淺談PCF計量系統在汽車底板膠噴涂領域的應用

張旭

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淺談PCF計量系統在汽車底板膠噴涂領域的應用

張旭

（上汽大通汽車有限公司，江蘇 無錫 214100）

文章以商用車公司涂裝車間底板膠自動噴涂區域為背景，簡單闡述了PCF計量系統噴涂技術、工藝參數以及針對PCF計量系統底板膠噴涂設備常見的問題進行簡單的分析。

機器人；噴涂技術；工藝參數

引言

現如今，汽車制造廠大都以工業機器人取代人工，進行整車制造，涂裝車間更是如此，是四大車間中自動化集成度最高的車間。高精度、高水準的工業機器人能夠出色的完成車身、底板、裙邊的膠密封以及中面涂等工作。目前安裝于底涂機器人上的噴涂設備品牌種類有很多，尤以GRACO公司的PCF設備得到了廣泛的應用。本文以某商用車公司涂裝車間底板膠自動噴涂區域為背景，對PCF計量系統底板膠噴涂技術、工藝參數進行簡單的闡述，并對系統底板膠噴涂過程中常見的問題進行簡要的分析。

1 底板膠自動噴涂現狀

底涂工序一直以來都是涂裝車間節拍提升的瓶頸，因為其特殊的工序位置，一旦停線則影響整個車間的節拍，而機器人代替人工進行底涂作業能夠有效地緩解此難題。然而，底板膠噴涂機器人快速、高質量的完成作業的同時，也帶來了不少問題，機器人并非人工，無法實現自動調節控制，工藝參數的設定就顯得尤為重要，一旦參數設置出現問題，則會帶來持續性的質量缺陷和故障停線。此外如何保證機器人外圍設備（包括PCF計量系統、視覺拍照識別系統）長期穩定，也是不小的挑戰。

2 PCF計量系統介紹

PCF是精確分注系統的簡稱，在汽車與工業應用中可對密封膠、底板膠進行精確連續的流量分配。該系統通過先進的技術可提供最終控制，從而實現平順、穩定的膠型、滴注及噴涂模式。可以說PCF計量系統是底涂機器人最重要的外圍設備，直接關系到底板膠噴涂質量。

2.1 PCF計量系統組成

PCF 計量系統由控制中心/高級顯示模塊(ADM)、流體盤、GRACO CAN 電纜、網關模塊四部分組成。控制中心/高級顯示模塊(ADM)提供簡單的設置監控及系統診斷，包括USB接口，并對各流體盤進行獨立控制，可控制多塊流體盤，采用通信網關模塊最多可控制四塊，采用離散網關模塊最多可控制兩塊，最多可控制16個分配器；流體盤內部裝有先進的傳感器為系統控制提供反饋，并根據材料溫度、粘度、分配流速或自動裝置速度的變化進行實時調整該組件采用在閉環中運行的流量計和先進的壓力傳感器實現穩定和即時的調節，確保實現精確的分配。GRACO提供各種流體壓力調節器和流量計的組合，形成六種配置，支持范圍廣泛的常溫材料或需加熱的熱熔材料；GRACO CAN 電纜主要負責高級顯示模塊和流體盤之間的數字通信；網關模塊負責支持GRACO PCF 與生產工藝中其他系統的通信，網關模塊主要由DeviceNet、EtherNet/IP、PROFIBUS、PROFINET等，PCF系統外觀如圖1所示。

圖1 PCF計量系統

2.2 PCF用戶控制

控制中心含有與流體盤通信的電子元件。用戶界面易于使用，且可拆卸，增加廠內使用的移動性和靈活性。PCF控制中心可監控每個周期內分配的材料量；可修改系統值或進行簡單測試，無須對自動裝置控制器進行重新編程；此外，該系統還可提供系統診斷功能，便于用戶更輕松地查出問題；系統集成的 USB 接口便于下載數據，用戶可以使用它將過程數據以及工作和錯誤日志下載到閃存上，以便進一步分析，也可將有價值的設置參數存檔。

2.3 PCF計量系統優點

1）降低使用成本

初期資本投入更少，與注射式計量缸相比易損件更少，維護更簡單。

2）提高工藝效率

提供穩定持續的流量，不必像注射式計量缸方式那樣需較長時間填料，也無需為其他更復雜的機械解決方案付出更多費用，該系統具有直觀的用戶界面和控制選項，可通過自診斷可采取預測及防范維護措施。

3）提高操作可靠性

具有多個分配器控制能力，最多可編制16個分配器的參數，其卓越的流量控制功能可減少材料浪費。

4）獲得一致、可重復的效果

GRACOPCF采用閉路技術保證出料的穩定性。該技術得到流體的反饋，根據材料溫度、粘度、分配流速或自動裝置速度的變化進行調整。通過實時調整GRACOPCF可實現高度精確的連續分配。

5）適應各種生產需求變化

模塊化設計，系統靈活性高，結構緊湊，幾乎沒有移動部件，維護簡單，且易于集成和安裝。

3 PCF系統配置與調試

3.1 噴槍選擇

現場采用GRACO自動無氣膠槍進行底板膠噴涂。噴槍采用GGO系列噴嘴，噴嘴的口徑由0.178mm至1.4mm不等，流體輸出在0.2至12.3不等，因此在幾十種型號中選擇適合于現場的型號尤為重要，一般汽車廠根據距離為300mm時的最大噴型寬度選擇5系列和3系列兩種，5系列為大噴嘴，適用于噴涂車底部大面區域，3系列為小噴嘴，主要用于噴涂車底部小面積復雜區域以及裙邊區域。每個機器人配一個GRACO自動無氣膠槍，每個膠槍上配兩個分注閥，即配置兩個噴嘴，分注閥和噴嘴樣式如圖2所示。車型軌跡調試時一般會采用一大一小的組合方式，根據實際情況設置每個噴嘴的角度、方向。

除自動無氣膠槍以外，還可以選擇旋轉式膠槍。此款膠槍具有能夠實現穩定材料分配的PrecisionSwirl旋膠技術。如今，PrecisionSwirl技術可通過高效顯示模塊在PCF計量系統中進行簡化變向所需的自動裝置編程，便于自動化系統集成。

3.2 PCF系統與機器人連鎖調試

PCF系統與底涂機器人關系非常密切，二者的配合的好與壞直接影響了底涂作業的質量。機器人軌跡調試過程中需要控制膠槍噴嘴到噴涂面的距離簡稱槍距。槍距一般設置在0.2-0.3m為最佳，因為槍距過大會導致噴涂扇幅增大，膜厚減少，且易造成膠霧。反之槍距過小則使扇幅變小，膜厚增大，易出現滴膠、露底等缺陷。

機器人走槍速度也需要和PCF系統壓力、流量相匹配。走槍速度較快而噴涂壓力較低時則容易出現膜厚不達標甚至露底等缺陷；反之走槍速度較慢而噴涂壓力較高則會出現堆膠、膜厚不均勻等缺陷。因此，如何控制好走槍速度和系統壓力、流量的值使得噴涂過程中底板膠的膜厚呈現均勻且膜厚適中是調試的關鍵。一般走槍速度控制在0.4-0.6m/s 之間，并據此調節PCF系統的壓力和流量，反復驗證，尋求最佳匹配值。

4 PCF系統噴膠常見問題及對策

4.1 開關槍壓力波動問題

相信負責涂裝底涂機器人噴涂設備的工程師調試過程包括后期都會遇到此問題。實際上開關槍壓力波動是與系統預充壓力有很大關系的，只有做好動態預充控制才能更好地為即將進行的分注做好準備。首先需要利用壓力/流量指令在所有分注閥都關閉時主動將出口壓力設定到理想大小。設置好預充縮放值和預充時間值，確保在所有分注閥都關閉時，將執行關閉縮放功能，打開一個分注閥后，將立即采取開啟縮放功能，并在用戶指定的工作時間內持續進行。預充縮放值可修改控制信號，后者是獲得所需壓力/流量所必需的。通過改變壓力/流量指令值，可動態更改整個系統的預充壓值。

此外，由于PCF 流體調節器可以在物理上比分注設備及其電磁閥響應得更為迅速。因此，流體調節器可能會在分注設備未來得及開時，便將材料供應到該設備，向閉合的設備供應材料可能會造成壓力積累，在循環的最后，分注設備可能會停止工作，直到壓力消除，這可能會導致下一次循環開始時分注材料過量。為擺脫這問題，需更改流體調節器和分注設備的相對延遲時間，可參見圖2啟閉延遲變量。值得注意的是，啟閉延遲可以對每一個分注設備進行設定。一般而言，延遲應調整到無流量時的出口壓力略低于分注時的出口壓力為最佳。

圖2 啟閉延遲變量時間軸

4.2 流量標注問題

在PCF系統調試階段，包括后期長時間使用時，會出現系統流量檢測不準現象，甚至偏差很大。經統計分析，大多數密封劑和粘合劑是可壓縮的，由于流量計是在高壓下測定材料的，所分注材料的實際體積可能與測定體積略有不同，原因就在于這種可壓縮性上。PCF系統模塊中設置由K-因子，此值用于流量標注。如果K-因子不正確，所顯示的體積量也會不準確。可利用克量級的方法，在初始化設置時校準流量計，并按日常的基準檢查流量計磨損情況。首先，記錄下流體盤上顯示的流量計K-因子值。然后使用500毫升或者更大的量杯測量空燒杯的質量，手動將材料噴入量杯，記錄下流體盤界面上分注的體積，據此計算實際分注量級K-因子值并輸入系統中。具體計算方法如下：

計算實際分注量：

流體質量（克）÷密度（克/升）=測定體積（毫升）

計算新的流量計K-因子：

K-因子（新的）=所顯示的體積（毫升）*K-因子（原來的）÷測定體積（毫升）

4.3 PCF噴涂相關的工藝質量問題

PCF系統噴涂相關的質量問題主要有底板膠膜厚不均、露底、膠霧等問題。

關于膜厚不均主要為車型軌跡調試過程中各噴涂區域點位噴涂參數（包括噴涂壓力、噴槍距離等）設置不合理導致，需要調整膜厚不均區域噴涂參數；排除軌跡調試參數因素，則需考慮設備運行不穩定的影響，對問題車型進行跟蹤，檢查設備運行穩定性。

露底產生的原因首先考慮噴涂扇幅過小影響，導致扇幅過小的因素包括油漆粘度較大、底板膠膠溫較低、噴涂瞬時壓力小等。需要檢查油漆粘度、膠溫、噴涂瞬時壓力等參數是否正常，噴涂瞬時壓力異常考慮膠泵故障；其次考慮車型軌跡調試參數設置不合理，問題點位的槍距較小，或者噴涂壓力、流量設置不合理，調整車型軌跡參數。

膠霧主要是由噴涂扇幅過大導致，扇幅過大的影響因素有油漆粘度較小、底板膠膠溫較高、噴涂瞬時壓力較大等。需要檢查油漆粘度、膠溫、噴涂瞬時壓力等參數是否正常；其次考慮外圍環境影響，室體風速、風向變化；需要檢查室體送排風系統，調整風速及風向。

5 PCF系統噴涂效率后期改進

PCF系統雖然效率比較高，但如生產線節拍提升較快，底涂工序仍可能成為瓶頸，因而仍需提升PCF系統的整體工作效率。可從噴嘴選擇入手，3系列小口噴嘴雖然可以照顧到細小區域，但噴涂效率不如大口徑噴嘴，在底涂節拍不滿足的情況下可考慮采用雙大口徑噴嘴組合的方式進行噴涂，可采用一橫一豎方式配合，豎噴嘴主要還用于噴涂輪罩，以此來提升底涂節拍。也可考慮通過增加底涂機器人數量來提升效率。

6 結束語

隨著汽車生產制造節拍的不斷提升，自動化已逐步取代人工成為造車主力軍，在保證設備的平穩運行的基礎上如何提升設備的運行效率已成為行業最主要的課題。PCF計量系統憑借其高效率、高集成度、低成本等優點已普遍應用于汽車底板膠噴涂領域，我們也唯有通過對其不斷地調試與改善、豐富學術見識、積累寶貴經驗，才能保證汽車底板膠噴涂的質量，提升底板膠噴涂的效率，才能更好地服務于汽車制造行業。

[1] 王錫春.涂裝車間設計手冊[M].北京化學工業出版社,2013.

[2] 陳治良.現代涂裝手冊fMJ.北京:化學工業出版社.2010.

Brief Discussion on application of PCF metering System in UBC spraying

Zhang Xu

( SAICMOTOR Maxus Co., Ltd., Jiangsu Wuxi 214100 )

Based on the background of the automatic spraying area of the floor glue in the painting workshop of the commercial vehicle company, the spraying technology and process parameters of the PCF metering system and the common problems of the floor glue spraying equipment in the PCF metering system are briefly described.

Robot; Spraying technology; Technological parameter

U445

A

1671-7988(2019)08-213-03

U445

A

1671-7988(2019)08-213-03

張旭（1990-），男，維修工程師，本科，就職于上汽大通汽車有限公司，從事汽車制造、底涂噴膠機器人研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.068