汽車涂裝中機(jī)器人噴涂操作存在的漆膜缺陷及對(duì)策研究

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摘要：為了提高汽車涂裝工藝水平，本文從漆膜缺陷角度出發(fā)，對(duì)機(jī)器人噴涂工藝作業(yè)期間存在的問題進(jìn)行挖掘。按照噴涂主要操作參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合噴涂操作實(shí)際情況，給出一些缺陷應(yīng)對(duì)策略，主要包括漆膜流掛處理對(duì)策、橘皮處理對(duì)策、噴涂顏色不均勻處理對(duì)策。為了提高策略可行性，本文對(duì)缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，按照一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出解決對(duì)策。

Abstract： In order to improve the level of automobile coating process， this paper excavates the problems existing during robot spraying process from the perspective of paint film defects. According to the standards of main operating parameters of spraying and combined with the actual situation of spraying operation， some defect countermeasures are given， mainly including paint film sagging treatment countermeasures， orange peel treatment countermeasures and spraying color non-uniformity treatment countermeasures. In order to improve the feasibility of the strategy， this paper analyzes the causes of defects， and puts forward countermeasures according to the one-to-one correspondence.

關(guān)鍵詞：機(jī)器人噴涂;汽車涂裝;漆膜缺陷

Key words： robot spraying;automobile coating;paint film defect

中圖分類號(hào)：TQ639? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0195-02

0? 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了汽車制造業(yè)的發(fā)展，越來越多汽車制造企業(yè)選擇機(jī)器人噴涂作業(yè)模式，以此提高生產(chǎn)效率[1]。涂裝線柔性化生產(chǎn)的提出，打破了傳統(tǒng)作業(yè)模式，對(duì)機(jī)器人作業(yè)靈活性成為了優(yōu)化重點(diǎn)內(nèi)容。為了優(yōu)化機(jī)器人噴涂操作方法，目前大部分研究學(xué)者對(duì)操作中存在的問題進(jìn)行分析，并提出了一些優(yōu)化建議[2]。由于這些研究存在片面性，對(duì)于噴涂問題總結(jié)不夠全面，不利于優(yōu)化工作的開展[3]。本文嘗試從多個(gè)方面總結(jié)噴涂中漆膜問題，根據(jù)機(jī)器人噴涂作業(yè)原理，提出一些優(yōu)化對(duì)策。

1? 汽車涂裝中機(jī)器人噴涂主要操作參數(shù)

1.1 機(jī)器人噴涂

噴涂機(jī)器人是一種支持自動(dòng)噴涂的機(jī)械裝置，該裝置根據(jù)下達(dá)的操控命令開始噴涂，作業(yè)效率較高，運(yùn)動(dòng)空間較大，支持復(fù)雜噴涂軌跡運(yùn)動(dòng)[4]。如圖1所示為機(jī)器人噴涂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

一般情況下，機(jī)器人的腕部具備2～3個(gè)自由度，能夠根據(jù)操控需求，沿著各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置作業(yè)原理：采用液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂，按照作業(yè)命令，分別對(duì)各個(gè)部位采取噴涂處理[5]。目前，機(jī)器人噴涂作業(yè)在汽車涂裝中應(yīng)用較多。由于汽車涂裝對(duì)機(jī)器人的操控技術(shù)水平要求較高，當(dāng)前的技術(shù)水平存在一定提升空間。因此，需要根據(jù)噴涂中的主要作業(yè)參數(shù)，深入探究噴涂中的問題，提出一些優(yōu)化策略。

1.2 汽車涂裝中機(jī)器人噴涂主要參數(shù)

1.2.1 噴涂流量與TCP速率

噴涂流量指的是定單位時(shí)間，內(nèi)量泵向各個(gè)旋杯輸送的涂料量，根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)需求，隨時(shí)調(diào)整該作業(yè)參數(shù)[6]。漆膜厚度與噴涂量的大小密切相關(guān)，當(dāng)噴涂量較大時(shí)，膜厚度就會(huì)隨之增加，反之，漆膜變薄。一般情況下，按照如表1所示的噴涂量，采取不同噴涂工藝完成汽車噴涂作業(yè)。

關(guān)于噴涂TCP速率參數(shù)的控制，即對(duì)噴涂工具的移動(dòng)速率采取一定控制措施。由于膜厚與速率成反比關(guān)系，所以可以根據(jù)膜厚需求，調(diào)整裝置噴涂作業(yè)移動(dòng)速率。一般情況下，控制移動(dòng)速率在900mm/s以下。

1.2.2 旋杯轉(zhuǎn)速

涂料霧化效果在很大程度上取決于旋杯轉(zhuǎn)速的控制，一般情況下，針對(duì)不同的涂料，采取不同的轉(zhuǎn)速控制[7]。其中，水性金屬作業(yè)期間，旋杯轉(zhuǎn)速作業(yè)范圍30～40kr/min，如果換做雙組分涂料，作業(yè)范圍40～45kr/min。

1.2.3 靜電高壓

靜電高壓噴涂是借助電極上的空氣粒子，在兩個(gè)極板之間形成靜電場(chǎng)，按照粒子移動(dòng)原理產(chǎn)生電場(chǎng)力，作用在涂料粒子上，使其得以吸附在車身表面，完成噴涂。一般情況下，噴涂水性涂料期間，以60～70kV電壓作為作業(yè)電壓控制范圍，如果噴涂的涂料屬于油性，則縮小噴涂電壓范圍，控制在65～70kV范圍之內(nèi)。

1.2.4 成型空氣

成型空氣噴福隨著壓力的增加而減小，當(dāng)流量相同時(shí)，漆膜的重疊率容易受空氣壓力變化的影響，所以操作中需要嚴(yán)格控制壓力大小。一般情況下，設(shè)定噴涂作業(yè)成型空氣壓力范圍30～40dbar。

2? 機(jī)器人噴涂操作存在的漆膜缺陷及對(duì)策

本文針對(duì)噴涂操作中常見的漆膜缺陷進(jìn)行分析，按照汽車涂裝標(biāo)準(zhǔn)，提出漆膜缺陷對(duì)應(yīng)的解決策略。其中，常見的漆膜缺陷主要包括流掛缺陷、橘皮缺陷、噴涂顏色不均勻缺陷。

2.1 汽車部分涂裝位置存在漆膜流掛缺陷及解決對(duì)策

2.1.1 漆膜流掛缺陷

機(jī)器人噴涂汽車車身期間，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)車身漆膜厚度不同情況，產(chǎn)生流掛缺陷，這些缺陷的形狀與淺灘、波浪線類似，主要分布在門把手、邊角、棱線、立面等多個(gè)部位。之所以會(huì)出現(xiàn)此類問題的主要原因是：①涂料管路設(shè)定的作業(yè)壓力較大;②采用一次噴涂手法，車身表面形成的漆膜流量較大;③作業(yè)期間成型空氣壓力穩(wěn)定性較差，一些部位出現(xiàn)了氣壓波動(dòng)情況;④噴槍控制閥門作業(yè)異常;⑤噴涂期間產(chǎn)生高壓效應(yīng)。

2.1.2 解決對(duì)策

按照汽車涂裝作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)各項(xiàng)問題，提出相應(yīng)解決策略：①保證機(jī)器人作業(yè)期間管路內(nèi)的壓力大小得以穩(wěn)定控制，通過設(shè)定限定范圍，添加警報(bào)結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化控制結(jié)構(gòu)，從而降低問題產(chǎn)生可能性。按照作業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，控制內(nèi)部壓力大小在3bar左右。②對(duì)于一次成膜的操作，需要注意成膜的厚度控制。按照操作標(biāo)準(zhǔn)，一道成膜與二道成膜的比例約為5：5，或者6：4，根據(jù)汽車加工膜厚度控制要求具體設(shè)定，所以在操作之前需要計(jì)算分析，最終確定比例參數(shù)。③對(duì)于成型空氣壓力穩(wěn)定性較差問題，建議采取定期校驗(yàn)方法加以處理。以成型空氣扇幅作為校驗(yàn)對(duì)象，一定發(fā)現(xiàn)扇幅抖動(dòng)，立即挖掘問題，并采取修復(fù)處理。一般情況下，需要借助專屬測(cè)試儀器，采集空氣壓力變化數(shù)據(jù)，作為問題分析參考依據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，找到問題產(chǎn)生根源。④考慮到機(jī)器人作業(yè)期間容易受多因素影響，槍閥可能出現(xiàn)異常。所以，需要設(shè)定檢驗(yàn)周期，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)檢查噴槍閥門，統(tǒng)計(jì)作業(yè)過程中開/關(guān)切換次數(shù)。一般情況下，檢驗(yàn)周期設(shè)定為7d。為了預(yù)防閥門異常，建議當(dāng)閥門開/關(guān)操作切換次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，更換新的閥門。⑤對(duì)于成型空氣、旋杯轉(zhuǎn)速、噴涂高壓、流量等作業(yè)參數(shù)的調(diào)整，需要根據(jù)汽車涂裝工藝要求中的涂料黏度和作業(yè)環(huán)境等因素，確定參數(shù)，以此提高漆膜品質(zhì)。

2.2 汽車涂膜表面存在橘皮缺陷及解決對(duì)策

2.2.1 橘皮缺陷

橘皮是汽車涂裝作業(yè)中很難避免的一種缺陷，主要表現(xiàn)為表面不平整粗糙，局部出現(xiàn)皺紋，相比于其他部位，車身噴涂連接位置出現(xiàn)這些缺陷的頻率更高一些。之所以會(huì)出現(xiàn)這些問題，主要原因如下：①涂料黏度偏高，流平性能較差。②作業(yè)中旋杯轉(zhuǎn)速較高，產(chǎn)生的霧化顆粒比較細(xì)，加快了溶劑揮發(fā)速度。③成型空氣長(zhǎng)時(shí)間吹掃等待點(diǎn)。④采用一次噴膜工藝，導(dǎo)致膜的厚度比較薄，加快了溶劑揮發(fā)速度。

2.2.2 解決對(duì)策

本文通過閱讀大量文獻(xiàn)資料，結(jié)合汽車涂裝操作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)橘皮缺陷，提出一些解決對(duì)策：①針對(duì)流平性能較差問題，可以適當(dāng)在涂料中添加一些沸點(diǎn)較高的溶劑。噴涂過程中溫度升高時(shí)，溶劑發(fā)揮作用，降低涂料黏度，從而緩解留平性能較差問題。②根據(jù)施工工藝需求，控制旋杯轉(zhuǎn)動(dòng)速度，根據(jù)材料不同，設(shè)定具體參數(shù)。③為了避免成型空氣吹掃壓力過大引發(fā)溶劑快速揮發(fā)問題的產(chǎn)生，對(duì)車身漆面質(zhì)量造成一定影響，作業(yè)期間控制成型空氣壓力，要求在10bar左右，不得超過11bar。建議配合報(bào)警器使用，當(dāng)該數(shù)值達(dá)到了上限值，立即發(fā)出警報(bào)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)情況，給出調(diào)整方案。④對(duì)于一次噴膜厚度的控制，涂料厚度控制在14左右，如果是為了達(dá)到遮蓋顏色的效果，噴涂膜厚度不得高于25？滋m。

3? 噴涂顏色不均勻缺陷及解決對(duì)策

3.1 噴涂顏色不均勻缺陷

噴涂顏色不均勻也是汽車涂裝操作比較常見的一種缺陷，表現(xiàn)為色彩雜亂，局部出現(xiàn)條紋，或者車身表面出現(xiàn)斑印等情況。一般情況下，水性金屬漆噴涂中出現(xiàn)此類問題頻率比較高。之所以會(huì)出現(xiàn)此類問題，原因歸結(jié)如下：①對(duì)于不同色彩的噴涂，更換顏色過程中清洗工作不到位，導(dǎo)致兩種及以上顏色混淆，致使涂料色彩發(fā)生變化，噴涂到車身時(shí)出現(xiàn)了上述問題。②噴?？刂撇患眩糠謪^(qū)域出現(xiàn)了噴福重疊情況，引發(fā)漆膜厚度分布不均勻問題。從漆料噴涂效果來看，涂料內(nèi)部發(fā)生了對(duì)流，影響噴涂效果。③作業(yè)參數(shù)設(shè)定方案中流量數(shù)值過大，測(cè)得一次性漆膜厚度數(shù)值過大。

3.2 解決對(duì)策

針對(duì)上述問題，提出以下解決對(duì)策：①嚴(yán)格把控?fù)Q色清洗時(shí)間，根據(jù)涂料性能的不同，設(shè)定最短清洗時(shí)間。對(duì)于油性涂料，時(shí)間不得低于12s;對(duì)于水性涂料換色清洗，時(shí)間不得低于15s。②適當(dāng)擴(kuò)大噴涂扇幅作業(yè)范圍，調(diào)整成型空氣壓力，根據(jù)機(jī)器人噴涂作業(yè)需求，適當(dāng)降低此參數(shù)，使得膜厚度得以改善。③關(guān)于流量的有效控制，建議加大噴涂轉(zhuǎn)速，避免再溶解導(dǎo)致的條紋等缺陷的產(chǎn)生。

4? 總結(jié)

本文圍繞汽車涂裝作業(yè)期間的機(jī)器人噴涂操作問題展開探究，根據(jù)機(jī)器人作業(yè)規(guī)范，結(jié)合作業(yè)狀況，總結(jié)一些噴涂操作存在的問題，主要表現(xiàn)在漆膜流掛、橘皮、噴涂顏色不均勻3個(gè)方面。通過挖掘缺陷產(chǎn)生的原因，找到問題解決突破口，提出針對(duì)性解決策略。通過本文內(nèi)容的探究，擴(kuò)大了機(jī)器人噴涂操作問題覆蓋面，為噴涂?jī)?yōu)化控制研究奠定了基礎(chǔ)。

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