淺談噴涂機(jī)器人自主仿形調(diào)試難點(diǎn)及解決方案

秦奧帆

淺談噴涂機(jī)器人自主仿形調(diào)試難點(diǎn)及解決方案

秦奧帆

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330100）

文章闡述了汽車涂裝廠噴涂機(jī)器人在新車型自主仿形調(diào)試過(guò)程中所遇到的問題及相應(yīng)的解決方案。重點(diǎn)介紹了在不新增噴涂機(jī)器人及其他設(shè)備、不降低生產(chǎn)節(jié)拍、保證生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的前提下，為解決噴幅重疊率不達(dá)標(biāo)、機(jī)器人極限位（死軸）、出現(xiàn)色差及機(jī)器人碰撞等問題，采用了優(yōu)化仿形軌跡、機(jī)器人姿態(tài)和改變噴涂速度、調(diào)整膜厚、固體份及色漆二次成膜比例等方法，使得新車型油漆外觀質(zhì)量達(dá)標(biāo)，最終保證了自主完成汽車涂裝廠新增車型的順利投產(chǎn)。

噴涂機(jī)器人；新增車型；自主仿形調(diào)試；生產(chǎn)節(jié)拍；噴幅重疊率；極限位

引言

隨著人工智能的普及和人工成本不斷增高，越來(lái)越多的汽車廠使用噴涂機(jī)器人代替人工噴涂，噴涂機(jī)器人優(yōu)勢(shì)在于噴涂質(zhì)量高、油漆使用率高和生產(chǎn)效率高。我司在投產(chǎn)之初，所有車型的噴涂機(jī)器人仿形調(diào)試都是由機(jī)器人廠家完成的。為了滿足市場(chǎng)需求及公司發(fā)展需要，生產(chǎn)線引入了新的車型，同時(shí)考慮到節(jié)約仿形調(diào)試成本，提升工程技術(shù)人員相關(guān)技術(shù)能力等因素，我司決定自主完成新增車型的噴涂機(jī)器人仿形調(diào)試。

1 仿形調(diào)試原則

經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)反復(fù)討論，提出以下仿形調(diào)試原則：

（1）自主完成噴涂機(jī)器人仿型及工藝調(diào)試工作；

（2）不新增設(shè)備項(xiàng)目投資，投資費(fèi)用為零；

（3）在不影響正常生產(chǎn)并保證項(xiàng)目進(jìn)度的前提下最大化降低成本；

（4）新車型油漆外觀及性能數(shù)據(jù)滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2 仿形調(diào)試流程及優(yōu)化措施

2.1 仿形調(diào)試流程

為了不影響正常生產(chǎn)并保證項(xiàng)目進(jìn)度，盡可能縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，減少人員加班時(shí)間，將調(diào)試能耗降到最低，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目小組討論，制定以下仿形調(diào)試流程，如圖1所示：

圖1 仿形調(diào)試流程圖

2.2 優(yōu)化措施

（1）調(diào)試人員優(yōu)化：將操作站的工作量并入設(shè)備工程師，將檢驗(yàn)員工作量并入質(zhì)量工程師，設(shè)備工程師在調(diào)試后期由2人減為1人。

（2）設(shè)備降耗措施：利用生產(chǎn)結(jié)束后時(shí)間進(jìn)行各項(xiàng)調(diào)試工作，減少設(shè)備開關(guān)機(jī)及運(yùn)行時(shí)間。盡可能避免周末調(diào)試而單獨(dú)開啟設(shè)備。

（3）調(diào)試車身和原輔料降本措施：多個(gè)車型同一個(gè)顏色盡量集中調(diào)試，減少清洗小系統(tǒng)次數(shù)，以降低調(diào)試油漆的消耗。

（4）調(diào)試過(guò)程優(yōu)化：采用車衣測(cè)膜厚替代貼馬口鐵板、優(yōu)化調(diào)試車工藝路線減少占用生產(chǎn)時(shí)間。

3 仿形調(diào)試工藝過(guò)程

3.1 噴幅調(diào)整

調(diào)整噴幅的流量，轉(zhuǎn)速，外整形，內(nèi)整形，高壓五個(gè)參數(shù)。

3.2 軌跡編程

程序模塊的主程序及子程序進(jìn)行軌跡編程。

3.3 校對(duì)槍距

校對(duì)工具坐標(biāo)與工件坐標(biāo)的垂直距離，外加電槍距200 mm，內(nèi)加電槍距250 mm。

3.4 測(cè)量單層膜厚

整車的中涂，色漆，清漆每個(gè)涂層的膜厚測(cè)量（為了保證整車每個(gè)涂層膜厚的均一性從而保證整車復(fù)合涂膜的一致性，也為了控制涂料的使用量）。

3.5 測(cè)量涂著固體份

機(jī)器人噴涂到車身上一定面積內(nèi)的涂料固化后的重量與濕膜重量的比（調(diào)整涂著固體份是為了保證汽車在閃干與烘烤過(guò)程中的脫水量，保證漆膜的外觀，防止出現(xiàn)氣泡、針孔等涂膜弊?。?。

3.6 測(cè)量爐溫曲線

使用爐溫檢測(cè)儀測(cè)定整車8個(gè)位置的溫度，保證整車漆膜溫度在工藝要求范圍內(nèi)。

3.7 測(cè)量復(fù)合涂膜參數(shù)

中涂，色漆，清漆組成的整車漆膜測(cè)量（調(diào)整復(fù)合涂膜是為了保證整車各個(gè)部位的漆膜膜厚的一致性，從而保證整車漆膜外觀一致性）。

3.8 調(diào)整色差

將色差分為L(zhǎng)（黑白項(xiàng)）、a（紅綠項(xiàng)）、b（黃藍(lán)項(xiàng)）三個(gè)緯度進(jìn)行分析調(diào)整（色差控制是為了使生產(chǎn)車輛的顏色與標(biāo)準(zhǔn)顏色一致，保證產(chǎn)品色差的一致性）。

4 仿形調(diào)試過(guò)程中的難點(diǎn)及解決措施

4.1 噴幅重疊率

新增車型是在不改變生產(chǎn)節(jié)拍的基礎(chǔ)上，改變噴涂速度進(jìn)行噴涂，經(jīng)過(guò)多次噴涂膜厚始終達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)范圍。通過(guò)項(xiàng)目小組的討論，重新調(diào)試機(jī)器人噴涂工藝參數(shù)，滿足噴幅要求。

圖2 噴幅測(cè)試軌跡圖

在噴幅測(cè)量的過(guò)程中，出現(xiàn)膜厚過(guò)薄，導(dǎo)致噴幅測(cè)量不準(zhǔn)。經(jīng)討論，采取了編制來(lái)回三段的仿形及模擬正常噴涂時(shí)的仿形，增加膜厚的方法，如圖2所示。

同時(shí)，在機(jī)器人噴涂過(guò)程中，還出現(xiàn)了單邊發(fā)花，上漆率低的情況。通過(guò)分析驗(yàn)證，原因?yàn)轳R口鐵板放置在格柵板上，貼近文丘里水循環(huán)，沉降風(fēng)速不均勻?qū)е隆ｍ?xiàng)目組制作了高800 mm的平臺(tái)用于放置馬口鐵板，解決了噴幅測(cè)量中面漆不均勻的問題，如圖3所示。

圖3 馬口板放置圖

表1 清漆站噴涂工藝參數(shù)

清漆站噴幅數(shù)據(jù) 車型流量/(mL/min)轉(zhuǎn)速/(krpm)外整形/(NL/min)內(nèi)整形/(NL/min)電壓/(?kV)噴幅/(≥330 cm)重疊率(≈66.7%)/% 瑞邁標(biāo)軸300434202506029062 300433502506031065 300433502006033567 300433002006030063 新增車型400434502006025056 400434002506024054 300433002006034068 300432801506048477

通過(guò)調(diào)整流量、轉(zhuǎn)速、整形空氣等參數(shù)，最終確定了新車型的各顏色、涂層的噴涂工藝參數(shù)，如表1所示。

4.2 機(jī)器人極限位（死軸）

新增車型在調(diào)試的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)器人極限位故障報(bào)警[1]。由于新增車型比原車型的整車噴涂面積大，導(dǎo)致噴涂新增車型時(shí)機(jī)器人出現(xiàn)極限位，如圖4所示。采取以下方法避免出現(xiàn)機(jī)器人極限位：

圖4 極限位狀態(tài)圖

圖5 極限位優(yōu)化圖

4.2.1優(yōu)化機(jī)器人姿態(tài)

觀察機(jī)器人出現(xiàn)極限位時(shí)的姿態(tài)，重新調(diào)整軸姿態(tài)于可自動(dòng)步進(jìn)下一個(gè)軌跡點(diǎn)，如圖5所示。

4.2.2改變噴涂速度

在不影響工藝標(biāo)準(zhǔn)的前提下提高或降低部分區(qū)域的噴涂速度（vPaint），如圖6所示。

圖6 噴涂速度優(yōu)化后示意圖

4.3 色差調(diào)整

對(duì)于新增車型，工藝參數(shù)需重新驗(yàn)證。噴涂參數(shù)不同，會(huì)導(dǎo)致金屬漆中鋁粉排列方向不同，出現(xiàn)色差問題。通過(guò)以下措施，使色差達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)：

4.3.1調(diào)整膜厚

在調(diào)試階段，首先增加刷子表中的流量參數(shù)，提升膜厚，色差降低一點(diǎn)。

4.3.2調(diào)整固體份

其次在微調(diào)金屬漆涂準(zhǔn)固體份[2]讓金屬漆噴涂在車身上時(shí)含水量更低，進(jìn)一步降低色差。

4.3.3調(diào)整色漆二次成膜比例

通過(guò)反復(fù)摸索驗(yàn)證，改變色漆二次成膜的比例，由原來(lái)的5:5比例，改成6:4比例，從而改善金屬漆L值偏低的問題，使色差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如表2所示。

表2 清漆站噴涂工藝參數(shù)

雅致銀 車型部位45°L45°a45°b 瑞邁標(biāo)軸左葉子板62.17?0.91?2.94 左前門63.02?0.89?2.95 左后門62.66?0.88?2.91 左后側(cè)圍61.98?0.94?2.88 新增車型部位45°L45°a45°b 左葉子板62.27?0.94?2.95 左前門62.63?0.92?2.96 左后門62.45?0.88?2.92 左后側(cè)圍61.99?0.93?2.89

4.4 節(jié)拍

新增車型與原車型前后噴涂時(shí)需進(jìn)行換色清洗，這時(shí)就存在換色清洗時(shí)間不足的問題（只有7 s時(shí)間），從而導(dǎo)致后一臺(tái)車的在噴涂過(guò)程中會(huì)與機(jī)器人發(fā)生碰撞[3]。

通過(guò)以下方法驗(yàn)證：

4.4.1縮短清洗節(jié)拍

修改換色清洗程序，在保證機(jī)器人清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)前提下，換色清洗節(jié)拍由13 s縮短為9 s。

4.4.2修改起噴距離

起噴時(shí)間點(diǎn)延遲，經(jīng)驗(yàn)證討論起噴距離最大可延遲起噴距離100 mm，可提升換色清洗節(jié)拍2.9 s。

4.4.3新增車型在面漆撬的原位置后移適當(dāng)距離

經(jīng)反復(fù)討論驗(yàn)證相對(duì)當(dāng)前位置向后移600 mm，并在程序中修改起噴距離從650 mm改為1 250 mm，優(yōu)化換色清洗時(shí)間節(jié)拍到17.5 s。這樣既保證了換色清洗節(jié)拍的要求，又避免了與機(jī)器人碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 節(jié)拍優(yōu)化示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新產(chǎn)品車進(jìn)行噴涂機(jī)器人自主仿行調(diào)試，從人、機(jī)、料、法、環(huán)五大方面考慮，合理安排自主仿形調(diào)試計(jì)劃，在不影響正常生產(chǎn)并保證新產(chǎn)品按計(jì)劃順利投產(chǎn)的前提下，解決了在仿形調(diào)試過(guò)程中遇到的噴幅重疊率、機(jī)器人極限位等問題。

本項(xiàng)目在不依賴機(jī)器人廠家的情況下獨(dú)立完成了噴涂機(jī)器人仿形調(diào)試的整個(gè)過(guò)程，為公司節(jié)省能耗成本、人工成本和仿形調(diào)試費(fèi)用共計(jì)250萬(wàn)元，而且使技術(shù)人員在仿形調(diào)試整個(gè)過(guò)程中積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，提升了工程技術(shù)人員能力。噴涂機(jī)器人是汽車涂裝線關(guān)鍵設(shè)備，掌握機(jī)器人仿形調(diào)試技術(shù)對(duì)新車型導(dǎo)入、項(xiàng)目進(jìn)度、費(fèi)用節(jié)約都有很大的助力作用，工程技術(shù)人員掌握了涵蓋輕卡、皮卡、SUV等多種車型仿形調(diào)試技術(shù)，在行業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

[1] 佘明洪,余永洪.工業(yè)機(jī)器人操作與編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.

[2] 易建紅,李秀峰.汽車涂裝工藝[M].北京:人民交通出版社,2012.

[3] 宋云艷,周佩秋.工業(yè)機(jī)器人離線編程與仿真[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.

Discussion on the Difficulties and Solutions of Self-profiling Debugging for Spraying Robot

QIN Aofan

( Jiangxi Isuzu Automobile Co., Ltd., Jiangxi Nanchang 330100 )

The article expounds the problems encountered by the spraying robots in the self-profiling and debugging process of the new vehicle model at the auto-coating factory and its corresponding solutions. It focused on solving the problems such as substandard spray amplitude overlap rate, robot limit position (dead axis), color difference and robot collision when it is without adding the spray robot, other equipment and reducing the production cycle and ensuring the normal production of the production line. The methods of optimizing the profiling trajectory, robot posture, changing the spraying speed, adjusting the film thickness, solid content and the secondary film-forming ratio of color paint were used to make the appea- rance quality of new vehicle model meet the standard, and finally ensured the successful production of new vehicle model in the automobile coating plant.

Spraying robot; New vehicle model; Autonomous profiling debugging; Production cycle; Spraying overlaprate;Limit position

U466

B

1671-7988(2021)24-114-04

U466

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.026

秦奧帆（1992—）， 女，學(xué)士，助理工程師，就職于江西五十鈴汽車有限公司，研究方向：汽車涂裝設(shè)備。