摘 要：介紹了機器人自動涂膠在國內汽車燈具行業的成功應用；包括涂膠工作站系統組成、關鍵技術及實現方法；并對應用前景和經濟效益進行了論述。

關鍵詞：機器人；輸膠設備；交叉往復移動式工作臺。

0 概況

北京機械工業自動化研究所（以下簡稱自動化所）與天津市某汽車燈廠（以下簡稱用戶）簽訂合作協議，承擔了“（兩個）車燈機器人自動涂膠工作站工程” 的研制任務。該項目在自動化所科研人員與用戶技術人員的努力工作和通力協作下，取得了圓滿成功；它的成功應用是我國汽車燈具工業實現向規模化、自動化、高效化發展的良好開端，在國內汽車燈具行業產生了巨大反響。

本項目采用ABB 公司IRB1400 型6 自由度交流伺服機器人和美國Graco 公司BRLLDOG25 ：1輸膠設備系統，進行總體設計和系統集成，組成完整的自動涂膠工作站。工作站主要由以下主要設備組成：

（1） 自動涂膠機器人；

（2） 輸膠設備系統及自動擠膠槍；

（3） 交叉往復移動式工作臺；

（4） 系統總控臺；

（5） 工裝夾具。

1 車燈涂膠（生產）能力要求

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

2 自動涂膠質量標準要求

根據用戶要求，這兩個工作站必須在滿足生產節拍的情況下，達到以下涂膠質量標準：

（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象；

（4） 車燈裝配后氣密試驗合格。

3 涂膠工作站系統說明

3.1 工作方式

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

3.2 自動涂膠機器人工作站

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

3.3 往復移動式工作臺

往復移動式工作臺的往復運動由雙作用往復移動式無桿氣缸來實現。工裝夾具安裝在無桿氣缸的運動塊上，從而驅動工件在機器人涂膠工位與人工上下料工位之間往復運動。工作臺具有工件到位檢測信號并具備與機器人和總控臺之間的通訊功能，工作臺行程為800mm，最大驅動力為50kgf。

3.4 輸膠設備（見圖2 原理圖）系統

Graco 公司BOLLDOG25 ：1 輸膠設備系統可以實現對RTV 系列硅膠的壓力輸送。壓盤與膠桶內壁嚴格密封，壓入后將多余空氣從壓盤上一導氣管排出，桶內形成負壓。在泵、壓盤、升降氣缸向下的作用力及系統其他附件重力作用下，輸膠泵以壓縮空氣為動力，泵空氣馬達上下往復運動帶動柱塞泵將桶內硅膠吸進并以一定壓力通過膠管輸送給自動膠槍。機器人控制系統向電磁閥發送電信號，在壓縮空氣作用下自動擠膠槍處于打開狀態，此時膠槍可以正常工作。

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，在長時間停產情況下，硅膠也不會發生固化現象。（R T V 硅膠在與空氣中水份發生反應后便會固 化）。以下輸膠設備有關參數：

（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）

（4） 泵最大工作壓力7kg/cm²

（5） 泵最大輸膠壓力169kg/cm²

（6） 自動擠膠槍最大耐壓210kg/cm²

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

3.5 總控臺

總控臺是協調機器人、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） 手動控制工作臺往復運動（或人工調試功能）；

（3） 急停；

（4） 工作臺人工及自動切換。

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 系統設計中遇到的問題和處理措施

4.1 往復移動式工作臺驅動裝置

往復移動式工作臺驅動裝置采用無桿氣缸驅動。由于進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，使工作臺結構更加緊湊。

4.2 機器人與工作臺整體底座

經過分析我們設計了使機器人和工作臺處于剛性連接的整體底座，它具有以下優點。

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

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

（3） 采用整體底座便于用戶調整生產或地面改造時對工作站實施搬遷。

4.3 夾具的互換性

用戶要求每個工作站必須滿足5 種汽車燈具的自動涂膠，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，在設計工作臺夾具固定臺面時我們采用了在其相鄰兩側安裝固定擋塊的措施，這樣每次安裝夾具時只要安裝者將夾具用力靠緊這兩個固定擋塊，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 斷電保護措施

工作站中除了機器人是電力驅動以外，輸膠系統和工作臺均采用壓縮空氣驅動，這樣就帶來一個問題，如果發生意外原因突然斷電，機器人將會帶著擠膠槍停留當前位置，此時自動擠膠槍處于燈具膠槽中，如果無桿氣缸氣源未斷，工作臺將會迅 速回程到初始位置，這樣必然造成槍嘴折壞及設備損壞。采用三位電磁閥也不能解決問題，因為這樣不能保證開機時工裝夾具處于人工上料位置。鑒于以上問題我們設計氣源系統時在工作臺總氣源上增加了直通開關電磁閥，如果系統突然斷電后，直通開關電磁閥迅速斷開氣源使工作臺處于當時的工作位置，達到了對系統的斷電保護作用。

5 現場調試中遇到的問題及處理措施

5.1 膠形不穩定

對于膠形不穩定問題，我們進行了深入分析。在排除了工裝、工作臺因素影響后，我們將重點放在對整體底座的剛度分析上，經過試驗，我們確認了這一推斷，并將整個底座與地面固定牢靠，從而解決了機器人在個別涂膠位置上的抖動問題， 解決了膠形不穩問題。

5.2 拉絲問題

由于車燈膠槽深度都在5mm 以上，因而要在自動膠槍上安裝專門的槍嘴，這樣又帶來了新的問題，當擠膠槍關閉后會有輕微的膠槍拉絲現象，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品質量，我們特意在示教編程時讓膠槍關閉以后繼續沿著涂膠軌跡多走一段距離，解決了因拉絲現象而影響產品質量問題。

5.3 自動擠膠槍給電后出膠滯后

由于自動擠膠槍是采用氣動控制開關的，因而當膠槍電磁閥打開后只有膠槍氣缸內氣壓高于3.1kg/cm² 時膠槍才能打開,這樣便帶來出膠滯后問題，出膠滯后必然嚴重影響涂膠質量。

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間大大減小。

5.4 自動擠膠槍槍嘴段硅膠固化

由于硅膠遇到空氣后會在8 小時以后固化結塊，會導致隔日后再生產時膠槍無法工作。我們利用機油密封膠槍嘴的端部。具體措施如下：

（1） 在工作臺機器人一側安裝一機油油杯。

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

（3） 示教編程0號程序。

（4） 下班前，工人將工件號撥至0號，則機器人自動將擠膠槍嘴浸入機油杯中。

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

6 經濟效益分析

車燈機器人自動涂膠工作站的應用成功，給用戶帶來的經濟效益是非常明顯的。

首先，大大提高了勞動生產率。以前人工生產效率是1.2min/ 件，采用自動涂膠工作站以后，生產效率提高到14s/ 件；

其次，產品質量得到了大幅度的提高，由人工生產的產品合格率不足60%,提高到現在的99% 以上，同時節省了因人工生產的不合格產品的返修費用；

另外，自動涂膠比人工作業要節省用膠達20%以上，若按年需硅膠3000加侖計算，每加侖膠的費用是700 元人民幣，這樣一年光硅膠一項就為用戶節約資金達42 萬元。