CN106042366A - 一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于高新材料制备技术领域的一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法。该方法通过上料，机械手抓取，活化，涂胶，胶接，下料的步骤。步骤中通过对操作参数及胶接间隙等的控制，使得碳纤维胶接材料满足汽车部件的性能要求。本发明实现自动化生产，可以满足碳纤维制件在汽车行业中的自动化生产需求，满足碳纤维结构件胶接时对精度的要求，同时保证了碳纤维结构件的力学性能。本发明开创了碳纤维结构件自动化胶接的先例，促进了碳纤维汽车批量化生产。
Description
技术领域
本发明属于高新材料制备技术领域，具体涉及一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法。
背景技术
碳纤维材料作为一种高新材料，因其本身优良的特性，在汽车行业获得越来越多的应用。碳纤维材料的强度是为钢的4-5倍，弹性回复为100％，通过结构设计，碳纤维材料车身可以达到甚至超过钢材料的力学性能。
随着电动汽车的大力发展，续航能力成为考量新能源汽车的一个重要指标。轻量化是提高电动汽车行程的重要手段。目前，市场上多采用较为轻质的铝合金材料来减轻车身重量，而碳纤维材料在具备良好力学性能的同时，其密度仅有1.5～2g/cm3，重量是钢材料的1/4，是铝材料的1/2。
目前，有些汽车厂商已经开始用碳纤维材料代替金属结构件，替代的范围仅限于部分装饰件和覆盖件。轻量化的发展，要求替代的部分不能仅限于装饰件，汽车结构件乃至全车身均需使用碳纤维材料。
鉴于整车身结构件的尺寸要求和复杂性，对于压机来讲，不可能实现一次成型。需将车身合理分解为多个结构件，然后进行胶接组合。目前，尚没有一种可靠的碳纤维胶接的方法，能够满足整车身结构件的力学强度和牢固性要求。
专利CN201510395118.3公开了一种汽车碳纤维部件装配结构和方式，部件与部件之间采用铆接和普通胶粘接的方式，这种方式虽然部件之间连接可靠，但是，有铆接就会留下较多的铆接凸起，影响美观，增加重量，且部件之间松动以后产生有害摩擦，损害部件，如果去掉铆接结构，则连接非常不可靠，抗拉强度低，使用寿命短。专利201510469393.5公开了一种操控台显示骨架的碳纤维复合材料结构；专利201320073525.9公开了一种汽车碳纤维横臂；上述专利都涉及胶接和铆接的组合结构，都存在上述问题，且生产速度很慢，复杂部件的生产还需要人工参与。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法。解决现有的粘接方法抗拉强度低，生产速率慢的问题。
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度50-200mm/s，活化处理宽度10-50mm；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，使用SCA双组份混胶机进行涂胶，涂胶时，混合管(静态混合器)与碳纤维制件表面角度范围为75-90°，涂胶处距离边缘5-15mm，涂胶速度45-140mm/s，涂胶量6-14ccm/s，胶条直径8-12mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在1.5-2.5mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为40-50mm，加热温度控制在80-90℃之间，加热时间150-180s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
活化时，步骤2)所述活化时，等离子喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为75-90°。
一种碳纤维制件自动化胶接生产的装置，包括混胶机1设置于操作平台2的一侧，所述操作平台2上设有上料区3和胶接区4，所述上料区3和胶接区4间设有机械手5，所述胶接区4设有红外加热器8，所述操作平台2的另一侧外设有下料平台6，所述操作平台2上还设有等离子喷射器7。
所述混胶机1，机械手5，红外加热器8和等离子喷射器7采用PLC控制。
所述上料区3位于机械手5的手臂活动范围之内。
所述混胶机1的出胶口延伸至机械手5的手臂活动范围之内。
所述等离子喷射器7的喷头延伸至机械手5的手臂活动范围之内。
所述混胶机1上配备检测装置和报警系统。
所述机械手5设置为3个，两个抓取待胶接碳纤维制件进行胶接，一个抓取胶接成品送入下料平台6。
本发明的有益效果：本发明打破传统汽车零部件结合方式在碳纤维制件上无法使用的瓶颈，且胶接强度很高，满足汽车工艺要求。本发明实现自动化生产，可以满足碳纤维制件在汽车行业中的自动化生产需求。本发明满足碳纤维结构件胶接时对精度的要求，同时保证了碳纤维结构件的力学性能。本发明也开创了碳纤维结构件自动化胶接的先例，促进了碳纤维汽车批量化生产。
附图说明
图1为本发明的胶接线布局图；
图中，1-混胶机，2-操作平台，3-上料区，4-胶接区，5-红外加热器，6-下料平台，7-等离子喷射器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
下述实施例中采用的设备如图1所示，碳纤维制件自动化胶接生产的装置，包括混胶机1设置于操作平台2的一侧，所述操作平台2上设有上料区3和胶接区4，所述上料区3和胶接区4间设有机械手5，所述胶接区4设有红外加热器8，所述操作平台2的另一侧外设有下料平台6，所述操作平台2上还设有等离子喷射器7。
所述混胶机1，机械手5，红外加热器8和等离子设备7采用PLC控制，同时配备多个精度检测装置，对胶接精度实现闭环控制，提高碳纤维制件胶接质量的可靠性，降低胶接件的报废率。
所述上料区3位于机械手5的手臂活动范围之内。所述混胶机1的出胶口延伸至机械手5的手臂活动范围之内。所述等离子喷射器7的喷头延伸至机械手5的手臂活动范围之内。所述混胶机1上配备检测装置和报警系统。
所述机械手5设置为3个，两个抓取待胶接碳纤维制件进行胶接，一个抓取胶接成品送入下料平台6。
本发明中机械手5、等离子喷射器7、混胶机1实现集成控制，正常生产情况下可在5min内完成一组胶接件，保障了全车身的生产效率。抓取、活化、涂胶、胶接、加热固化、下料等环节实现全自动化控制，符合汽车车身制造行业自动化流水线生产的需求。
实施例1
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度100mm/s，活化处理宽度30mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为80°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为80°，涂胶处距离边缘10mm，涂胶速度100mm/s，涂胶量10ccm/s，胶条直径10mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在2.0mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为45mm，加热温度控制在85℃，加热时间160s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.6MPa，7天后检测10.2MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
实施例2
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度50mm/s，活化处理宽度10mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为75°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为75°，涂胶处距离边缘5mm，涂胶速度45mm/s，涂胶量6ccm/s，胶条直径8mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在1.5mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为40mm，加热温度控制在80℃之间，加热时间150s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.65MPa，7天后检测10.3MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
实施例3
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度200mm/s，活化处理宽度50mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为90°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为90°，涂胶处距离边缘15mm，涂胶速度140mm/s，涂胶量14ccm/s，胶条直径12mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在2.5mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为50mm，加热温度控制在90℃之间，加热时间180s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.55MPa，7天后检测9.9MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
实施例4
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；清洗时，清洗的水中加入如下重量份数的组合物成分：十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠10份，芒硝10份，结缕草提取物10份，萄糖酸5份；所加入的组合物成份总量占水重量的0.1％。所述结缕草提取物采用如下方法制备：将结缕草晒干，磨成粉末，加5-8倍重量份数的70％乙醇水溶液回流提取3次，合并滤液，蒸干制成。
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度100mm/s，活化处理宽度30mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为80°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为80°，涂胶处距离边缘10mm，涂胶速度100mm/s，涂胶量10ccm/s，胶条直径10mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在2.0mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为45mm，加热温度控制在85℃，加热时间160s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.8MPa，7天后检测12.2MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
实施例5
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；清洗时，清洗的水中加入如下重量份数的组合物成分：十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠10份，芒硝10份，稻搓菜提取物10份，萄糖酸5份；所加入的组合物成份总量占水重量的0.1％。所述稻搓菜提取物采用如下方法制备：将稻搓菜晒干，磨成粉末，加5-8倍重量份数的70％乙醇水溶液回流提取3次，合并滤液，蒸干制成。
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度100mm/s，活化处理宽度30mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为80°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为80°，涂胶处距离边缘10mm，涂胶速度100mm/s，涂胶量10ccm/s，胶条直径10mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在2.0mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为45mm，加热温度控制在85℃，加热时间160s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.8MPa，7天后检测11.9MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
对比例1
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度50mm/s，活化处理宽度10mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为70°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为70°，涂胶处距离边缘5mm，涂胶速度45mm/s，涂胶量6ccm/s，胶条直径8mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在1.5mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为40mm，加热温度控制在80℃之间，加热时间150s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.4MPa，7天后检测7.9MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
对比例2
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度200mm/s，活化处理宽度50mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为90°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为90°，涂胶处距离边缘15mm，涂胶速度140mm/s，涂胶量14ccm/s，胶条直径12mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在3.0mm，位置精度0.22mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为50mm，加热温度控制在90℃之间，加热时间180s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.4MPa，7天后检测8.1.2MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
对比例3
一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用旋喷式等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度200mm/s，活化处理宽度50mm；活化时，等离子喷射器的喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为90°；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，所用胶为陶氏2850双组份结构胶。涂胶时，使用SCA双组份混胶机进行涂胶。涂胶时，混合管(静态混合器)采用混胶机涂胶，混胶机的混合管与碳纤维制件表面角度范围为90°，涂胶处距离边缘15mm，涂胶速度140mm/s，涂胶量14ccm/s，胶条直径12mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在1.4mm，位置精度0.22mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为50mm，加热温度控制在90℃之间，加热时间180s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
本实施例制备的碳纤维胶接件，抗拉强度为1小时后检测0.3MPa，7天后检测7.2MPa。通过万能试验机做拉伸试验，检测碳纤维胶接件拉伸强度。
Claims (9)
1.一种碳纤维制件自动化胶接生产的方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
1)上料：碳纤维制件经过水洗、干燥以后，由运料小车将待粘接碳纤维制件运送至胶接线上料口；
2)活化：机械手抓取碳纤维制件分别对要涂胶区域进行活化处理，活化时，采用等离子喷射器，喷头垂直待处理区域工作，通过控制单元开启、关闭等离子喷射器，活化处理速度50-200mm/s，活化处理宽度10-50mm；
3)涂胶：活化后对碳纤维制件待胶接区域进行涂胶，使用SCA双组份混胶机进行涂胶，涂胶时，混合管与碳纤维制件表面角度范围为75-90°，涂胶处距离边缘5-15mm，涂胶速度45-140mm/s，涂胶量6-14ccm/s，胶条直径8-12mm；
4)胶接：采用机械手将待胶接的碳纤维制件对接到位，碳纤维制件之间的间隙控制在1.5-2.5mm，位置精度≤0.2mm，碳纤维制件对接到位后，通过红外加热设备对胶接区域实施非接触式加热，加热设备与碳纤维制件距离为40-50mm，加热温度控制在80-90℃之间，加热时间150-180s，加热时碳纤维制件表面温度偏差控制在±5℃范围内；
5)胶接完毕后，由机械手将碳纤维胶接件取走，打码机打码，入库。
2.根据权利要求1所述碳纤维制件自动化胶接生产的方法，其特征在于，活化时，步骤2)所述活化时，等离子喷嘴与碳纤维制件表面角度范围为75-90°。
3.一种碳纤维制件自动化胶接生产的装置，其特征在于，包括混胶机(1)设置于操作平台(2)的一侧，所述操作平台(2)上设有上料区(3)和胶接区(4)，所述上料区(3)和胶接区(4)间设有机械手(5)，所述胶接区(4)设有红外加热器(8)，所述操作平台(2)的另一侧外设有下料平台(6)，所述操作平台(2)上还设有等离子喷射器(7)。
4.根据权利要求3所述的碳纤维制件自动化胶接生产的装置，其特征在于，所述混胶机(1)，机械手(5)，红外加热器(8)和等离子喷射器(7)采用PLC控制。
5.根据权利要求3所述的碳纤维制件自动化胶接生产的装置，其特征在于，所述上料区(3)位于机械手(5)的手臂活动范围之内。
6.根据权利要求3所述的碳纤维制件自动化胶接生产的装置，其特征在于，所述混胶机(1)的出胶口延伸至机械手(5)的手臂活动范围之内。
7.根据权利要求3所述的碳纤维制件自动化胶接生产的装置，其特征在于，所述等离子喷射器(7)的喷嘴延伸至机械手(5)的手臂活动范围之内。
8.根据权利要求3所述的碳纤维制件自动化胶接生产的装置，其特征在于，所述混胶机(1)上配备检测装置和报警系统。
9.根据权利要求3所述的碳纤维制件自动化胶接生产的装置，其特征在于，所述机械手(5)设置为3个，两个抓取待胶接碳纤维制件进行胶接，一个抓取胶接成品送入下料平台(6)。
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| CN106622870A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-10 | 大连扬天科技有限公司 | 六轴机器人涂胶系统及工艺方法 |
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2016
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