淺談影響機(jī)器人噴涂質(zhì)量的因素

李運(yùn)榮　覃雄斌　李青

摘 要：隨著智能制造產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我們都知道，在汽車涂裝車間，一方面是長時間處于噴漆環(huán)境中對人身體很多不利，另一方面是手工噴涂質(zhì)量也是存在較多的不穩(wěn)定，而采用噴涂機(jī)器人，在涂層質(zhì)量問題上，相對具備了較高的穩(wěn)定性和可靠性，同時也滿足生產(chǎn)效率的需求。但是，即便是使用了噴涂機(jī)器人的代人工作，在一些特殊的工況中，較多的外在因素仍然會影響到工件涂層質(zhì)量，在使用噴涂機(jī)器人的過程中，也是需要根據(jù)實際的工況進(jìn)行對策調(diào)整，以減少那些因素對涂層質(zhì)量所產(chǎn)生的影響。

關(guān)鍵詞：噴涂機(jī)器人 穩(wěn)定性 可靠性 涂層質(zhì)量 生產(chǎn)效率

1 引言

在汽車生產(chǎn)四大工藝中，涂裝工藝是產(chǎn)品制造的一個重要環(huán)節(jié)，其過程中很多因素將會對產(chǎn)品防腐、外觀質(zhì)量、裝飾性能等產(chǎn)生影響。涂裝車間人工噴涂噴房環(huán)境惡劣，涂料的有機(jī)物、粉塵等影響工人身體健康，人工噴涂在生產(chǎn)效率、涂層質(zhì)量、穩(wěn)定性和可靠性及涂料利用率方面的瓶頸日益顯現(xiàn)。隨著工業(yè)制造的產(chǎn)業(yè)升級，采用機(jī)器人替代人工噴涂是工廠趨勢，噴涂機(jī)器人也成為了工廠改造生產(chǎn)線升級的一種使用方式。那么，應(yīng)用噴涂機(jī)器人會有哪些因素影響著噴涂的質(zhì)量呢？根據(jù)在涂裝車間多年經(jīng)驗，帶您了解影響FANUC噴涂機(jī)器人的涂裝質(zhì)量因素。

2 影響涂層質(zhì)量的五要素：人、機(jī)、料、法、環(huán)

任何產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的分析檢測都要從產(chǎn)品品質(zhì)檢測的五要素來進(jìn)行分析，對于機(jī)器人噴涂質(zhì)量的檢查也要從這五要素進(jìn)行分析：

2.1 人的因素，機(jī)器人操作人員操作技能因素

噴涂機(jī)器人操作人員均參加了各班組組織的培訓(xùn)和考核，需掌握操作設(shè)備技能并取得了操作合格證，才能獨(dú)立上崗操作設(shè)備。操作人員在噴涂機(jī)器人正常的自動運(yùn)行過程中，只需根據(jù)相應(yīng)工位所列出的TPM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，未超出運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)且設(shè)備無報警現(xiàn)象的均屬于設(shè)備運(yùn)行正常。所以，在機(jī)器人噴涂參數(shù)設(shè)置驗證完成且設(shè)備調(diào)試完成后，認(rèn)為自動生產(chǎn)過程產(chǎn)生的噴涂質(zhì)量與操作人員無明顯對應(yīng)關(guān)系。所以，操作人員技能不足因素，不是造成影響噴涂質(zhì)量的主要因素。

2.2 機(jī)器的因素，生產(chǎn)現(xiàn)場的噴涂機(jī)器人選型的因素

噴涂機(jī)器人性能的可靠性也直接影響到噴涂質(zhì)量的穩(wěn)定性，公司在買噴涂機(jī)器人時是根據(jù)通用系統(tǒng)要求，選擇正規(guī)有規(guī)模的噴涂機(jī)器人生產(chǎn)廠家。FANUC機(jī)器人屬于幾大機(jī)器人品牌之一，售后服務(wù)方面有保證，并且保證為客戶培訓(xùn)熟練的操作技能。而且，在通用系統(tǒng)各大汽車涂裝車間已經(jīng)廣泛應(yīng)用，屬于相對成熟的選擇，在性能方面屬于穩(wěn)定的設(shè)備。因此，噴涂機(jī)器人的品牌型號選擇，也不是造成影響噴涂質(zhì)量的主要因素。

2.3 料的因素，油漆品質(zhì)及其溫度、粘度和輸送壓力等相關(guān)控制的因素

2.3.1 涂料的品質(zhì)

涂料品質(zhì)對汽車涂裝質(zhì)量保證是至關(guān)重要的，選擇可靠的品牌涂料，其產(chǎn)品具有良好的出廠要求標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性也相對較好，對涂裝工藝的施工是一個有利的保障。在選定一個穩(wěn)定品牌的涂料后，在同批次涂料使用穩(wěn)定后，造成噴涂質(zhì)量缺陷的因素則主要在于對其粘度、溫度和輸送壓力等相關(guān)方面的控制。

2.3.2 涂料溫度

噴涂的涂料溫度對工件涂層質(zhì)量的影響也很大，涂料溫度高低會決定漆霧在噴涂過程中涂料中的水分或溶劑的揮發(fā)速度，溫度偏高，揮發(fā)速度相對快，噴到工件上后，涂層表干速度也快，不利于流平，容易產(chǎn)生桔皮、痱子等現(xiàn)象；而涂料溫度偏低，則在噴涂至工件過程中的霧狀涂料揮發(fā)速度緩慢，當(dāng)噴到工件上后，涂層因重力原因易出現(xiàn)掛流等缺陷問題。所以，在涂裝生產(chǎn)工藝中，噴涂工件時也要掌控好涂料的溫度，建議控制在25±3℃范圍內(nèi)，以提高噴涂機(jī)器人的霧化效果和工件涂層質(zhì)量。

2.3.3 涂料粘度

涂料粘度對涂層質(zhì)量的影響很大，涂料粘度偏高，噴至工件后，如果是色漆噴涂容易霧化效果差，出現(xiàn)發(fā)花等現(xiàn)象，罩光清漆則涂層流平性不好，出現(xiàn)桔皮等現(xiàn)象；而粘度偏低，則會使涂層閃干緩慢，易出現(xiàn)掛流等缺陷問題。所以，掌控好涂料的粘度，對涂料粘度做好定期監(jiān)測，以確保涂料在工藝要求的粘度范圍內(nèi)。

2.3.4 涂料輸送壓力

噴涂機(jī)器人在噴涂過程中需要有一個合適的輸料壓力，因為輸料壓力太大或太小都會影響噴涂機(jī)器人的霧化效果。在噴涂過程中，維持涂料輸送壓力穩(wěn)定，給機(jī)器人設(shè)定好壓力波動范圍，比如：設(shè)定機(jī)器人噴涂壓力為7±1bar，上下波動超過1bar就應(yīng)該發(fā)出相應(yīng)的警告或故障報警，通知輸送涂料的設(shè)備操作人員關(guān)注設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。涂料輸送壓力穩(wěn)定輸出才可以保證噴涂機(jī)器人的霧化效果穩(wěn)定，從而保證工件涂層的質(zhì)量均勻程度。

2.4 法的因素，也就主要指的是對噴涂機(jī)器人軌跡編輯使用技能和參數(shù)設(shè)置的因素

2.4.1 噴涂軌跡編輯

在機(jī)器人編程中，養(yǎng)成規(guī)范化的編程習(xí)慣，編程過程中必定事倍功。機(jī)器人噴涂軌跡編輯質(zhì)量影響涂層質(zhì)量，主要是涂層的均勻性。機(jī)器人噴涂軌跡編輯質(zhì)量主要體現(xiàn)在遵循噴涂軌跡分布均勻、噴涂距離控制、軌跡點數(shù)量及其姿態(tài)的控制、走槍速度等方面，而且噴涂機(jī)器人在這些方面的控制都具備很好的穩(wěn)定性和可靠性。

2.4.1.1 噴涂軌跡分布均勻

兩槍之間覆蓋重疊率為50%，在測定噴幅后，原則上已經(jīng)確定機(jī)器人軌跡間距，比如：測定噴幅為350mm后，機(jī)器人噴涂兩槍的軌跡間距則是175mm，而如果是兩道

噴涂，第二道噴涂則應(yīng)該與第一道軌跡均勻錯開87.5mm，這樣才能滿足噴涂均勻的重疊率。（如圖1所示）：

2.4.1.2 噴涂距離控制

噴涂距離是指噴涂旋杯中心到工件表面的垂直距離，噴涂距離越大上漆率越低，反之越高，但越易產(chǎn)生積漆而流掛現(xiàn)象，因此需要在注意把控噴涂距離。常規(guī)建議在250～300mm，示教機(jī)器人軌跡時建議使用扎帶等可定距離裝置確保噴涂槍距。

2.4.1.3 軌跡點數(shù)量及其姿態(tài)的控制

在噴涂編輯軟件自動生成機(jī)器人噴涂軌跡點后，會根據(jù)工件表面特征出現(xiàn)許多冗余軌跡點（如圖2所示）。對于多余的軌跡點需刪除，保留有特征面的點，盡量確保整個噴涂軌跡的簡潔（如圖3所示），同時，也要檢查每個軌跡點的動作姿態(tài)適合整個軌跡的順暢，避免動作頻繁變化影響噴涂質(zhì)量。

2.4.1.4 走槍速度

機(jī)器人噴涂走槍速度，走槍速度大，噴涂上漆率低，涂層膜厚低，易出現(xiàn)膜厚不足現(xiàn)象，反之，涂層膜厚高，且易出現(xiàn)流掛等現(xiàn)象。所以，需根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)機(jī)器人設(shè)置參數(shù)實際情況控制一個合理速度，通常按750±150mm/sec。合適的噴涂速度也是噴涂質(zhì)量和完成生產(chǎn)線節(jié)拍的保證。

2.4.2 噴涂參數(shù)設(shè)置

機(jī)器人參數(shù)設(shè)置主要是噴涂流量、成型空氣、旋杯轉(zhuǎn)速及高壓靜電，具體如下：

2.4.2.1 噴涂流量

機(jī)器人的噴涂流量設(shè)置的大小，會直接影響噴涂工件的漆膜厚度。顏色不同的涂料，在遮蓋能力上是存在差異的，設(shè)置的流量大小根據(jù)實際情況也會存在差異。另外，噴涂工件區(qū)域形狀、大小、走槍速度等不同，設(shè)置的流量也不同。

2.4.2.2 成型空氣

從旋杯霧化出來漆霧，因離心力作用，會沿著離心力方向飛散。而成型空氣從霧化器的成型氣罩上均勻分布的小孔中噴出，可限制漆霧往離心力方向飛散，形成一個的柱狀漆霧（扇幅），并把霧化的漆霧推向被涂物（工件 ）。金屬漆中金屬粉顆粒的排列因素，噴幅不合適很容易出現(xiàn)條紋等問題，而罩光清漆不合適的噴幅則影響涂層總膜厚不均勻等問題，影響工件噴涂合格率。

2.4.2.3 旋杯轉(zhuǎn)速

在一定程度上來說，經(jīng)過旋杯霧化后的漆滴直徑越小，涂層的桔皮效應(yīng)越小，光澤也越高。機(jī)器人旋杯轉(zhuǎn)速的設(shè)定需要根據(jù)不同涂料、流量大小等進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。旋杯轉(zhuǎn)速在一定條件下是與流量成正比關(guān)系的。另外，轉(zhuǎn)速越大，離心力越大，在流量不變的前提下，噴幅也會增大，理論上需考慮增大成型空氣設(shè)定，以限制噴幅的增大，確保噴涂的重疊率。

2.4.2.4 高壓靜電

在機(jī)器人靜電噴涂中，工件為正極，旋杯為負(fù)極，通過高壓靜電發(fā)生器作用，在兩極之間施加高電壓后，產(chǎn)生強(qiáng)電吸引力，使霧化后的漆霧附著到工件表面。高電壓的大小，影響靜電噴涂的靜電效應(yīng)、上漆率及漆膜的均勻性。在生產(chǎn)中，要結(jié)合油漆的特性和其它相關(guān)參數(shù)，不斷優(yōu)化，才能到達(dá)理想的噴涂效果。

2.5 環(huán)境的因素，也就是對機(jī)器人噴涂環(huán)境溫度、濕度的影響分析

施工環(huán)境溫度、濕度的控制，不合適的溫度和濕度控制，對噴漆質(zhì)量會造成較大的影響。理想的控制是噴涂環(huán)境是恒溫、恒濕度，但實際生產(chǎn)車間能源成本控制，在不同氣候季節(jié)里總是會出現(xiàn)波動的。針對可預(yù)見性的問題，建立好相應(yīng)的工藝文件，并做好相應(yīng)問題預(yù)案及有效的控制措施，確保噴涂質(zhì)量。

2.5.1 溫度控制

極端溫度主要出現(xiàn)在冬夏季節(jié)。在室外溫度偏低或偏高時，均需送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的制熱或制冷，以滿足噴房的送風(fēng)在工藝溫度范圍內(nèi)。

冬季室外溫度偏低，影響送風(fēng)設(shè)備的制熱效果，噴房內(nèi)溫度容易出現(xiàn)不能滿足工藝要求的22℃以上的現(xiàn)象，施工環(huán)境溫度偏低，噴涂過程及噴涂到工件后，漆霧及涂層調(diào)試劑揮發(fā)緩慢，流平時間會延緩，容易造成流掛現(xiàn)象。

在夏季室外溫度偏高，影響送風(fēng)設(shè)備的制冷效果，噴房內(nèi)溫度容易出現(xiàn)不能滿足工藝要求的28℃以內(nèi)的現(xiàn)象，施工環(huán)境溫度偏高超出范圍，噴涂過程及噴涂到工件后，漆霧及涂層調(diào)試劑揮發(fā)增快，一方面流平時間會驟減，容易造成流平不足表面桔皮現(xiàn)象，另一方面會出現(xiàn)表干過快，外層涂料已經(jīng)表干而內(nèi)層涂料未能繼續(xù)揮發(fā)出來，容易造成大量的氣泡不能完全排出涂層表層，在清漆層表層形成類似痱子的問題缺陷，影響出車質(zhì)量。

2.5.2 濕度控制

出現(xiàn)濕度波動較大的，主要出現(xiàn)在春秋季節(jié)，比如在我國南方，春季梅雨天氣或潮濕的回南天氣，空氣中水分嚴(yán)重，影響送風(fēng)設(shè)備的除濕效果，而相反的，在秋季干燥季節(jié)，空氣中水分則嚴(yán)重匱乏時，也同樣會影響送風(fēng)設(shè)備的加濕效果，造成濕度偏低現(xiàn)象。

施工環(huán)境相對濕度超過80%的偏高現(xiàn)象時，一方面，由于被涂工件表面與高濕度空氣接觸后吸附水氣，使噴涂表面附著一層肉眼難見的極薄的水幕，從而影響涂層的成膜質(zhì)量，另一方面，由于空氣中濕度偏高，噴涂后的涂層揮發(fā)性能也會降低，涂層在工件上的油漆流平性增加，最為常見的是容易出現(xiàn)流掛現(xiàn)象。

施工環(huán)境相對濕度太低，低于50%的偏低現(xiàn)象時，會根據(jù)不同的偏低程度，造成漆霧和涂層不同程度的揮發(fā)驟增現(xiàn)象，在噴涂過程中就能使涂料中的大部分調(diào)試劑揮發(fā)，噴到工件上后，在色漆層容易出現(xiàn)涂層過干，形成粉粒狀噴至工件表面，出現(xiàn)大面積的小顆?，F(xiàn)象，而在清漆層則與溫度偏高類似，一方面流平時間會驟減，容易造成流平不足表面桔皮現(xiàn)象，另一方面會出現(xiàn)表干過快，外層涂料已經(jīng)表干而內(nèi)層涂料未能繼續(xù)揮發(fā)出來，容易造成大量的氣泡不能完全排出涂層表層，在清漆層表層形成類似痱子的問題缺陷，影響出車質(zhì)量。

因此，綜上所述，為了有更易于控制的工況環(huán)境條件，建議設(shè)置一個正?？刂茀?shù)和彈性控制參數(shù)的方案，即，正常控制溫度22～28℃、濕度55%～75%為宜，而彈性控制溫度20～30℃的范圍，濕度50%～80%。當(dāng)現(xiàn)場溫、濕度出現(xiàn)達(dá)到彈性控制參數(shù)時，不符合施工要求，且偏差趨勢無法短時間內(nèi)得到扭轉(zhuǎn)控制時，則應(yīng)該果斷停止施工作業(yè)，避免造成批量產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。

3 結(jié)語

噴涂機(jī)器人的噴涂質(zhì)量效果受哪些因素影響，主要通過對人、機(jī)、料、法、環(huán)五個方面進(jìn)行淺談，就為大家介紹到這里了，正常情況下涂料的粘度、機(jī)器人噴涂軌跡及設(shè)置等是影響噴涂效果的主要原因，因此大家在進(jìn)行編程示教及相關(guān)設(shè)置時，要根據(jù)噴涂工件的實際情況進(jìn)行編程和設(shè)置其相關(guān)參數(shù)，從而確保機(jī)器人的噴涂效果，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]宿明.《油漆工手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，1991年.

[2]P-500機(jī)器人編程手冊，MATOPP5000706CE B版，美國FANUC機(jī)器人有限公司.