新車(chē)型涂裝噴涂機(jī)器人仿形開(kāi)發(fā)及漆膜調(diào)試

高孔長(zhǎng)

新車(chē)型涂裝噴涂機(jī)器人仿形開(kāi)發(fā)及漆膜調(diào)試

高孔長(zhǎng)

（福建新龍馬汽車(chē)股份有限公司，福建 龍巖 364101）

現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展促進(jìn)了汽車(chē)行業(yè)的創(chuàng)新優(yōu)化，人們對(duì)新車(chē)型油漆外觀與質(zhì)量產(chǎn)生了更高的要求，促使汽車(chē)行業(yè)優(yōu)化自身新車(chē)型的開(kāi)發(fā)調(diào)試工序。按照汽車(chē)涂裝廠噴涂機(jī)器人導(dǎo)入新車(chē)型需要做的步驟，對(duì)制定噴涂軌跡、離線仿形程序編制、現(xiàn)場(chǎng)示教、漆膜調(diào)試等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)也對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施，使得新車(chē)型油漆外觀質(zhì)量達(dá)標(biāo)，最終保證了自主完成汽車(chē)涂裝廠新增車(chē)型的順利投產(chǎn)。

噴涂機(jī)器人；新車(chē)型；自主仿形編制；漆膜質(zhì)量

伴隨著現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展，噴涂機(jī)器人的應(yīng)用模式不斷創(chuàng)新，而人工成本的增加不利于提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這促使汽車(chē)廠將噴涂機(jī)器人來(lái)替代人工噴涂，有利于提高汽車(chē)噴涂質(zhì)量，充分發(fā)揮油漆材料的使用效率，并提高汽車(chē)廠的生產(chǎn)效率。公司在進(jìn)行汽車(chē)生產(chǎn)工作時(shí)，通常聘請(qǐng)第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行噴涂機(jī)器人的開(kāi)發(fā)調(diào)試。然而這不利于提高公司的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益，為了公司生產(chǎn)線的擴(kuò)充需求，并考慮到生產(chǎn)成本與技術(shù)人員等因素，決定自行開(kāi)展噴涂機(jī)器人仿形調(diào)試工作，并將其應(yīng)用于新增車(chē)型中。

1 噴涂系統(tǒng)介紹

新車(chē)型噴涂系統(tǒng)主要由頂噴機(jī)、側(cè)噴機(jī)、靜電旋杯組成，頂噴機(jī)指噴涂機(jī)器人對(duì)新車(chē)型頂部進(jìn)行噴涂，側(cè)噴機(jī)則是對(duì)汽車(chē)側(cè)邊進(jìn)行噴涂，靜電旋杯是新車(chē)型的噴漆設(shè)備[1]。

新車(chē)型的噴涂工作兼具了色漆噴涂工藝與中涂噴涂工藝，能夠有效強(qiáng)化汽車(chē)噴涂的全面性。其中色漆站中共應(yīng)用了六臺(tái)噴涂機(jī)器人，噴涂金屬漆時(shí)噴涂?jī)傻溃谝坏勒谏w底材，第二道主要進(jìn)行銀粉規(guī)則排列，呈現(xiàn)最終顏色，素色漆一般作一道噴涂。在清漆站應(yīng)用了三臺(tái)機(jī)器人，需要進(jìn)行汽車(chē)的噴涂、主要噴涂清漆工序。在設(shè)計(jì)顏色中，色漆站有9色1溶劑，而清漆站只有1色1溶劑，采用兩線循環(huán)方式供漆。涂裝噴涂機(jī)器人型號(hào)為FANUC（發(fā)那科）P-250IB/15，噴涂設(shè)備為日本FANUC公司生產(chǎn)。

2 仿形開(kāi)發(fā)流程

在新車(chē)型的仿形開(kāi)發(fā)工作中，需要進(jìn)行一系列的工作流程，如下：1）設(shè)計(jì)涂裝機(jī)器人的噴涂方案；2）編輯涂裝機(jī)器人的仿形計(jì)算機(jī)程序；3）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的演示工作；4）優(yōu)化噴涂機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)；5）輸入具體的噴涂參數(shù)；6）優(yōu)化新車(chē)型漆膜的調(diào)整參數(shù)。以公司M2車(chē)型為例，詳細(xì)介紹新車(chē)型噴涂機(jī)器人仿形開(kāi)發(fā)過(guò)程及漆膜調(diào)試。

2.1 設(shè)計(jì)涂裝機(jī)器人的噴涂方案

設(shè)計(jì)噴涂機(jī)器人的噴涂方案需要結(jié)合不同機(jī)器人的使用方式，不同車(chē)型的漆膜最佳厚度與噴涂節(jié)拍等關(guān)鍵要素，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)噴涂機(jī)器人的各項(xiàng)程序參數(shù)，如噴涂機(jī)器人的走槍速度，最佳噴涂距離等[2]。

根據(jù)新車(chē)型M2的外觀特征，如圖1所示，結(jié)合機(jī)器人安裝特性對(duì)各機(jī)器人噴涂部位進(jìn)行詳細(xì)分工，操作人員在使用噴涂機(jī)器人時(shí)，應(yīng)當(dāng)控制機(jī)器人的噴涂時(shí)間比車(chē)輛往前走行的時(shí)間小，這樣才能保障新車(chē)型噴涂工作的規(guī)范進(jìn)行[3]。噴涂機(jī)器人在開(kāi)展汽車(chē)噴涂工作時(shí)，各個(gè)流程都需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，如：汽車(chē)噴涂花費(fèi)的時(shí)間、切換噴涂顏色以及清洗的時(shí)間還有噴涂機(jī)器人前往不同車(chē)型所耗費(fèi)的時(shí)間。以M2車(chē)型色漆站機(jī)器人為例，噴涂軌跡規(guī)劃如下：1#機(jī)器人手臂安裝在噴房右側(cè)，負(fù)責(zé)右翼子板、右前門(mén)、右B柱、右中門(mén)、右后側(cè)板、右D柱、右半邊尾門(mén)噴涂；2#機(jī)器人手臂安裝在噴房左側(cè)（與1#機(jī)器人鏡像），負(fù)責(zé)左翼子板、左前門(mén)、左B柱、左中門(mén)、左后側(cè)板、左D柱、左半邊尾門(mén)噴涂；3#機(jī)器人安裝位置較高，用于車(chē)身引擎蓋、A柱、頂蓋區(qū)域噴涂；4#、5#、6#機(jī)器人負(fù)責(zé)金屬漆第二道噴涂，噴涂位置與1#、2#、3#機(jī)器人一致。

圖1 M2車(chē)型外觀特征

2.2 編輯涂裝機(jī)器人的仿形計(jì)算機(jī)程序

采用PantingPRO離線仿形軟件對(duì)M2車(chē)型進(jìn)行離線軌跡設(shè)計(jì)及編制。

2.2.1離線軌跡設(shè)計(jì)

在進(jìn)行離線程序的編輯之前，需要先確定新車(chē)型的噴涂節(jié)拍以及噴涂機(jī)器人的走槍方案，在單個(gè)車(chē)輛的噴涂工作中，操作人員應(yīng)當(dāng)按照前后汽車(chē)之間的間距、拖拽汽車(chē)運(yùn)輸速度來(lái)形成恰當(dāng)?shù)膰娡抗?jié)拍，而噴涂機(jī)器人的節(jié)拍時(shí)間需要設(shè)置為小于汽車(chē)的噴涂節(jié)拍，便于噴涂機(jī)器人切換噴涂顏色并進(jìn)行清洗工作。汽車(chē)噴涂的走槍方式可劃分為橫噴與豎噴，其中橫噴代表走槍平行于輸送方向，這種形式可適用于鏈速較低且空間較大的環(huán)境，能夠有效控制表面質(zhì)量；而豎噴代表走槍方式與輸送方向相垂直，能夠應(yīng)用于鏈速較高且噴房空間較小的環(huán)境中。依噴房實(shí)際情況，M2車(chē)型走槍方式采用豎噴，如圖2所示。

圖2 M2車(chē)型走槍方式

2.2.2編制仿形程序

根據(jù)初步制定的M2車(chē)型機(jī)器人噴涂部位和行走路線，從軌跡規(guī)劃、路徑規(guī)劃和姿態(tài)規(guī)劃三個(gè)方面進(jìn)行仿形程序編制：

1）噴涂機(jī)器人的噴涂方案設(shè)計(jì)需要依據(jù)M2汽車(chē)車(chē)型的結(jié)構(gòu)、汽車(chē)外表面積等要素來(lái)劃分為多個(gè)小程序，操作人員需要將不同汽車(chē)的噴涂方案輸入到噴涂機(jī)器人的程序當(dāng)中。

2）路徑規(guī)劃，首先要保證噴涂重疊率，M2車(chē)型軌跡間距設(shè)定為100 mm，噴涂距離設(shè)定為250 mm，噴涂速度依實(shí)際情況設(shè)定為450 mm/s，另外需考慮到走槍邏輯及方便各自程序之間的銜接。

3）噴涂姿態(tài)，噴涂機(jī)器人的噴涂方向與汽車(chē)的噴涂面相垂直，這樣能夠保障汽車(chē)噴涂面的均勻性，有助于增強(qiáng)汽車(chē)漆膜噴涂質(zhì)量。然而在實(shí)際的噴涂過(guò)程中，噴涂機(jī)器人在進(jìn)行汽車(chē)轉(zhuǎn)角或過(guò)渡點(diǎn)等區(qū)域的噴涂時(shí)，會(huì)造成噴涂機(jī)器人的姿態(tài)出現(xiàn)較大的變化，短時(shí)間內(nèi)噴涂機(jī)器人變化了自己的運(yùn)作方向，易導(dǎo)致噴涂機(jī)器人自身零件的磨損，且影響汽車(chē)漆膜的噴涂質(zhì)量。所以操作人員需要優(yōu)化噴涂機(jī)器人在遇到汽車(chē)轉(zhuǎn)角區(qū)域時(shí)的姿態(tài)規(guī)劃，避免給噴涂機(jī)器人與汽車(chē)漆膜造成不利影響[4]。

結(jié)合以上三個(gè)方面，M2車(chē)型機(jī)器人軌跡編制如圖3、圖4所示。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)示教及試運(yùn)轉(zhuǎn)

完成色漆站1#機(jī)器人以及3#機(jī)器人M2車(chē)型仿形程序后，將程序輸入機(jī)器人控制柜內(nèi)，并將色漆右側(cè)1#機(jī)器人程序鏡像復(fù)制至左側(cè)（2#機(jī)器人），離線模式下試運(yùn)轉(zhuǎn)一站機(jī)器人（1#、2#、3#），查看是否有左右機(jī)器人碰撞等問(wèn)題。將一站機(jī)器人程序拷貝至二站相應(yīng)機(jī)器人（4#、5#、6#），左對(duì)左，右對(duì)右，最后將色漆一站機(jī)器人（1#、2#、3#）仿形程序?qū)?yīng)導(dǎo)入清漆站機(jī)器人（1#、2#、3#），進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整離線仿形軌跡偏差。

2.4 設(shè)定噴涂參數(shù)

當(dāng)噴涂機(jī)器人在汽車(chē)不同區(qū)域進(jìn)行噴涂工作時(shí)，操作人員需要通過(guò)LEVEL命令來(lái)輸入相應(yīng)的參數(shù)，同時(shí)在使用同一類油漆開(kāi)展噴涂工作時(shí)，還需要設(shè)置一致的轉(zhuǎn)速、噴幅以及高壓，M2車(chē)型噴涂參數(shù)設(shè)定如表1所示。

圖3 M2車(chē)型1#機(jī)器人噴涂軌跡

圖4 M2車(chē)型3#機(jī)器人噴涂軌跡

圖5 M2車(chē)型走仿形軌跡試運(yùn)轉(zhuǎn)

表1 M2車(chē)型噴涂參數(shù)設(shè)定

涂料轉(zhuǎn)速/(r·min-1)噴幅/kPa高壓/kV 色漆4035060 清漆4035060

對(duì)于不同車(chē)型，其外觀、面積等都具有差異性，需要操作人員設(shè)置不同的噴涂流量，從而保障新車(chē)型漆膜的均勻性，在表2中展示了新車(chē)型車(chē)身不同區(qū)域需要的色漆流量以及清漆流量。在汽車(chē)的角落或與地面接觸的位置很容易造成漆膜的堆積，所以操作人員需要設(shè)置相對(duì)較小的流量值。

表2 M2車(chē)型噴涂流量設(shè)定

刷子位置色漆流量/(mL·min-1)清漆流量/(mL·min-1) 1翼子板225340 2A柱196310 3前門(mén)212300 4B柱196325 5中門(mén)230325 6C柱、中門(mén)邊緣230330 7后側(cè)板230355 8D柱196330 9尾門(mén)272320 10尾門(mén)頂柱196330

3 漆膜調(diào)試

3.1 貼板噴涂調(diào)試

工作人員需要使用貼試板法來(lái)進(jìn)行汽車(chē)漆膜的調(diào)整檢測(cè)工作。為了保障新車(chē)型調(diào)整結(jié)果的有效性，工作人員應(yīng)當(dāng)在汽車(chē)表面覆蓋一層鋁箔紙，以此來(lái)呈現(xiàn)更加均勻有效的調(diào)試效果，并測(cè)量試板電泳漆膜的厚度數(shù)據(jù)，之后再將試板固定在調(diào)試汽車(chē)上的各個(gè)區(qū)域，由機(jī)器人對(duì)汽車(chē)進(jìn)行噴涂工作，噴涂后再重新測(cè)量試板的厚度并調(diào)整噴涂參數(shù)，按照流程對(duì)汽車(chē)的漆膜質(zhì)量進(jìn)行全方位的檢驗(yàn)，以此確保汽車(chē)所有區(qū)域的漆膜質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)[5]。同時(shí)，由于不同汽車(chē)顏色的油漆上漆率以及遮蓋力都具有一定的差異性，且漆膜厚度各不相同，這使得新車(chē)型的每一個(gè)顏色都需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試檢驗(yàn)。

3.2 實(shí)車(chē)噴涂調(diào)試

當(dāng)工作人員檢測(cè)出調(diào)試汽車(chē)表層各個(gè)區(qū)域的漆膜厚度都均勻了后，能夠開(kāi)展實(shí)際的噴涂工作，在噴涂前還應(yīng)檢測(cè)漆膜的外觀及其性能等要素是否達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如漆膜的光澤、色差還有橘皮、DOI等值等。油漆的外觀性能主要以噴涂厚度為基礎(chǔ)，當(dāng)各層漆膜厚底均勻且符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則外觀性能也能夠符合控制要求。M2車(chē)型外觀檢測(cè)參數(shù)如表3所示。

表3 M2車(chē)型外觀檢測(cè)參數(shù)

M2 星光銀金屬漆 位置總膜厚/μm光澤度/20°色差/45° ≥60≥85△E≤2.06△L≤1.5△a≤1.0△b≤1.0 翼子板63.290.20.43-0.17-0.140.37 前門(mén)64.890.40.53-0.42-0.220.26 中門(mén)61.289.10.51-0.35-0.170.33 后側(cè)板65.387.40.54-0.32-0.140.38 尾門(mén)66.790.40.62-0.39-0.110.46 引擎蓋61.992.60.52-0.130.020.50

3.3 漆膜調(diào)試方法

漆膜厚度均勻的調(diào)試中調(diào)整噴涂流量是常用的方法之一，當(dāng)漆膜厚度偏大時(shí)可通過(guò)降低流量來(lái)調(diào)整，而漆膜厚度偏小時(shí)可通過(guò)增加流量來(lái)調(diào)整；在進(jìn)行仿形程序的編制工作時(shí)，需要根據(jù)汽車(chē)車(chē)身不同位置來(lái)調(diào)整相應(yīng)的噴涂參數(shù)，有利于更好地進(jìn)行噴涂的調(diào)試工作。當(dāng)機(jī)器人走槍速度變快時(shí)，漆膜的厚度會(huì)減少，走槍速度變慢則漆膜厚度增加；高速運(yùn)行會(huì)造成機(jī)器人的磨損，影響生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，而低速運(yùn)行會(huì)增加機(jī)器人的作業(yè)時(shí)間，需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行控制，避免超過(guò)生產(chǎn)節(jié)拍。噴涂機(jī)器人的噴涂電壓數(shù)值也會(huì)對(duì)漆膜的均勻性造成較大的影響，當(dāng)新車(chē)型噴涂較為光滑平整時(shí)，應(yīng)設(shè)置較高數(shù)值的噴涂電壓，而對(duì)于汽車(chē)表面噴涂不平時(shí)，噴涂機(jī)器人應(yīng)當(dāng)使用低壓電流來(lái)形成均勻的漆霧，有助于幫助新車(chē)型汽車(chē)表面呈現(xiàn)均勻的漆膜[6]。當(dāng)?shù)蛪夯蚋邏弘妷憾紵o(wú)法有效保障汽車(chē)漆膜厚度的均勻性，操作人員應(yīng)當(dāng)再次對(duì)噴涂機(jī)器人進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于汽車(chē)尾門(mén)中心區(qū)域漆膜較厚的問(wèn)題，可通過(guò)調(diào)整噴涂機(jī)器人左右噴涂槍的距離，避免汽車(chē)中心區(qū)域接受到兩遍噴涂量，造成汽車(chē)漆膜過(guò)厚的問(wèn)題。由此可見(jiàn)，涂裝過(guò)程中很多因素都會(huì)影響漆膜，只有在仿形調(diào)試過(guò)程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，才能有效的解決問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)質(zhì)量、性能及運(yùn)行速度有了更高的要求，汽車(chē)車(chē)型與顏色的創(chuàng)新是汽車(chē)行業(yè)的主要發(fā)展方向，而新車(chē)型仿形程序的調(diào)試是實(shí)現(xiàn)新車(chē)型投入生產(chǎn)的重要工作，能夠保障新車(chē)型運(yùn)行質(zhì)量及車(chē)身工藝，以此滿足駕駛者多樣化、個(gè)性化的使用需求。本項(xiàng)目能夠不依賴機(jī)器人廠家而獨(dú)立完成M2車(chē)型噴涂機(jī)器人仿形調(diào)試的全部過(guò)程，有助于進(jìn)一步減少汽車(chē)調(diào)試生產(chǎn)成本，從而有效增強(qiáng)公司的經(jīng)濟(jì)效益，共節(jié)省了近30萬(wàn)元生產(chǎn)調(diào)試費(fèi)用，同時(shí)本司通過(guò)研究并開(kāi)展M2車(chē)型噴涂機(jī)器人仿形自主開(kāi)發(fā)與調(diào)試項(xiàng)目，還有利于增加工程技術(shù)人員專業(yè)能力。

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Development of a Novel Painting and Spraying Robot for Prototyping and Film Debugging

GAO Kongchang

( Fujian Xinlongma Automobile Company Limited, Longyan 364101, China )

According to the steps that need to be done by the spraying robot in the automobile coating plant to introduce the new model,the formulation of spraying trajectory, offline profiling program- ming, on-site teaching, paint film debugging and other aspects are introduced in detail. At the same time, the problems encountered in the development process are analyzed, and the corresponding solutions are put forward to make the paint appearance quality of the new model meet the standard, Finally, it ensures the smooth production of new models in the automobile coating plant.

Spraying robot;New vehicle model; Autonomous profiling debugging; The quality of coating

U466

A

1671-7988(2023)20-140-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.028

高孔長(zhǎng)（1981－）， 男，高級(jí)技師，研究方向?yàn)槠?chē)生產(chǎn)制造（偏向于汽車(chē)涂裝生產(chǎn)工藝），E-mail:78006645 @qq.com。