机器人在焊装生产线的应用探索

朱昌兵钱光辉 AI《汽车制造业》 2022-02-21

机器人生产是一种先进的生产理念，以其时效优势及成本优势，极大地增强了企业的竞争力。本文以汽车制造工厂的焊装车间为例，重点阐述了实现机器人自动化生产的主要做法，希望能给同行在该方面的应用提供些帮助。

机器人最适合用于多品种高质量生产，目前已广泛应用在汽车制造业的冲压、焊装、涂装、总装及发动机制造中，尤其在车身焊接生产中得到了非常广泛的应用。运用焊装机器人，不仅可以提高生产效率，而且在很大程度上提高了焊接件的外观和内在质量，并保证了质量的稳定性，降低劳动强度并改善了劳动环境。

焊装线机器人的工作原理及分类

1. 工作原理

简单说，焊装机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。从控制的角度看，机器人可以通过示教再现、可编程控制、遥控以及自主控制四种方式达到这一目标。其中，示教再现方式是焊装常用的主要方式。示教再现方式通过“示教盒”或人“手把手”两种方式教机械手臂如何动作，控制器将示教过程记录下来，然后机器人就按照记忆周而复始地重复动作，如焊接和涂胶机器人。

2. 焊装机器人的分类

主要分类有：焊接机器人、涂胶机器人、装载机器人、打号机器人、清扫机器人和滚轮包边机器人。

3. 焊装生产线中机器人的分布

汽车焊装机器人的主要生产任务是完成零部件的装载、焊接、涂胶、搬运、下料、激光打号、车身清扫及滚边等。对于轿车及 SUV 的生产线来说，机器人主要分布在车身的地板总成线、左右侧围总成线、CRP 前围上横梁总成线、顶盖总成线、门盖总成线、车身装配线和车身调整线。

焊装线机器人选型

根据焊装生产线的需求和工作内容，首先要对机器人的型号进行合理的选择。以我公司焊装线一工厂为例，该工厂是按照年产 15 万台、 32UPH 运营纲领设计的，厂房面积 20 727m2，双班人员总数为 170 人，机器人总数为 179 台，焊接自动化率 100%，部品装载自动化率 11.8%. 该焊装线上可以同时生产 4 个车型（目前有 QM、 NP 这 2 个车型）的车身。焊接机器人占机器人总数的 60%，配合伺服焊枪使用，全部选择焊接精度要求高、动作灵活、编程方便的 BX200LB 的7轴机器人，其中MAIN BUCK工位受空间限制，选择小型焊接机器人 ZB150SC，CO2 焊接工位也选择小型机器人 RA020NA，装载机器人根据上件要求分为行走 + 搬运和固定式搬运。根据装载零部件的质量进行选择，目前正常装载工位选择 HX165，地板总成工位采用型号为 BX300LB、质量级为 300 kg 的重型机器人。涂胶 + 涂胶影像检测的机器人，选择的型号为 RS080NB，其特点是轨迹精度高，速度快，PLC 接口方便与涂胶设备及影像系统集成。修正线的清扫机器人选用工作范围大，工作轨迹灵活，运行速度快的 HX165 型号机器人。激光打号工位选用机器人型号为 BT200LB，方便与激光放大器及控制系统集成，要求能适应恶劣的工作环境。门盖线的滚边机器人针对包边质量及精度要求，选择运行轨迹精准、执行力度大的机器人，型号为 BX200LB。

机器人在焊装车间的应用方式

按照焊接机器人系统在汽车焊接夹具布局的不同特点及外围设施的不同配置，我工厂焊接机器人系统可分为以下几种形式。

1．滑轨 + 焊接机器人系统

如图 1 所示，两套夹具固定在滑动小车上，由磁电驱动使装有工件的两个夹具台车轮进入机器人焊接区 3 处焊接，操作人员在 1 处上料，2 处机械手下料，两个工作站交叉进行，使机器人焊接时间与工件上、下料时间同步。这种方式可以节约操作时间。双夹具滑轨形式的焊接机器人系统利用滑轨的持续性为焊接机器人送料，可靠性较高。

图 1 滑轨＋焊接机器人系统

2. 打胶装置 + 搬运机器人系统

该结构形式简单，打胶装置胶枪位置固定不变，通过搬运机器人的抓件以及旋转部品位置，来实现打胶装置对部品的打胶（图 2）。机器人打胶、搬运为一体，系统故障率低，因而机器人的利用效率高，所以在新的生产线上利用比较广泛。主要用于顶盖及侧围总成线的打胶工作，节拍高，能准确无误地完成涂胶工作及影像跟踪检查和故障诊断。

图 2 打胶装置 + 搬运机器人系统

3. 组装夹具 + 搬运机器人 + 焊接机器人系统

对于焊装线来讲，最关键的工序就是车身主合成夹具，它是每一种车型的核心，其功能是要将不同车型车身的地板总成、左右侧围总成和 CRP 总成在同一个合成工位完成拼焊（图 3）。所以，为了在同一个主合成工位实现多品种车型的生产，DYK3 工厂焊装线采取的方案是将主合成夹具的左右侧围夹具设计在 2 个可旋转多面体的不同面上，由伺服电动机驱动实现往复回转，同时采用 2 台机器人实现左右侧围总成从空中自行小车运送线到回转夹具的转载。地板总成夹具设计在可循环移动的台车上。CRP 总成夹具设计在可循环移送的空中自行小车的吊具上。这几组夹具通过 PLC 程序控制后实现车身的准确定位合成。再由 12 台机器人共同完成该合成工位的焊接操作。因为一个四面回转体上有 4 个面，可以设置 4 种不同车型的合成夹具，所以能实现至少 4 种车型的共线生产。

图 3 组装夹具 + 搬运机器人结构

4. 搬运机器人 + 固定焊机系统

此类组成方式是由搬运机器人与固定焊装机器人组合而成的，类似于搬运机器人 + 涂胶装置。它们之间的配合所体现的主要优点是能适应各种位置的焊接，最大限度地提高了机器人的利用率，主要应用于 MOV´G LINE、SIDE LINE。

5. 包边压力机 + 搬运机器人系统

该形式在 MOV´G LINE 生产线运用较广泛。在实际使用中，减少了搬入、搬出装置，全部利用机械手抓取，通过轨道机械手移动，实现了在不同压力机之间的工作，提高了生产效率的同时，也提高了机械手的利用率和安全性。

6. 机器人滚边系统

门盖线大量运用机器人进行包边工作实现自动化。本文就以汽车的车门生产过程来说明机器人的运用：车门内板的焊接采用电阻焊机器人；由涂胶机器人完成内板涂布膨胀胶、外板涂布结构胶和包边胶。传统方式的内、外板合成包边是包边模在包边油压机里完成的，而 DYK3 工厂焊装线是选择目前国内外最先进的机器人滚边系统来完成的，包边后再由弧焊机器人来完成门框与内外板的铜焊，最后是抓取件机器人取件放入自动化工位器具，并通过空中的 EMS 自行小车运送至车门装配线。

7. 搬运小车 + 搬运机器人系统

该系统由搬运机器人与平台上部的搬运小车组成，便于实施多种车型的搬运。尤其针对生产车型不同的情况，可以共线生产，以提高机器人的利用率。因为此系统是线别间的部品移送，在生产 UPH 提高的情况下该系统对平台上方空间资源占用大。目前我公司二工厂大部分搬运设备都采用此方式（图 4）。

图 4 搬运小车 + 搬运机器人系统

8. 搬运 + 焊接机器人系统该系统

搬运夹具与焊钳为一体，同一个机械手既可以实施焊接，也可以对部品进行搬运移送。提高了机器人的利用率。目前一、二工厂局部位置使用此类型的机械手，解决了部品的装配，也完成了焊接，提高了自动化率。

9. 机器人焊接自动线

机器人焊接自动线是汽车制造焊接的主要发展方向。该形式由多台机器人焊接系统和往复运输机组成。

综上所述，多台机器人、多种工作方式的机器人之间配合完成一个产品的焊接加工。由于每道所焊的焊点数较平均，所以对整个生产线机械手可充分利用，解决了由于人为原因造成的焊接不良问题的发生。

结语

目前我公司共有三个工厂，机器人总量达到近 1 000 台。如此之多的机器人能合理地分配到生产线，充分发挥其性能，适应多车种共线生产，主要是因为我公司在生产线设计开发初期做了大量的工作，包括虚拟调试、在线仿真等，使得机器人在生产调试阶段到量产阶段能实现快速的对应。对于目前生产线更新换代快、新车型投入周期短、UPH 速度快、车身精度要求高以及厂房面积限制等众多因素的影响，以后工业机器人必然是汽车制造行业的自动化、智能化的首选。

内容来源：AI《汽车制造业》

责任编辑：龚淑娟

审　　核：李峥

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