淺談噴涂機器人中Paint Push功能的使用

張進 宋衍國

摘 要：隨著經濟的發展和生活水平的提高，人們對環保、健康的要求越來越高，汽車涂裝也在朝著安全、環保的方向發展，能夠降低VOC排放量的水性漆涂裝技術迅速地發展起來，雖然水性油漆的使用對企業員工的身體健康起到了很大的作用，也給企業實現綠色排放提供了有利的基礎，但降低涂料消耗的問題一直是阻礙企業發展的腳步，文章講述了一種降低涂料消耗有效方法。

關鍵詞：噴涂機器人；換色；Paint Push；涂料消耗

中圖分類號：U455 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）12-142-03

Abstract： With the development of economy and living conditions， people put much weight on environmental protection and health. At the same time， automotive painting is also improving in the trend of security and pro-environment. The water- based painting technology which can cut down the emission load of VOC has developed rapidly. Although the usage of water-based painting has played a significant role in the health of the working staff and provided beneficial basis for the enterprise to fulfill its green emission， the problem of lowering the consumption of paint has always been the obstacle of the development of the enterprise. This article is to introduce an effective method of reducing the paint consumption.

Keywords： Painting robot； Color change； Paint push； Paint consumption

CLC NO.： U455 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-142-03

前言

隨著中國汽車行業蓬勃發展，我國汽車涂裝裝備技術取得輝煌成績，在保證涂裝基本防腐、裝飾等基本功能外，持續向節能、低碳、環保、智能化方向發展。目前國內大部分汽車廠的噴涂車間在減少污染方面，采用了水性油漆和機器人自動噴涂等新工藝，而在節材方面一直沒有大的突破，也使噴涂車間的生產成本很難再降低。本文通過對Paint Push技術在機器人噴涂換色過程應用，極大降低清洗溶劑消耗量以及最大限度減少廢油漆產生，從而達到了節能減排的效果，為企業的可持續發展提供了有利的保障，值得在整個汽車行業中進行推廣。

一汽-大眾涂裝車間通過全自動化噴涂方式，滿足工藝各項指標要求，達到預定的外觀性能要求，隨著生產的穩定，節能減排和成本降低的目標被提到日程上來了，但所有目標的確定都是建立在不影響產品質量的前提下，也就是說，外觀性能不能變，故膜厚標準不能變，所以只能通過優化噴涂參數和清洗換色程序降低油漆的消耗，而噴涂參數的優化對生產質量的穩定存在很大的隱患，且效果非常不明顯。為實現節能減排，降低運行成本的目標，優化換色程序是必經之路。

Paint Push技術應用旨在清洗換色時，降低產生的油漆消耗，從而降低單臺車的油漆消耗。該功能是機器人正常清洗換色的一個拓展功能，在噴涂程序結束前，當得知下一個任務需要清洗換色時，機器人會啟動該功能，即通過推送指定體積的一種介質（這里使用的是溶劑）將管路中的殘余定量油漆推送一部分，推送出來的油漆會通過霧化器噴涂到車身，完成最后幾道軌跡的噴涂，這部分油漆若不通過這種方式推送出來，將會在下一次的清洗換色時清洗掉，所以這部分油漆即為節省的油漆；由于管路的一部分殘余油漆被溶劑推出，所以可以減少清洗管路的時間，從而降低了清洗換色的整體時間，為軌跡優化等相關工作提供了一定的節拍空間。

1 Paint Push技術工作原理

Paint Push（油漆推送功能），是指在工作周期之內和清洗換色之前，將油漆管路中的剩余油漆推出，減少油漆浪費。當前工作顏色和下一種顏色不相同時，機器人需要換色。如圖1和圖2所示，在機器人結束噴涂之前，Paint Push功能啟動，關閉油漆的顏色閥，同時打開溶劑閥，溶劑進入主管路并推動油漆，油漆被推送到霧化器并由高速旋轉的旋杯甩出，當機器人程序運行到最后一個關槍點位置，機器人關槍結束噴涂，此時溶劑已填充到管路中。然后，機器人運動到原點執行管路清洗、填充下一種油漆、開始下一種顏色工件的噴涂。

① Paint Push的添加是為了降低清洗換色產生的油漆消耗，從而降低單臺車的油漆消耗。

② 該功能是清洗換色的一個拓展功能，在噴涂程序結束前，當得知下一個任務需要清洗換色時，機器人會啟動該功能，即通過推送指定體積的一種介質（這里使用的是溶劑）將管路中的殘余定量油漆推送一部分，推送出來的油漆會通過霧化器噴涂到車身，完成最后幾道軌跡的噴涂，這部分油漆若不通過這種方式推送出來，將會在下一次的清洗換色時清洗掉，所以這部分油漆即為節省的油漆。

③ 由于管路的一部分殘余油漆被溶劑推出，所以可以減少清洗管路的時間，從而降低了清洗換色的整體時間。

Paint Push功能啟用之后，首先記錄每一個程序所對應每種Option的每種顏色的油漆消耗量，并將消耗量記錄在程序中（accuvol.sys），該消耗量的記錄是為了當相同顏色車再次進行噴涂時，將以這個記錄為推送量的基礎數據進行推送。

例如：4號程序的1號顏色油漆消耗量記錄為305ml；

參數設置—總推送量：36ml，推送因子：50%，即實際推送量為18ml；

那么當機器人噴涂量達到287ml時，將開啟推送。

當機器人的某一個程序的噴涂刷子表被更改時，機器人的一個信號（A1BrushChanged）被觸發，將復位該程序的所有Option的該種顏色的油漆消耗量統計，當更改刷子表后的第一臺相同顏色車身進站噴涂時，將不會進行Paint Push，將消耗的油漆量重新統計進程序（accuvol.sys）中，后面相同顏色的車將進行Paint Push。

每一次噴涂過程中，機器人都會比較加載的程序的保存時間是否有變化，若有變化，說明軌跡程序被更改，將停止Paint Push，并復位掉該程序所有Option的顏色消耗統計量數據，重新對該程序每種顏色、每種Option的油漆消耗統計，統計完成的顏色將會在下一次相同顏色的任務進站時進行Paint Push。

2 Paint Push技術功能導入

1）硬件安裝

首先機器人工藝臂上需要進行Push閥門的安裝，如下圖3：

2）信號的配置

閥門的信號和系統內部的信號需要在軟件中配置好，方便后面的調用，如下圖4：

3）機器人系統內部拓展功能模塊的導入

在機器人噴涂程序中打開相關的拓展功能模塊Paint Push，并將相關功能文件導入到機器人系統中，如下圖所示。

3 Paint Push技術功能測試

噴涂站：中涂外噴；

測試機器人：PRE_R21；

流量（Fluid）：300cc/min；

測試軌跡總消耗量：60ml；

管路推送量（Push volume）：36ml

推送因子（Factor）：0.5、0.6、0.7；

測試結果：狀態OK，沒有過推現象；狀態Not OK，有過推現象，詳見下圖：

4 Paint Push技術經濟分析

4.1 節省油漆消耗

1）油漆管路分析

如圖可知，從旋轉換色閥的取漆點到霧化器前端的油漆總量（Paint volume）為36cc；正常清洗時，需要將36cc涂料全部按廢漆排放掉。

2）計算

為了保證產品質量的穩定，將Factor設定為0.5。

節省油漆計算公式：Paint volume * Factor = 36 * 0.5 = 18 cc ，即一臺機器人在這臺車身上節省了18cc的油漆，從中涂到面漆一共需要經過5個站，其中4個站是6臺機器人，1個站是4臺機器人，共28臺機器人，一共節省油漆量為504cc，若每天產量500臺，5臺車換色清洗一次，每天可以節省50400cc的油漆，若按照每周上班5天，全年260天的工作日，這個數字將十分驚人。

4.2 節省清洗換色時間

由于在噴涂的最后使用溶劑將管路中50%的油漆推出，所以在清洗管路時可以將清洗時間縮短，從而達到降低整體的清洗換色時間，為工藝優化提供一些節拍的空間，對比照片如下：

沒有Paint Push時的管路清洗時間為12s；觸發Paint Push后的管路清洗時間為3.7s，降低了8.3s，對于清洗換色來說，單從節省時間方面，這是一個非常大的節省力度，將對節省節拍時間做出巨大的貢獻。

5 風險分析

（1）當溶劑進入齒輪泵時，可能會對油漆的流量產生一定的波動，出現一定的噴涂質量問題；

（2）若出現溶劑推送過多時，容易產生高壓報警問題，影響正常的生產；

（3）溶劑推送的量沒有調節好或出現過推的情況，會使溶劑噴到車身上，產生嚴重的質量問題，給下一道生產工序帶來不必要的麻煩。

6 結語

經過實踐證明，Paint Push技術的應用即充分利用了車間有限的資源條件，又在保證產品質量的前提下，給車間的節能減排和成本降低做出了巨大的貢獻，雖然此功能的探索和測試過程是艱難的，但這一成果的確值得在其他噴涂車間進行推廣和應用。