汽車涂裝內噴機器人工藝調試過程

甘中康，齊曉波，葉明東，饒秋喜

（吉利汽車集團有限公司，浙江 寧波 315300）

隨著汽車產業的發展，客戶對車身外觀及品質要求越來越高，這對噴涂作業提出了更高的要求。傳統的人工噴涂內板作業已不能滿足目前市場的質量要求。機器人內板噴涂具有較高的質量穩定性和連續性，也有利于降低單臺耗量，已然成為涂裝行業發展的趨勢。量產后內噴質量的穩定性主要得益于前期調試的效果，因此本文針對前期內噴調試進行論述。

1 內噴機器人的布局

某新建涂裝線為Dürr 三代機器人，采用tracking(跟蹤式)連續輸送方式，其中色漆內噴共有8 臺噴涂機器人、4 臺開門機器人和2 臺開蓋機器人(見圖1)。一般布局為4 臺機器人(R11、R12、R21、R22)噴涂四門，2 臺機器人(R13、R23)噴涂前蓋，2 臺機器人(R14、R24)噴涂后蓋。

圖1 色漆內噴布局圖Figure 1 Layout of interior base coat spraying

清漆內噴共有6 臺噴涂機器人、4 臺開門機器人和1 臺開蓋機器人(見圖2)。一般布局為4 臺機器人(R11、R12、R21、R22)噴涂四門，2 臺機器人(R13、R23)噴涂后蓋，前蓋內表面免清漆噴涂。

圖2 清漆內噴布局圖Figure 2 Layout of interior clear coat spraying

2 離線仿形的制作

用Dürr 專用的3Donsite 離線編程軟件建立內噴工作站，完成開門開蓋機器人和噴涂機器人對車身數模噴涂面軌跡的編程及噴涂參數設置。再將離線程序導入現場機器人控制器，通過工件坐標測量轉換應用于現場。離線導入現場時還需要在線示教，確認軌跡與工件是否貼合，與四門、兩蓋工裝夾具是否存在干涉，以及開門開蓋角度(或者距離)是否與數模一致。離線編程可以減少現場調試時間，縮短產品投放周期。

仿形程序的編制是噴涂仿形程序的形成過程，一般都是先按照車身形狀創建一系列路徑點，后將一系列路徑點組合成機器人運行的路徑。在仿形程序編制過程中，需要注意以下幾點：

(1) 確保離線仿形時間在設計節拍內，保證所有噴涂區域均能噴涂到位，噴涂效率要高，達到噴涂質量。

(2) 根據機器人布局及車型特點，選擇最佳的噴涂軌跡路徑，機器人運動軌跡平滑、穩定，無奇異點。

(3) 機器人軌跡行走路徑不能與任何工件發生碰撞，包含機器人與車身之間、機器人與機器人之間、機器人與噴漆室室體之間。

(4) 不允許機器人手腕有超過一圈的轉動，各軸(尤其是二軸)的角度不宜變化較大。

(5) 噴涂過程中盡量減少機器人無效的等待或者運行時間，部分碰撞風險點可以出現等待。

(6) 機器人噴涂作業運行速率盡量保持一致，在噴涂機器人能力許可及節拍允許的范圍內，低噴涂速率下的內噴效果較好。另外，整車噴涂速率需要一致(無變化)，過渡軌跡速率除外。

3 車身測量

將離線程序導入現場機器人控制器，通過車身測量建立工件坐標系，經轉換后應用于現場才能實現仿形的在線示教。車身測量的步驟如下：

(1) 提供一臺與數模一致的標準車身。

(2) 通過集成在3Donsite 軟件的“Tools”(工具)區內的“Calibration”(校準)模塊對工具或對象進行校準。

(3) 準備車身測量工具，根據現場霧化器型號選取相應工具(車身測量工具的坐標已經在建站初期存入系統程序中，在創建Local 和World 程序時直接選取即可)。

(4) 選取數模上8 個特征點(不能是可以移動部件上的特征孔，例如四門和兩蓋上的孔)，創建完整的Local 程序。

(5) 在3Donsite 上的同一Station(站)中，從進行車身測量的機器人Measure(測量)項目中創建新車型的World 程序文件。

(6) 利用測量工具，R11 和R21 機器人分別按照順序測量相應的點，各點保存后形成新的World 程序文件，在3Donsite 上進行“Calibration”(校準)，分別將Local 程序和World 程序導入，生成一組數據，即工件坐標值。

4 仿形在線示教

仿形程序編制完成后，在3Donsite 軟件上進行離線模擬，主要驗證仿形程序的通過性，并觀察機器人的運行姿態。如果離線模擬通不過或機器人運行幅度過大，須繼續優化仿形程序，直到離線模擬通過為止。

離線模擬通過后，利用便攜式可編程控制器，完成開門開蓋機器人和噴涂機器人對車身噴涂面軌跡的在線示教。通過在線示教精對點，可以克服輸送系統、工裝夾具、工件等自身帶來的誤差，規避現場的碰撞風險。具體示教步驟如下：

(1) 選定標準車身，四門兩蓋工裝安裝后測試正常；車身放至機器人可噴涂的位置，在Zone Fifo(站序列)內記錄車身相對于Zone start(站啟動)開關的距離，標記為S1。

(2) Station(站)內打開對應仿形的Main(主)程序，找出wait conveyor(等待輸送)數值，標記為S2(每個機器人均有一個wait conveyor 的值，它決定機器人何時開始追蹤)。

(3) 計算出此時車身工件坐標值S=S1-S2，此值即車身位置相對于機器人的工件坐標值，在線示教需將此值輸入到示教器內，這樣機器人才能找到車身當前的位置。

(4) 啟動工作站的示教(T1)模式，按照各個機器人的噴涂順序依次用示教器在線示教仿形，注意別忘了在示教時錄入車身工件坐標。

(5) 首先示教開門開蓋仿形，主要驗證開門開蓋程序的通過性及開門開蓋角度(與離線數模角度一致)，優化過程中所有點的平滑度，多次驗證以確保感應器無異常報警。

(6) 在線示教時機器人的運行速率盡可能地低，降低碰撞風險，一些邏輯關系需在線一并示教，還有機器人的可達性、各軸軟限位、軸的角度、軌跡的平滑性等均需驗證。

(7) 一般在線示教多次，驗證無風險后才能做模擬，首次驗證建議在滿足邏輯關系的情況下先測試單邊機器人，多人分工以確保安全性。

5 噴涂參數的設置

噴涂參數包括油漆流量、成形空氣(shaping air)、高壓(此現場色漆內噴不帶高壓)和馬達轉速。工件噴涂面積、面漆成膜工藝、膜厚標準、油漆固體分、機器人霧化裝置、運行速率及槍距，都會影響噴涂參數設置范圍。

油漆流量：指1 min 內從機器人霧化裝置吐出涂料的量。

馬達轉速：轉速越高則離心力越強，噴涂扇面越大，從而得到高度霧化的涂料粒子。

成形空氣：指調整噴幅尺寸大小的空氣，通常由shaping air 1 和shaping air 2 配合使用，可以得到不同形狀、不同尺寸的噴幅扇面，它們之間的關系見圖3。

圖3 成形空氣流量與噴幅扇面直徑(SB50)之間的關系Figure 3 Relationship between flow rate of shaping air and spray range (SB50) in millimeter

高壓靜電：被涂工件為正極(接地狀態)，噴涂機器人為負極，通過高電壓在兩極之間形成靜電場，在該靜電場內被霧化的涂料顆粒帶上負電荷，在電場力的作用下附著到被涂工件的表面。電壓越高，附著效率就越高，但到了一定電壓時附著效率也無明顯變化，一味追求高電壓也會很危險。

噴涂刷子設定：噴涂刷子編號設置要精細、全面，并有備用，便于日常噴涂參數的調整與管理。不允許重復調用同一噴涂參數編號。噴涂參數編號設置要滿足表1 的要求(作模塊區分是為了便于后期調試)。

表1 噴涂參數編號設置要求Table 1 Setting of numbers for different parts to be sprayed

6 工藝調試過程

噴涂參數設定后便可以做帶漆的ghost，完成后可過車噴涂，調試過程如下：

(1) 若調試車資源充足，可直接噴涂后確認干膜缺陷。相反，調試車數量受限時，可優先考慮確認濕膜缺陷，確認完之后擦掉濕膜(僅限于色漆，清漆不可擦拭)以便循環使用。

(2) 前期調試優先確保噴涂面遮蓋完全，無流掛、吹皺、發花等大缺陷后再確認干膜是否有針孔、痱子等缺陷。

(3) 每輪缺陷用蝴蝶圖記錄清楚，便于參數優化，參數優化無效的位置考慮仿形優化。

(4) 觀察濕膜時，建議用指觸法確認漆膜的遮蓋狀態(如圖4 所示)。

圖4 指觸油漆濕膜遮蓋狀態對比Figure 4 Comparison of coating states in wet by finger touch method

(5) 正確把握好shaping air 1 和shaping air 2 之間的配合，對調試有至關重要的作用，詳見圖3。

(6) 內板調試效果與油漆材料有很大關系，施工固體分、施工黏度、工程遮蓋力等均對內噴調試有直接影響，因此材料穩定性至關重要。

(7) 個別顏色由于材料自身原因，遮蓋力較差，在機器人噴涂參數和軌跡反復調整后仍不滿足內噴要求時，可嘗試優化材料或單獨開發內噴專用材料。

內噴調試的典型問題見表2。

表2 內噴調試問題分析Table 2 Causes and countermeasures of some common problems occurred during interior spraying

7 結語

機器人內噴已成為現今涂裝行業的發展趨勢，不僅有利于車身質量穩定性的控制，同時大大降低了材料成本，有利于環保節能。