作者：Joyce Laird
随着欧洲标准进入美国市场，复杂的操作都
实现了自动化。
全球汽车市场发展至今，区域性的限制越来越小。许多国际性生产厂商都在北美建厂并带去了欧洲技术和标准，而这些对美国汽车制造商来说是陌生的。此外，还有许多其他国家的汽车制造商都把汽车销售到欧洲市场，这也要他们了解一些欧洲市场的技术和标准。其中一个应用就是车辆空腔注蜡技术。
宝马公司表面技术涂装和应用中心项目负责人Robert Nadler解释道，空腔注蜡是欧洲车辆防腐蚀标准。Robert Nadler主要负责空腔注蜡的设计工程和工具使用。
生产欧洲汽车品牌的美国制造商必须要采用欧洲的标准，但是类似通用这样的公司一直致力于拓展欧洲市场，将所谓“真正的美国车”销售到欧洲国家。
通用全球涂装和聚合物中心的材料总监James Haverland指出，防腐蚀保护在欧洲是车辆一项重要的指标，“我们在德国的欧宝公司在十年前就开始了空腔注蜡的应用。”
“汽车防腐蚀可以通过各种途径达到，”通用全球涂装和聚合物中心生产工程师Leo Leddy说。“比如可以通过贱金属、空腔注蜡、其他工艺或专门设计的方法等达到防腐蚀的目的。针对类似‘你是否需要进行空腔注蜡’这样的问题并没有固定的答案——这需要结合很多因素考虑。”
但是不管流程或材料方面有怎样的分歧，把美国产汽车销售到欧洲市场，空腔注蜡是一道必须的工序。
通用位于德国Bochum工厂采用硬工具自动化注蜡方式，用于生产欧宝Zafira。加注点达到102个。IPR Automation公司提供的这张图显示蜡在空腔内散射开。
了解空腔注蜡应用
空腔注蜡所采用的蜡主要以水或溶剂为基础。选择怎样的方式主要由制造商需求和当地环保或其他法律法规决定的。德国Pfinder KG公司是空腔注蜡涂装技术开发方面的行业领跑者。该公司汽车业务大客户经理Holger Gewand表示，Pfinder公司时刻关注着世界各地汽车行业中不断变化的各种各样的要求。
“通过这种方式，我们开发的防腐剂完全不采用溶剂，”Gewand表示。“针对传统的溶剂型空腔蜡来说，我们提供的防腐蚀溶剂是比较环保的。该产品线的最大亮点是以水为基础的空腔防腐剂，而且对传统的喷涂工艺来说是100%的固态车身材料。”
在过去的十年时间里，防腐蚀蜡都是手动注入的。操作人员用安装了特殊喷嘴的注射枪将蜡注入到车门踏脚板、车门、引擎盖、翼子板内衬以及行李箱等60到70个专门设计的孔中。操作人员需要针对不同位置的孔更换喷嘴。
“喷枪的末端执行器有多种喷嘴，”Leddy解释道。“不同的空腔需要不同的喷嘴。在手动操作中，喷枪上有一种装置可以识别出喷枪装了哪一个喷嘴。喷枪与电脑相连，可以告诉操作人员采用哪一个喷嘴，以及朝哪一个孔中注蜡。”
“手动注蜡区域的工作空间大小与空腔数量有关，”Haverland说。“必须为操作人员留有一定的工作空间。”
空腔注蜡是在车身涂装前进行的，一般都在同一个区域进行。对于像Pfinder公司100%固态材料来说，在空腔注蜡操作之后要立即使用固化炉，防止出现滴蜡现象。工作温度一般在60℃，这样可以增加蜡的粘性，使其更方便进行操作。该产品本身与溶剂型或水型蜡相比具有氧化干燥特性。但是，也有一些溶剂型或水型蜡材料不需要进行固化操作。
自动化应用
目前手动注蜡依然在应用中，但是在过去五到八年时间里，大多数欧洲汽车工厂都采用了硬自动化或机器人。一些欧洲工厂采用的固定自动化系统十分复杂。
“在空腔注蜡中有100多个加注点，硬自动化系统装有固定的喷枪，通过旋转进行工作。整个设备是比较大的，”Haverland说。“但是针对高产量单一车型生产来说成本效益非常高。”
“如果对于同时生产四到五个不同车型的高产能工厂来说，最好还是采用机器人比较合理，”Leddy表示。“这是生产灵活性和周期的问题。生产线效率需求推动了流程自动化，车型种类的多样性推动了机器人的使用。”
宝马公司采用了各种形式的注蜡方式，包括机器人。Nadler指出，宝马所有工厂一般的产量为600~1200辆/天。“宝马工厂的所有注蜡设施，无论是手动的还是自动的，都针对不同的车型运行。”
目前机器人已经渗入到各行各业，但是创新一般都是首先应用到汽车领域。在已有大量涂装机器人的情况下，再采用机器人注蜡便变得非常简单了。类似Kuka公司提供的KR200 L100就是针对汽车涂装和注蜡来说都适用的机器人。
“KR200是一款功能齐全而且灵活性很高的机器人，在本土汽车市场有广泛的应用，”Kuka公司市场总监Kevin Kozuszek说。“这款机器人可承载的有效负荷很大，而且手臂工作长度达到2800mm。”
“我们涂装和注蜡都采用了这款机器人，”Nadler表示。“只要经过简单调试就可以了。”
Fanuc Robotics公司密封流程工程经理Jeff Slagle表示，“我们的S-500和新的M-710iC/20L机器人大量应用在北美汽车厂中。在大多数情况下，注蜡用的机器人可以是一款很普通的机器人，跟车身车间和总装车间看到的并无二致。安全性较高的机器人与涂装中用的一样。”
这一组图显示了不同机器人采用的不同末端执行器工具快换方式。该方式有效简化了车辆空腔注蜡工艺。
自动化技术的最新发展
系统集成商在空腔注蜡中扮演了重要的角色。Alpha-tec公司就是这样一家公司，为全球汽车工厂提供系统集成服务，包括涂装厂。
“我们的业务就是对机器人系统进行集成，同时将所有在加工方面的最新技术整合起来，”Alpha-tec公司Heinz Handke说。“我们有我们自己的应用和集成技术，但是同时我们也从一些大的供应商那里购买机器人。”
“我们与自动化集成商建立了非常紧密的合作关系，常常共同进行产品的开发，”Slagle说。“有时他们是我们的客户，有时汽车制造商是我们的共同的最终客户，我们就会进行合作。我们还经常与汽车客户进行合作，帮助他们做一些集成工作。”
机器人制造商和集成商在建生产线时都好好地利用了最新的技术。在空腔注蜡应用中，一种新的加工方式刚刚进入市场不久。
“新的方式包含一系列喷枪头，带有一、二、四或六个喷嘴，”Handke说。“这种方式减少了所需机器人的数量并提供了一种独特的机器人注蜡设备。这为我们的客户节省了先期成本 ，而且从长期看节省了时间成本。”
位于德国和美国密歇根州的IPR Automation公司是这种方式的开发商。这家公司几年前进入该市场，当时流程灵活性开始变得越来越重要。IPR发现可以通过一种通用的注蜡工具和工具更换装置让所有的机器人的灵活性得到大大提高。通过这样一种技术，任何一个机器人经过调试后都可以拿起正确的喷嘴为任何一款车进行注蜡，可以在很短时间内进行工具的更换。
IPR公司总裁Nicky Borcea表示，机器人工具快换装置大大节省了蜡的用量（与手动喷注相比可节省高达80%）、提高了注蜡质量并缩短了生产周期。进入到车身空腔内较狭小的空间需要大约八个机器人，所需的特制喷嘴高达20多个。开发这样的一套工具需要与机器人制造商、汽车厂商、生产线集成商和原料配制商之间紧密的合作。
“一般来说，一个机器人现在可以装有一个注蜡器，在注蜡器上有三到四个不同类型的伸长杆，分别指向不同的角度，”Slagle说。“这些伸长杆角度不同因为机器人需要进入到不同的孔中；有些需要注射到侧面，有的需要注射到左面或右面。每一个伸长杆的设计可以有所不同。伸长杆的安装可以自动更换。”
机器人被设定识别空间中具体的点，从而找到不同车型上每一个孔，一般都是通过视觉系统进行引导。一旦某辆车停止的位置有所出入，安装在工作区域的摄像头（一般都是四个）探测车辆的外形特征。视觉系统重新将新的坐标参数传给机器人，然后机器人相应地调整运动路线。
“事实上你只需要三个摄像头（因为一个点的位置由三个轴点决定），但是我们采用了四个摄像头，这是因为一旦一个摄影头出现问题，剩下的三个还可以继续工作而不会耽误生产的进行，”Slagle指出。
Fanuc公司最近推出了一种机器人视觉系统称为iR Vision。该系统可以整合到机器人控制台中，这样可以节省工厂的空间从而降低安装成本。
多个空腔注蜡机器人的应用最大限度地减少了福特科隆工厂占有的空间，提高了注蜡的效率并简化了整个流程。IPR、Eisenmann和Pfinder公司建立的空腔注蜡技术中心展示机器人工作情况。
市场整合带来利润增长
当梅赛德斯-奔驰三年前在美国亚拉巴马州建设工厂生产M级轿车时，系统集成商Eisenmann采用IPR公司的工具快换装置装配了一整套机器人空腔注蜡生产线。
以这家奔驰工厂为例，IPR、Eisenmann和Pfinder公司联合建立了一家空腔注蜡技术中心，所有的汽车制造商可以前来参观整个生产线是如何工作的，机器人是怎样的设定的，喷射工具是怎样安装的等。许多大型汽车制造商捐赠了一些车辆，并采用了来自不同供应商的不同机器人。
Haverland指出欧洲消费者认为一辆车没有进行空腔注蜡就不能算是真正生产完成。“这甚至都没有任何法律规定，”他指出。
“正是因为如此，我们现在正在北美工厂里进行空腔注蜡工艺，这些工厂生产的汽车都将出售到欧洲市场，”Leddy补充说道。
第一家采用空腔注蜡的通用工厂主要将该工艺应用到销往欧洲的车辆上，但是Leddy指出，这样做还出于其他考虑，虽然目前这种考虑还有点多余，但是最终将证明是必要的。
“目前这还只是一个试探性的工作，”Leddy说。“我们想先把精力集中到一个工厂上，首先让大家弄明白是怎么一回事。而且我们还有来自德国方面的专家给我们提供帮助。”
该工厂首先将采用小规模手动注蜡方式，然后随着产量的增加再进行技术升级。产能提升到40辆/小时的时候将考虑采用机器人自动注蜡生产线。“到那时候，我们将采用IPR公司的末端执行器，”Leddy表示。
Slagle表示，这将是第一步。“通常采用空腔注蜡的是那些在欧洲和美国销售相同车型的汽车制造商，比如梅赛德斯和丰田，”他指出。“即使是拥有欧洲品牌的美国本土汽车制造商也都是选择在欧洲工厂生产。”
“大多数美国汽车制造商的空腔注蜡仅仅应用到车门内区域，采用一个长18英寸到2英尺的伸长杆，”他补充道。“这是因为水很容易流到车门上，也是为什么车门底部常常比车身其他部位更容易腐蚀的原因之一。我们在一家美国大型汽车制造商工厂的生产线上有一些机器人进行此类的注蜡操作。”