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汽车车身自动喷涂解决方案 |
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作者：北京机械工业自动化研究所 赵宏剑 |
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软仿形自动喷涂是随着汽车工业的发展而出现的高新技术设备。它是根据汽车，特别是轿车大批量生产的特点，把工业机器人技术、硬仿形自动喷涂机技术综合、简化而成的新型自动涂装设备。随着竞争的日益激烈，汽车市场逐渐步入微利时代，低成本、高品质成为各大汽车厂追求的目标，软仿形自动喷涂机就是适应这一中国国情的理想的车身喷涂工艺解决方案。
按照涂装设备种类划分，目前国内常见的汽车车身自动喷涂解决方案可分为喷涂机器人和软仿形自动喷涂机两大类。
仿形喷涂机应用现场实景
喷涂机器人方案由于其具有适应能力强、柔性好、控制灵活等优点已经成为国内外大型汽车车身涂装生产线上的首选设备，但其高昂的设备投资和庞大的使用成本却让许多汽车厂家望而却步。对于一些中小规模的汽车涂装线而言，软仿形自动喷涂机不失为一个经济适用的解决方案。
软仿形自动喷涂是随着汽车工业的发展而出现的高新技术设备。它是根据汽车，特别是轿车大批量生产的特点，把工业机器人技术、硬仿形自动喷涂机技术综合、简化而成的新型自动涂装设备。相对于喷涂机器人方案，软仿形自动喷涂机具有如下优点：
□ 投资成本低；
□ 喷漆室内占用空间小；
□ 室内通风量低，节约生产成本；
□ 示教方式简便、直观，调试周期短；
□ 由于机械主体通过密封带与喷漆室隔离，日常维护的工作量小。
但是长期以来，国内市场上的汽车车身仿形自动涂装设备都是被几家国际知名厂商垄断的。在北京机械工业自动化研究所机器人中心专家们多年的潜心研究下，于1999年成功研制出国产的第一套具有自主知识产权和多项专利技术的汽车车身软仿形自动喷涂系统，填补了我国汽车涂装领域的一项空白。该系统已在南京春兰汽车有限公司卡车涂装线上投入使用。北京机械工业自动化研究所的科研小组随后又于2004年在原有技术基础上开发出了新一代适应轿车涂装工艺要求的软仿形自动喷涂系统。下面就以某轿车厂的应用为例，介绍一下这套国产的车身喷涂软仿形自动喷涂机解决方案。
1、技术分析
通常的轿车中涂线喷涂系统广泛采用高压静电旋杯进行喷涂，面漆线喷涂系统则采用高压静电旋杯＋往复式喷枪＋高压静电旋杯的方式进行喷涂。使用往复式空气喷枪的目的是为了使金属漆的颗粒产生无序排列，以形成不同的光学效果。目前，最新的发展趋势是应用改进了结构的旋杯代替喷枪，以达到相似的喷涂效果，并可大大提高油漆的利用率。最后一道高压静电旋杯用于喷涂罩光清漆，以提升车身色彩的丰满度。
2、生产基本需求
□ 生产纲领：50000辆/年，设备年时基数3820h，双班工作制；
□ 生产链速：中涂线1.74m/min，面漆线1.86m/min；
□ 输送方式：地面反向积放链；
□ 设计通过最大外形尺寸：4500mm×1750mm×1350mm；
3、中涂线和面漆线工艺布置
□ 中涂线：准备室（安装车型与颜色输入装置）→手工喷涂区→自动喷涂杯站→手工喷涂区；
□ 面漆线：准备室（安装车型与颜色输入装置）→手工喷涂区→自动喷涂杯站→自动喷涂枪站→手工喷涂区→自动喷涂杯站→手工喷涂区。
4、轿车车身中涂、面漆喷涂系统构成
自动喷涂机分别应用在中涂线和面漆线，其系统构成如表1所示。
5、喷涂工作站构成
四杯站构成如表2所示，六枪站构成如表3所示。
每套伺服仿形喷涂系统配置一套伺服仿形顶喷机。顶喷机上配置1只静电旋杯（杯站）或1组空气喷枪（枪站），用于完成车身的水平面和前、后围的自动喷涂作业。5个自由度分别为垂直运动、旋转运动、喷枪往复运动、跟踪运动和旋杯间距调整运动（杯站）。
每套伺服仿形喷涂系统配置一对伺服仿形侧喷机，对称地分置于输送线两侧。在每个侧喷机上配置1只静电旋杯（杯站）或1组空气喷枪（枪站），用于完成车身侧面的喷涂作业。3个自由度分别为腕部摆动、腕部前后伸缩运动和垂直升降运动。
在连续的生产线上，顶、侧喷机通过多轴的协调运动使喷具的位姿总能随着车身表面的变化而变化，保持最佳的喷涂姿态，进而保证喷涂质量。
6、车身自动识别系统
通过一组非接触式光电开关采集被喷涂车型的特征点，并把测得的信号传送到车身自动识别控制单元，通过PLC进行信号分析、判断。
7、输送线跟踪装置
实时检测输送链的运行速度，系统对当前链速进行分析、判断。当链速的变化超出系统允许范围时，喷涂机停止运行并触发报警，大大提高了系统的安全性。
8、工作区安全检测装置
在工作区的入口和出口分别安置有两组光电检测装置，实时监控工作区入口和出口的状况。在设备工作时，当检测到有人员误入喷涂工作区时，自动喷涂机停止工作并发出警报，以确保人员及设备的安全。
面漆线自动喷涂系统平面布置图
9、喷具及控制单元
□ 四杯站配置4套日本Ransburg公司的MMB-11型静电旋杯，在顶喷机上配置2套旋杯，在2个侧喷机上各配置1套旋杯；
□ 六枪站在顶、侧喷机分别配置2把Devilbiss自动空气喷枪；
□ 每只旋杯或每组喷枪配有独立的控制箱，对每只旋杯和喷枪的各个气路、漆路进行控制；
□ 在每个工作站还配有一套喷具总控制系统，通过触摸屏对工作站内各个旋杯、喷枪的技术参数进行设定，并对运行状况进行监控；
□ 每只旋杯配置1台FGP式伺服驱动齿轮泵；
□ MMB-11型静电旋杯采用内置式高压发生器，最大90kV；
□ 最大转速为80000r/min（空载)；
□ 光纤转速检测；
□ 换色模块采用CCV油漆换色阀组，具有适应范围广、油漆利用率高、防自污染性好和清洗换色快等优点。
10、工作站控制系统
中涂线自动喷涂系统平面布置图
□ 整个系统分为两级控制，即一台上位机和两台下位机，两台下位机分别控制顶喷机和两台侧喷机；
□ 顶、侧喷涂机采用独立的控制单元，结构清晰、控制灵活；
□ 下位机控制系统采用西门子S7-300系列PLC控制，上位机采用工控机控制；
□ 上位机与下位机通讯采用西门子Profibus总线通信；
□ 编程、监控和常用操作主要集中在上位机完成，人机界面采用工业组态软件设计，使得应用过程更加人性化；
□ 新车型作业程序的编写借助一个图形界面完成，待操作员把各个运动段的数据填入表格，后台程序会自动生成一个新的作业程序，过程简单、直观，大大提高了工作效率。
结语
由我国自主研发的该软仿形自动喷涂系统方案具有技术成熟、投资较小、操作简便、使用维护成本低等优点，在国内中、小型卡车、轿车生产线上得到了广泛的推广应用。由此可见，在今后较长的一段时间内，该软仿形自动喷涂机方案在汽车车身涂装方面还会有更加广阔的应用空间。(end)
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(10/1/2005) |
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