全時(shí)段自動(dòng)顏色防差錯(cuò)系統(tǒng)的建立

萬(wàn)珂瑋，代 可，陳 一 （一汽-大眾汽車有限公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

在汽車涂裝行業(yè)，顏色是其重要組成部分，同時(shí)也是重要的控制對(duì)象。一方面，噴錯(cuò)顏色或噴出色差，不僅會(huì)引起下游及終端客戶的抱怨，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，增加返修成本及返修工時(shí)；另一方面，對(duì)于汽車行業(yè)的涂裝，顏色精準(zhǔn)度要求并沒(méi)有紡織業(yè)等那么嚴(yán)苛，僅需要達(dá)到肉眼可辨即可。因此，汽車行業(yè)對(duì)于顏色的控制必不可少，同時(shí)也需要掌握顏色精確度的要求。

1 涂裝車間顏色問(wèn)題分析

首先對(duì)噴漆前準(zhǔn)備及噴漆過(guò)程中可能產(chǎn)生顏色錯(cuò)誤的點(diǎn)位進(jìn)行分析（圖1）。第一，來(lái)料的油漆是裝在不透明的包裝桶中，無(wú)法識(shí)別桶中油漆是否與桶上標(biāo)簽一致，也無(wú)法識(shí)別桶中油漆本身是否存在色差；第二，在自動(dòng)噴涂過(guò)程中，若因?yàn)橥＞€等機(jī)械化故障造成顏色信號(hào)傳輸錯(cuò)誤，也會(huì)造成實(shí)際噴涂顏色與當(dāng)前車輛車身信息顏色不符。以上信息表明，在整個(gè)噴涂過(guò)程中多點(diǎn)多時(shí)段均存在顏色錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，為了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性及結(jié)果的有效性，建立了自動(dòng)化全時(shí)段顏色檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)噴涂顏色進(jìn)行控制。

圖1 顏色錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析Figure 1 Color error risk point analysis

2 全時(shí)段顏色自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的建立

為了確認(rèn)系統(tǒng)建立的方向，首先對(duì)建立系統(tǒng)的目的進(jìn)行了識(shí)別：

（1） 滿足肉眼可辨及以上的識(shí)別精度；

（2） 能有效屏蔽外部環(huán)境（光亮、震動(dòng)等）的影響，即保證不會(huì)因?yàn)橥獠凯h(huán)境變化造成精確度的降低或是檢測(cè)錯(cuò)誤；

（3） 全時(shí)段百分百自動(dòng)檢測(cè)，并能與外部系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳遞；

（4） 基于并未達(dá)到行業(yè)最嚴(yán)苛的精度需求這一要點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)建立的經(jīng)濟(jì)性也提出了相關(guān)要求。

通過(guò)對(duì)調(diào)漆間輸漆管路分析發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)噴涂站點(diǎn)中的所有機(jī)器人所使用的油漆均來(lái)自同一油漆輸送罐，因此在不考慮機(jī)器人噴涂因素的情況下，同一車身所有點(diǎn)位的油漆噴涂情況是相同的，基于此，這里僅選擇車身上的一個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行顏色檢測(cè)，同時(shí)通過(guò)對(duì)機(jī)器人噴涂流量的實(shí)時(shí)控制以消除噴涂因素的影響。

2.1 顏色檢測(cè)方案選取

通過(guò)對(duì)監(jiān)控方式、控制效果、控制可靠性、控制風(fēng)險(xiǎn)及經(jīng)濟(jì)性等綜合評(píng)估后，選擇了一款基于RGB（紅、綠、藍(lán)）三原色理論的光電傳感器作為基礎(chǔ)設(shè)備。

RGB三原色理論是通過(guò)對(duì)R（紅色）、G（綠色）、B（藍(lán)色）3種基礎(chǔ)顏色的不同比例的疊加來(lái)產(chǎn)生各種不同顏色，此顏色理論可以涵蓋人類視力所能感知的所有顏色，是目前運(yùn)用最廣泛的顏色空間之一（圖2）。

圖2 RGB顏色理論Figure 2 RGB color theory

本研究將基于此三原色光電傳感器，通過(guò)大數(shù)據(jù)收集與分析以及外部程序編寫等方式進(jìn)行全時(shí)段自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2 顏色檢測(cè)方法

為了最大程度開(kāi)發(fā)光電傳感器的測(cè)量精度，通過(guò)外部時(shí)序編程，將R/G/B值分別輸出到生產(chǎn)線PLC（programmable logic controller，可編程序邏輯控制器）上，對(duì)每個(gè)在產(chǎn)顏色的三個(gè)原色單位進(jìn)行分別控制；另一方面，考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況以及車身測(cè)量位置的平整度需求，選擇頂蓋邊緣進(jìn)行顏色檢測(cè)。

首先進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析用以控制閾值的確定。考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，不同批次的油漆間存在一定的差異，且在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)因質(zhì)量等需求進(jìn)行微量助劑添加，以上變量會(huì)導(dǎo)致同一顏色油漆色差的不穩(wěn)定性。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中30 d超過(guò)1萬(wàn)臺(tái)車身進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集與分析，并與此間的顏色抽檢數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，在合格顏色車身的基礎(chǔ)上確認(rèn)后續(xù)控制所設(shè)定的閾值范圍（圖3）。

圖3 金色噴涂RGB混合比例大數(shù)據(jù)閾值分析Figure 3 Big data threshold analysis of golden spraying RGB mixing ratio

閾值范圍確定后，實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)收集2個(gè)數(shù)據(jù)并傳輸至PLC進(jìn)行比對(duì)分析：現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)讀寫站讀取車身?xiàng)l碼信息中的設(shè)定顏色代碼，以及光電傳感器讀取車身的實(shí)際顏色信息。PLC將車身實(shí)際顏色信息與設(shè)定顏色代碼所對(duì)應(yīng)的閾值范圍進(jìn)行比對(duì)，若在范圍內(nèi)，則認(rèn)為合格并放行，若不在范圍內(nèi)，則不予放行并發(fā)出報(bào)警信息（圖4）。

圖4 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)報(bào)警機(jī)制Figure 4 Automatic detection system alarm mechanism

此外，考慮到30 d的數(shù)據(jù)僅僅是一個(gè)樣本，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中因?yàn)榕渭凹恿系纫蛩厝钥赡艽嬖跀?shù)據(jù)差異但顏色合格的情況，因此在正式使用中，還需進(jìn)行一段時(shí)間的持續(xù)優(yōu)化。

2.3 顏色檢測(cè)控制選址

涂裝車間生產(chǎn)線設(shè)計(jì)復(fù)雜，光電傳感器安裝位置的選擇需要考慮以下因素：

（1） 能夠在噴涂后第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；

（2） 問(wèn)題發(fā)生后，能以最小成本、最快速度進(jìn)行返修；

（3） 能與PLC進(jìn)行互動(dòng)，能夠收到讀寫站讀取的車身?xiàng)l碼信息；

（4） 濕膜狀態(tài)下油漆的流動(dòng)性會(huì)對(duì)檢查效果造成影響；

（5） 需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定是否需要考慮防爆。

綜上，色漆噴涂段層間烘干爐后，以及清漆噴涂段面漆烘干爐后都是可供選擇的位置，下面進(jìn)行逐一分析。

2.3.1 色漆噴涂段層間烘干爐后

車身表面的顏色錯(cuò)誤及色差主要是由色漆材料及色漆噴涂引起的。因此，色漆噴涂后立即測(cè)量，能夠在第一時(shí)間檢測(cè)出顏色問(wèn)題；色漆噴涂后通過(guò)層間烘干爐后漆膜表層基本無(wú)流動(dòng)，目的是為了避免濕膜狀態(tài)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾。但另一方面，此位置檢測(cè)出的問(wèn)題車身無(wú)法立即下線處理，仍需要將車通過(guò)清漆噴涂并從烘干爐出去后才能進(jìn)行確認(rèn)和返修；出于安全角度，對(duì)于涂裝車間整個(gè)噴涂段需要考慮防爆的問(wèn)題。

2.3.2 清漆噴涂面漆烘干爐后

此位置檢測(cè)時(shí)效比色漆噴涂段層間烘干爐后略差，但發(fā)現(xiàn)問(wèn)題車后能夠直接對(duì)問(wèn)題車進(jìn)行測(cè)量，并將問(wèn)題車發(fā)送到需要處理的地方；且已經(jīng)離開(kāi)噴涂區(qū)域，無(wú)需考慮防爆的問(wèn)題。

2.4 流量監(jiān)控方案選取

經(jīng)過(guò)需求識(shí)別與比對(duì)，選擇了非接觸式流量計(jì)作為基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其優(yōu)勢(shì)主要在于不會(huì)接觸油漆，避免造成油漆浪費(fèi)以及油漆污染。

2.5 顏色檢測(cè)控制選址

為了確保噴涂過(guò)程的全監(jiān)控，防止突發(fā)情況對(duì)顏色造成影響。選擇在輸漆管路壁安裝流量計(jì)并與PLC進(jìn)行信號(hào)傳輸，由外部編程控制程序進(jìn)行控制。

控制程序的第一步需要對(duì)各色漆的控制閾值進(jìn)行分別設(shè)定。類似于顏色監(jiān)控方案的閾值設(shè)定，通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的大數(shù)據(jù)收集與分析，確定每個(gè)顏色正常噴涂時(shí)所使用的油漆流量變化范圍以進(jìn)行初步閾值制定。閾值確定后，提取現(xiàn)場(chǎng)讀寫站車身?xiàng)l碼信息中的顏色信息以確定標(biāo)準(zhǔn)噴涂流量范圍，并與流量計(jì)實(shí)際測(cè)定流量傳送至PLC進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)噴涂是否正常。

綜上，基于RGB三原色理論光電傳感器，針對(duì)油漆材料和噴涂過(guò)程2個(gè)變化點(diǎn)，從單點(diǎn)顏色監(jiān)控和流量監(jiān)控兩方面入手建立了全時(shí)段顏色自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

3 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)效果驗(yàn)證

3.1 顏色錯(cuò)噴檢測(cè)驗(yàn)證

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)正常通過(guò)不同顏色的車并比對(duì)PLC上的RGB值，確認(rèn)每種顏色間存在較大差異。以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)顏色相似的白色、銀色和灰色車身為例，通過(guò)隨車黏貼異色色板，確認(rèn)錯(cuò)誤報(bào)警功能的可行性，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 白、銀、灰三色RGB混合比例測(cè)量值對(duì)比Table 1 Comparison of measurement values of white，silver and grey RGB mixing ratio

3.2 涂層少噴檢測(cè)驗(yàn)證

分別設(shè)計(jì)了同一個(gè)金屬顏色的正常噴涂色板、未噴靜電空氣層色板與未噴清漆層色板，隨車黏貼并正常過(guò)車，確認(rèn)RGB值存在差異性以及報(bào)警功能的可行性，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 涂層少噴情況下RGB混合比例比對(duì)Table 2 Comparison of RGB mixing ratio under less spraying of coating

3.3 色差檢測(cè)驗(yàn)證

將正常過(guò)車數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室手持色差儀抽檢車身數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)出現(xiàn)微小色差時(shí)，RGB存在一定差異，可以對(duì)色差進(jìn)行檢測(cè)。

4 干擾問(wèn)題點(diǎn)及解決方案

4.1 高精度與高頻報(bào)警的選擇

合格的油漆也存在批次、助劑添加等變化點(diǎn)導(dǎo)致的微小顏色差異，由此會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值的不穩(wěn)定性。若上下閾值設(shè)定過(guò)緊，即精度設(shè)置過(guò)高，容易在復(fù)產(chǎn)、批次更換等特殊時(shí)期造成誤報(bào)警；若閾值范圍放寬，會(huì)有不合格色差漏出的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此的解決方法是調(diào)試前期閾值收緊保證檢測(cè)質(zhì)量，后續(xù)持續(xù)優(yōu)化逐步擴(kuò)大閾值至最佳點(diǎn)：通過(guò)大數(shù)據(jù)分析設(shè)置閾值后，持續(xù)關(guān)注生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)變化點(diǎn)（長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)后復(fù)產(chǎn)、批次變化、助劑添加等）時(shí)的測(cè)量值，對(duì)報(bào)警車身通過(guò)實(shí)驗(yàn)室色差儀進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)其是否為合格車身，并繼續(xù)由電腦自動(dòng)收集車身顏色數(shù)據(jù)，若為合格則進(jìn)一步擴(kuò)大報(bào)警閾值。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)測(cè)量精度的影響

光電傳感器對(duì)測(cè)距、測(cè)量方向等有一定的靈敏度，出現(xiàn)超差會(huì)導(dǎo)致精度的大幅度降低。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的震動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響最大，其影響主要在兩個(gè)方面：一個(gè)是震動(dòng)頻率過(guò)高，超過(guò)傳感器的額定頻率；另一個(gè)是震動(dòng)后導(dǎo)致測(cè)量角度發(fā)生變化?，F(xiàn)場(chǎng)分析發(fā)現(xiàn)，車身隨滑橇自動(dòng)前進(jìn)以及人員走動(dòng)等均會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)不可避免的較大震動(dòng)，無(wú)法從根本上避免現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)的影響，因此對(duì)震動(dòng)的解決方案是設(shè)計(jì)防振動(dòng)支架，固定支架以幫助傳感器降低震動(dòng)頻率。

4.3 設(shè)備有效性確認(rèn)

精密設(shè)備需要定期的精度檢測(cè)以確定其監(jiān)控的正確性。但由于此設(shè)備對(duì)距離以及角度有明顯的靈敏反應(yīng)，定期拆下并送檢是適得其反的事情。因此有效性檢測(cè)只能在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)正在使用且未被拆下的設(shè)備進(jìn)行。對(duì)此，通過(guò)制作檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)色板，并定期隨車通過(guò)并記錄與比對(duì)測(cè)量值來(lái)進(jìn)行設(shè)備有效性確認(rèn)：按照正常工藝將電泳板貼在車身上噴涂，并對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)色板進(jìn)行實(shí)際RGB值的反復(fù)測(cè)量以作為檢測(cè)色板的標(biāo)準(zhǔn)RGB值。設(shè)備有效性確認(rèn)時(shí)將此板黏貼在車身頂蓋固定位置并正常通行，在PLC中提取實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，確認(rèn)設(shè)備測(cè)量值是否出現(xiàn)偏移。

5 結(jié)語(yǔ)

顏色作為汽車涂裝專業(yè)的重要組成部分，也是外觀質(zhì)量的組成部分。錯(cuò)噴或色差不僅會(huì)引起下游工序的抱怨，而且會(huì)給終端客戶帶來(lái)惡劣印象。隨著汽車行業(yè)自動(dòng)化、智能化的不斷發(fā)展，全時(shí)段自動(dòng)控制必將取代人工抽檢，并能起到更加全面的控制效果。對(duì)某涂裝車間建立全時(shí)段自動(dòng)顏色檢測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程與結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，并將結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與用戶需求進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化與改進(jìn)。