淺談影響機器人噴涂質量的因素

李運榮　覃雄斌　李青

摘 要：隨著智能制造產業的快速發展，我們都知道，在汽車涂裝車間，一方面是長時間處于噴漆環境中對人身體很多不利，另一方面是手工噴涂質量也是存在較多的不穩定，而采用噴涂機器人，在涂層質量問題上，相對具備了較高的穩定性和可靠性，同時也滿足生產效率的需求。但是，即便是使用了噴涂機器人的代人工作，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量，在使用噴涂機器人的過程中，也是需要根據實際的工況進行對策調整，以減少那些因素對涂層質量所產生的影響。

關鍵詞：噴涂機器人 穩定性 可靠性 涂層質量 生產效率

1 引言

在汽車生產四大工藝中，涂裝工藝是產品制造的一個重要環節，其過程中很多因素將會對產品防腐、外觀質量、裝飾性能等產生影響。涂裝車間人工噴涂噴房環境惡劣，涂料的有機物、粉塵等影響工人身體健康，人工噴涂在生產效率、涂層質量、穩定性和可靠性及涂料利用率方面的瓶頸日益顯現。隨著工業制造的產業升級，采用機器人替代人工噴涂是工廠趨勢，噴涂機器人也成為了工廠改造生產線升級的一種使用方式。那么，應用噴涂機器人會有哪些因素影響著噴涂的質量呢？根據在涂裝車間多年經驗，帶您了解影響FANUC噴涂機器人的涂裝質量因素。

2 影響涂層質量的五要素：人、機、料、法、環

任何產品生產質量的分析檢測都要從產品品質檢測的五要素來進行分析，對于機器人噴涂質量的檢查也要從這五要素進行分析：

2.1 人的因素，機器人操作人員操作技能因素

噴涂機器人操作人員均參加了各班組組織的培訓和考核，需掌握操作設備技能并取得了操作合格證，才能獨立上崗操作設備。操作人員在噴涂機器人正常的自動運行過程中，只需根據相應工位所列出的TPM標準進行檢查機器人的運行狀態是否正常，未超出運行標準且設備無報警現象的均屬于設備運行正常。所以，在機器人噴涂參數設置驗證完成且設備調試完成后，認為自動生產過程產生的噴涂質量與操作人員無明顯對應關系。所以，操作人員技能不足因素，不是造成影響噴涂質量的主要因素。

2.2 機器的因素，生產現場的噴涂機器人選型的因素

噴涂機器人性能的可靠性也直接影響到噴涂質量的穩定性，公司在買噴涂機器人時是根據通用系統要求，選擇正規有規模的噴涂機器人生產廠家。FANUC機器人屬于幾大機器人品牌之一，售后服務方面有保證，并且保證為客戶培訓熟練的操作技能。而且，在通用系統各大汽車涂裝車間已經廣泛應用，屬于相對成熟的選擇，在性能方面屬于穩定的設備。因此，噴涂機器人的品牌型號選擇，也不是造成影響噴涂質量的主要因素。

2.3 料的因素，油漆品質及其溫度、粘度和輸送壓力等相關控制的因素

2.3.1 涂料的品質

涂料品質對汽車涂裝質量保證是至關重要的，選擇可靠的品牌涂料，其產品具有良好的出廠要求標準和服務標準，產品性能的穩定性也相對較好，對涂裝工藝的施工是一個有利的保障。在選定一個穩定品牌的涂料后，在同批次涂料使用穩定后，造成噴涂質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速度，溫度偏高，揮發速度相對快，噴到工件上后，涂層表干速度也快，不利于流平，容易產生桔皮、痱子等現象；而涂料溫度偏低，則在噴涂至工件過程中的霧狀涂料揮發速度緩慢，當噴到工件上后，涂層因重力原因易出現掛流等缺陷問題。所以，在涂裝生產工藝中，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，以提高噴涂機器人的霧化效果和工件涂層質量。

2.3.3 涂料粘度

涂料粘度對涂層質量的影響很大，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，出現發花等現象，罩光清漆則涂層流平性不好，出現桔皮等現象；而粘度偏低，則會使涂層閃干緩慢，易出現掛流等缺陷問題。所以，掌控好涂料的粘度，對涂料粘度做好定期監測，以確保涂料在工藝要求的粘度范圍內。

2.3.4 涂料輸送壓力

噴涂機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器人的霧化效果。在噴涂過程中，維持涂料輸送壓力穩定，給機器人設定好壓力波動范圍，比如：設定機器人噴涂壓力為7±1bar，上下波動超過1bar就應該發出相應的警告或故障報警，通知輸送涂料的設備操作人員關注設備運行狀態等。涂料輸送壓力穩定輸出才可以保證噴涂機器人的霧化效果穩定，從而保證工件涂層的質量均勻程度。

2.4 法的因素，也就主要指的是對噴涂機器人軌跡編輯使用技能和參數設置的因素

2.4.1 噴涂軌跡編輯

在機器人編程中，養成規范化的編程習慣，編程過程中必定事倍功。機器人噴涂軌跡編輯質量影響涂層質量，主要是涂層的均勻性。機器人噴涂軌跡編輯質量主要體現在遵循噴涂軌跡分布均勻、噴涂距離控制、軌跡點數量及其姿態的控制、走槍速度等方面，而且噴涂機器人在這些方面的控制都具備很好的穩定性和可靠性。

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，原則上已經確定機器人軌跡間距，比如：測定噴幅為350mm后，機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，但越易產生積漆而流掛現象，因此需要在注意把控噴涂距離。常規建議在250～300mm，示教機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 軌跡點數量及其姿態的控制

在噴涂編輯軟件自動生成機器人噴涂軌跡點后，會根據工件表面特征出現許多冗余軌跡點（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適合整個軌跡的順暢，避免動作頻繁變化影響噴涂質量。

2.4.1.4 走槍速度

機器人噴涂走槍速度，走槍速度大，噴涂上漆率低，涂層膜厚低，易出現膜厚不足現象，反之，涂層膜厚高，且易出現流掛等現象。所以，需根據現場相關機器人設置參數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量和完成生產線節拍的保證。

2.4.2 噴涂參數設置

機器人參數設置主要是噴涂流量、成型空氣、旋杯轉速及高壓靜電，具體如下：

2.4.2.1 噴涂流量

機器人的噴涂流量設置的大小，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，設置的流量大小根據實際情況也會存在差異。另外，噴涂工件區域形狀、大小、走槍速度等不同，設置的流量也不同。

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 旋杯轉速

在一定程度上來說，經過旋杯霧化后的漆滴直徑越小，涂層的桔皮效應越小，光澤也越高。機器人旋杯轉速的設定需要根據不同涂料、流量大小等進行相應設置。旋杯轉速在一定條件下是與流量成正比關系的。另外，轉速越大，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

在機器人靜電噴涂中，工件為正極，旋杯為負極，通過高壓靜電發生器作用，在兩極之間施加高電壓后，產生強電吸引力，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、上漆率及漆膜的均勻性。在生產中，要結合油漆的特性和其它相關參數，不斷優化，才能到達理想的噴涂效果。

2.5 環境的因素，也就是對機器人噴涂環境溫度、濕度的影響分析

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

2.5.1 溫度控制

極端溫度主要出現在冬夏季節。在室外溫度偏低或偏高時，均需送風系統進行相應的制熱或制冷，以滿足噴房的送風在工藝溫度范圍內。

冬季室外溫度偏低，影響送風設備的制熱效果，噴房內溫度容易出現不能滿足工藝要求的22℃以上的現象，施工環境溫度偏低，噴涂過程及噴涂到工件后，漆霧及涂層調試劑揮發緩慢，流平時間會延緩，容易造成流掛現象。

在夏季室外溫度偏高，影響送風設備的制冷效果，噴房內溫度容易出現不能滿足工藝要求的28℃以內的現象，施工環境溫度偏高超出范圍，噴涂過程及噴涂到工件后，漆霧及涂層調試劑揮發增快，一方面流平時間會驟減，容易造成流平不足表面桔皮現象，另一方面會出現表干過快，外層涂料已經表干而內層涂料未能繼續揮發出來，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，影響出車質量。

2.5.2 濕度控制

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

施工環境相對濕度超過80%的偏高現象時，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量，另一方面，由于空氣中濕度偏高，噴涂后的涂層揮發性能也會降低，涂層在工件上的油漆流平性增加，最為常見的是容易出現流掛現象。

施工環境相對濕度太低，低于50%的偏低現象時，會根據不同的偏低程度，造成漆霧和涂層不同程度的揮發驟增現象，在噴涂過程中就能使涂料中的大部分調試劑揮發，噴到工件上后，在色漆層容易出現涂層過干，形成粉粒狀噴至工件表面，出現大面積的小顆粒現象，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象，另一方面會出現表干過快，外層涂料已經表干而內層涂料未能繼續揮發出來，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，影響出車質量。

因此，綜上所述，為了有更易于控制的工況環境條件，建議設置一個正常控制參數和彈性控制參數的方案，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%。當現場溫、濕度出現達到彈性控制參數時，不符合施工要求，且偏差趨勢無法短時間內得到扭轉控制時，則應該果斷停止施工作業，避免造成批量產品質量缺陷。

3 結語

噴涂機器人的噴涂質量效果受哪些因素影響，主要通過對人、機、料、法、環五個方面進行淺談，就為大家介紹到這里了，正常情況下涂料的粘度、機器人噴涂軌跡及設置等是影響噴涂效果的主要原因，因此大家在進行編程示教及相關設置時，要根據噴涂工件的實際情況進行編程和設置其相關參數，從而確保機器人的噴涂效果，提高產品的質量。

參考文獻：

[1]宿明.《油漆工手冊》，中國建筑工業出版社，1991年.

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