡多走一段距離，解決了因拉絲現(xiàn)象而影響產(chǎn)品質(zhì)量問題。

5.3 自動(dòng)擠膠槍給電后出膠滯后

由于自動(dòng)擠膠槍是采用氣動(dòng)控制開關(guān)的，因而當(dāng)膠槍電磁閥打開后只有膠槍氣缸內(nèi)氣壓高于3.1kg/cm² 時(shí)膠槍才能打開,這樣便帶來出膠滯后問題，出膠滯后必然嚴(yán)重影響涂膠質(zhì)量。

我們將膠槍電磁閥安裝在離膠槍最近的地方，這樣便使出膠滯后時(shí)間大大減小。

5.4 自動(dòng)擠膠槍槍嘴段硅膠固化

由于硅膠遇到空氣后會(huì)在8 小時(shí)以后固化結(jié)塊，會(huì)導(dǎo)致隔日后再生產(chǎn)時(shí)膠槍無法工作。我們利用機(jī)油密封膠槍嘴的端部。具體措施如下：

（1） 在工作臺機(jī)器人一側(cè)安裝一機(jī)油油杯。

（2） 將總控臺上工件選擇號0號工作號作為機(jī)器人停止工作進(jìn)入油杯的程序設(shè)置。

（3） 示教編程0號程序。

（4） 下班前，工人將工件號撥至0號，則機(jī)器人自動(dòng)將擠膠槍嘴浸入機(jī)油杯中。

（5） 次日上班前操作者將工件號撥至生產(chǎn)所需工件號任何一個(gè)時(shí),擠膠槍就會(huì)自動(dòng)從油杯中出來，操作者簡單用棉布擦拭掉槍嘴上的機(jī)油即可。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

車燈機(jī)器人自動(dòng)涂膠工作站的應(yīng)用成功，給用戶帶來的經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的。

首先，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。以前人工生產(chǎn)效率是1.2min/ 件，采用自動(dòng)涂膠工作站以后，生產(chǎn)效率提高到14s/ 件；

其次，產(chǎn)品質(zhì)量得到了大幅度的提高，由人工生產(chǎn)的產(chǎn)品合格率不足60%,提高到現(xiàn)在的99% 以上，同時(shí)節(jié)省了因人工生產(chǎn)的不合格產(chǎn)品的返修費(fèi)用；

另外，自動(dòng)涂膠比人工作業(yè)要節(jié)省用膠達(dá)20%以上，若按年需硅膠3000加侖計(jì)算，每加侖膠的費(fèi)用是700 元人民幣，這樣一年光硅膠一項(xiàng)就為用戶節(jié)約資金達(dá)42 萬元。