工业绘画的艺术与机器人

有些人可能会被它们优雅、精致的动作所诱惑。但不要被愚弄。工业油漆机器人是无情的完美主义者，如果你愿意，也可以说是控制狂，他们注定要超越其他机器人。

这些工业机器生产出几乎完美无瑕的漆面，具有超人的一致性和吞吐量。就像绝地武士一样，他们大幅削减运营成本和材料浪费。他们无畏地面对有害的挥发性有机化合物、可燃油漆烟雾和其他环境敌人。机器人绘画既是一门艺术，也是一门科学。

该公司北美销售经理查德•亨利表示:“这不再仅仅是数量的问题史陶比尔公司在南卡罗来纳的邓肯“还有质量和一致性方面的问题。你可能有一个低产量，高价格的部分。在化妆品上，这个成分必须是完美的。你根本无法通过手动操作获得重复性的性能。”

机器人喷漆只留给财力雄厚的大型原始设备制造商的日子已经一去不复返了。像所有的机器人技术一样，油漆机器人在汽车和运输行业的顶级供应商基础上变得更加可行。他们也在较小的，一般工业应用在那里，学徒们准备探索早期采用者经过验证的方法。

“与汽车行业中手动涂料应用相比，自动化的优点已经非常令人难以置疑，”销售与工程 - 汽车/一般行业主任Ed Minch说，川崎机器人(美国)有限公司在Wixom,密歇根州。“购买的理由会随着经济、汽油价格和消费者信心的变化而变化……眼下每个人都在呼吁扩大产能。”

他说，这种心态正开始渗透到其他行业。“油漆是一个非常复杂的过程。这是危险的工作;这是艰苦的工作。教一个人如何给机器人编程比教他们如何画画要容易得多。”

“趋势技术总是朝着减少浪费、能源消耗、循环时间、足迹和资本设备的方向发展，”Minch说。“机器人需要更轻，不那么突出性和更高效，具有更大的可达性，同时加工更精细和复杂的零件。流线型机器人和应用器的设计以及在更小的空间做更多的工作的能力变得非常重要。所有这些都能使流程更清洁、质量更高，且手工操作最少。”

顶级涂料线
总部位于密歇根州沃伦市，分析全球公司。及其附属公司是汽车、商用卡车和家用电器行业涂漆和镀铬塑料部件的一级供应商。在全球范围内，SRG全球拥有超过50个喷漆机器人。该公司在田纳西州纽伯恩(Newbern)的三个制造工厂拥有大批量的机器人喷漆生产线;摩尔黑德,获得者来到卡罗莱纳州肯塔基州;Boleslawiec,波兰。

位于田纳西州纽伯恩的SRG Global公司油漆区经理Aaron Watters说:“我们专门为汽车外部部件喷漆:车身侧面的线脚、格栅、灯边框、车窗周围，以及任何涂过漆并附着在车身上的部件。”

SRG全球的油漆生产线使用基座安装，六轴连接机器人用于底漆，底漆和清漆应用。要喷涂的部件被安装在固定装置或油漆架上，这些装置或油漆架不断地通过传送带上的机器人。在盖子下面是发那科油漆机器人。

沃特斯说:“我们在莫尔黑德和纽伯恩工厂使用的机器人与他们在汽车厂给车身喷漆所用的机器人相同。”这些机器人集成了一个传送带跟踪系统，可以随时跟踪零件的位置。部件总是以最大的体积通过系统移动。

机器人位于传送带的两侧。沃特斯说，这有助于涂料的利用。“实际上，喷过的喷漆会落在喷漆固定装置的反面，所以这样可以最大限度地覆盖油漆。”

SRG Global在其他三个生产工厂也有机器人喷漆系统，这些工厂使用更小的基座式机器人和更小的喷漆亭进行二次涂装。

广泛的调色板
随着面向汽车原始设备制造商的供应商链不断萎缩，供应商在适应更多汽车品牌和车型方面面临着越来越大的压力。此外，更短的运行和快速转换已经成为常态，而不是例外。

2001年从老企鹅普特南书分销中心转变，SRG全球433,000平方英尺的纽伯恩工厂被认为是塑料成型和绘画的最新技术。Tier 1供应商的绘画机器人集成商解释说明。

“This plant in Newbern is probably one of the nicest paint shops in the U.S. The main difference is that these guys knew when they built the plant that they wanted to handle various product lines,” says Michael McLaughlin, President of Generic Systems Inc. in Sylvania, Ohio. “The implication is that you’re going to run a lot of part styles, but you’re also going to run a lot of colors.”

通常，一个油漆机器人可能会操作一个标准的16种颜色的换色器，”麦克劳克林解释说。“这在汽车行业很常见;他们生产16种颜色的车身。但是对供应商来说，如果他们涂更多的颜色，他们可以得到更多的工作。这家工厂能够生产超过300种生产颜色。”

麦克劳克林表示，SRG Global的底色机器人的所有生产线都是可小猪的。清管系统使用一种叫做“清管”的子弹形状的泡沫装置，在刷完颜色后，用压缩空气和少量溶剂将油漆喷射到油漆系统中，将油漆挤出线外。这将最大限度地减少变色时间和油漆/溶剂的浪费。

麦克劳克林说:“这些人可以做任何工作，因为他们有无限的调色板。”“我不得不佩服他们。他们那样做是有远见的。”

积分器面临的挑战是创建一个跟踪所有颜色的系统。通用系统公司专门从事涂料和流体输送系统的控制系统设计和集成。

McLaughlin说:“我们为SRG Global创建了一个系统，有一个三位数的工号和系统颜色，可以在整个工厂进行跟踪和使用。“制模人员使用该系统的工作编号来确定将什么模具放入机器中。然后，当混合室中的绘画人员看到屏幕上的系统颜色时，他们就知道该加载什么颜色和何时加载。从模具区到喷漆间都是完全集成的。”

液流控制
SRG全球的大部分喷漆机器人都有闭环喷漆过程控制。沃特斯表示，为机器人配备这种级别的控制支持是很重要的。他指出，这消除了胶卷不足或过厚的问题，并减少了浪费。

流体流动控制是通过两种不同的方法实现的。闭环是基于软件的，使用齿轮流量计监测流量。容积式使用机械齿轮泵来控制流量。

川崎的Minch是自动化喷漆车间流程方面公认的权威，他说，这种控制水平是汽车整车厂的标准。“你对过程的控制越严格，你就会越精确。质量越高，成本越低，这就是我们使用闭环或正排量流量控制的原因。无论涂料的化学性质发生什么变化，我们都希望确保涂料从涂抹器中流出的量是一致的。”

他解释了粘性所起的作用。“粘度会受到温度的影响(粘度与温度成反比)，也会受到剪切的影响(因为它总是在管道中循环)，还会受到溶剂添加量的影响，以保持油漆在指定的喷雾粘度。”闭环使您能够改变油漆调节器上的空气压力，以增加或减少流量。与积极的位移，我们使用齿轮泵，和一个特定的数量的CCs(立方厘米)从应用器为齿轮的每一转。齿轮泵或闭环流量是我们准确分配材料的主要方式。”

镂空手腕
喷漆机器人的另一个标准特征是中空的手腕设计。SRG全球公司的大容量喷漆生产线上的所有机器人都是中空的，三卷手腕配备静电喷漆枪和/或扶轮气泡，通常被称为钟涂器。

空心手腕允许软管和电缆被安置在机器人手臂的腔内。该功能增加了机器人对工件的接触和访问，最大限度地减少连接和电缆的磨损，并降低污染风险。

这个视频川崎机器人展示了空心的、三卷手腕的机器人正在工作，它们正在给摩托车的塑料罩子涂底漆、底漆和清漆。这些灵活的画家表演时丝毫不担心腕管综合症。

StäubliTX250是一个6轴涂料机器人，带有空心手腕，可以与喷枪集成。“在肘部，我们可以用电磁阀以及输入/输出来管理枪支控制，”亨利说。“现在你没有任何电缆在机器人外面翻开，抓住或破坏。机器人具有特定的途径，涵盖了我们看到绘画的大多数应用。“

亨利指出，范围和灵活性是油漆机器人的关键考虑因素。机器人必须能够跨越一个相对较大的部分来喷漆，然后将自己塞进一个较小的区域，以避免与其他操作的干扰。为了达到这个目的，TX250可以倒置并安装在天花板上。

机器人表面还涂有一层光滑的环氧树脂涂层，可以抵抗喷漆过程中使用的化学物质。他补充道:“你可以，但你不必遮住我们的手臂。”

的川崎KJ314喷漆机器人也有一个空心手腕和一个轻量级的铸铝结构，以获得更大的灵活性。Minch说:“我们将工艺设备集成到机器人手臂中，这样就不会有一个单独的通道来放置比例传感器或电磁阀。”“我们把它们直接放进机器人的防爆腔里。”

“这让他们非常接近应用点。所以我们在机器人手臂上也有一个伺服驱动器你可以用它来控制齿轮泵的正向位移，这直接来自机器人控制器本身和它自己的运动组。这最终提供了一个非常干净的工艺解决方案。”

手臂举过头顶
KJ314是一个七轴基座机器人，Minch说这很不寻常，这意味着它有两条腰。“机器人可以安装在头顶上，因为它有两条腰，它可以在水平和垂直两个方向旋转，实际上可以用一个机器人向下为整个塑料部件(比如汽车保险杠)喷漆。”

明奇说，现在有一种趋势，就是安装在高空的机器人。“我们花了一段时间才让客户相信，在头顶安装机器人是个好主意。但他们很快就发现，如果机器人安装得很高，整个机器人本身就会保持非常干净，而过量的喷雾会进入光栅。因此，保持设备的高度，远离实际的工艺区域，这已经成为一种趋势，它可以持续更长时间。”

Overhead-mounted机器人和高密度布局还可以大大减少喷漆间的宽度和长度，节省宝贵的地板空间。另一个好处是能耗更低。

让它更轻，更快，更紧凑。让它更干净，更流畅。喷漆机器人制造商面临同样的挑战。正因如此，许多机器人原始设备制造商都会承认什么是真的微分过程就是积分。

“推动这个项目的是过程，”明奇说。涂装与工艺设备的整合、用户界面与工艺控制的结合、预期ROI的实现以及售后支持更有可能影响客户是否认为购买是成功的。这是一个整体。”

让它具有用户友好性
SRG Global的整个过程是成功的。它是一个完全集成的系统，通过用户友好的图形界面、复杂的过程跟踪系统、内存备份和远程访问将生产的所有不同阶段联系在一起。

沃特斯说:“机器人集成商最重要的功能之一是软件集成，使机器人和操作员之间的交互具有用户友好的体验。”“当你在处理制造业时，当你需要在技术和地面员工之间建立桥梁，以便能够相互合作时，这一点非常重要。集成器还添加了许多控制选项，我们通常称之为poka-yokes(防误功能)。”

其中的一个防错通用系统为SRG Global安装的流程是一个用户友好的集成图形界面。麦克劳克林说，当该系统首次安装时，供应商拥有如此复杂的技术水平是不寻常的。

“无论是混合室、模具还是检测站，所有东西都用图形表现出来。所有这些不同的操作都是集成的。它是可配置的(用于模具工艺的树脂、催化剂、系统颜色、清漆)，而且易于使用。”

瓦特说，创建新程序仍然需要高度的技能。SRG Global有涂料工艺工程师谁进行编程。通用的集成软件负责日常运营。

“我们的油漆技术人员实际上可以通过看屏幕来检查所有的工艺参数，”沃特斯说。他们可以验证从枪中流出的油漆量是否正确，进入隔间的部件是否正确，机器人是否在运行正确的程序。所以它非常用户友好。”

可追溯性
Watters说:“对于将所有这些工艺参数与跟踪系统集成在一起，积分器也非常重要。“我们有跟踪系统，可以在数据库中记录我们所有的变量。所以说，如果一个零件两年之后从客户那里回来，我们可以在零件上贴上特殊标签进行追溯。我们可以追踪到一个日期，进入数据库，追踪我们在那些日子里使用的所有工艺参数。”

他说，机器人集成商还提供了存储所有数据的外部存储库。“这非常重要，尤其是对我们这样的供应商来说，因为我们为客户提供数百种不同的颜色和不同的部件风格。”

他补充称:“我们为客户提供最高质量的产品，并降低了得到劣质零部件的风险，因为我们将所有这些配套产品与机器人集成在一起。”“我们让机器人在他们的过程中变得聪明。他们跟踪自己做了什么，然后我们记录下他们做了什么，这样我们就能当场判断出他们什么时候表现不佳。”

飞机、火车和……
除了汽车的顶级应用，机器人喷漆也正在进入各个行业。从自行车和家具，到炊具和医疗设备，从最小的到最大的应用，油漆机器人正在留下他们的印记。

亨利说Stäubli的油漆和涂料应用范围很广。机器人被用于给自行车框架、木制家具和消费电子产品喷漆。他们在锅和平底锅上涂不粘涂层，甚至在浴室水槽上喷涂搪瓷。

“喷漆机器人提供了灵活性，”Henry说，“因为机器人可以相对快速和低成本地调整零件的可变性和体积变化。你可以很容易地教会或重新编程机器人去做新的任务。”

他描述了另一个机器人在医疗行业的应用，硅涂层被应用到注射器的活塞上，以减少摩擦和磨损。“你真的不能用手工应用程序做到这一点。硅是透明的，所以肉眼几乎看不见。机器人会保持非常一致的模式，然后用视觉系统来检查整个过程的质量。”

在更大的范围内，商业喷气客机展开翅膀，拥抱机器人绘画。希望提高质量和降低成本的原始设备制造商正在使用机器人来粉刷整个机翼组件。

回到陆地上，新干线高速铁路利用机器人在“子弹头”列车的车身上以闪电般的速度涂漆。这些轨道开拓者遇到恶劣的环境，因为他们纵横交错的日本320公里/小时(200英里/小时)。

画在线外
随着技术继续推进和所有权成本退出，预计机器人绘画和涂层将出现在无数产业的场景上。也许从涂料摊位出来，进入新的前沿，我们无法想象（思想添加剂制造）。

无论他们的温柔的迷雾带走它们，油漆机器人都不会放弃他们的追求，以实现完美的完成。