淺談噴涂機器人自主仿形調試難點及解決方案

秦奧帆

淺談噴涂機器人自主仿形調試難點及解決方案

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器人在新車型自主仿形調試過程中所遇到的問題及相應的解決方案。重點介紹了在不新增噴涂機器人及其他設備、不降低生產節拍、保證生產線正常生產的前提下，為解決噴幅重疊率不達標、機器人極限位（死軸）、出現色差及機器人碰撞等問題，采用了優化仿形軌跡、機器人姿態和改變噴涂速度、調整膜厚、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量達標，最終保證了自主完成汽車涂裝廠新增車型的順利投產。

噴涂機器人；新增車型；自主仿形調試；生產節拍；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，越來越多的汽車廠使用噴涂機器人代替人工噴涂，噴涂機器人優勢在于噴涂質量高、油漆使用率高和生產效率高。我司在投產之初，所有車型的噴涂機器人仿形調試都是由機器人廠家完成的。為了滿足市場需求及公司發展需要，生產線引入了新的車型，同時考慮到節約仿形調試成本，提升工程技術人員相關技術能力等因素，我司決定自主完成新增車型的噴涂機器人仿形調試。

1 仿形調試原則

經過團隊反復討論，提出以下仿形調試原則：

（1）自主完成噴涂機器人仿型及工藝調試工作；

（2）不新增設備項目投資，投資費用為零；

（3）在不影響正常生產并保證項目進度的前提下最大化降低成本；

（4）新車型油漆外觀及性能數據滿足質量標準。

2 仿形調試流程及優化措施

2.1 仿形調試流程

為了不影響正常生產并保證項目進度，盡可能縮短現場調試時間，減少人員加班時間，將調試能耗降到最低，經過項目小組討論，制定以下仿形調試流程，如圖1所示：

圖1 仿形調試流程圖

2.2 優化措施

（1）調試人員優化：將操作站的工作量并入設備工程師，將檢驗員工作量并入質量工程師，設備工程師在調試后期由2人減為1人。

（2）設備降耗措施：利用生產結束后時間進行各項調試工作，減少設備開關機及運行時間。盡可能避免周末調試而單獨開啟設備。

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

（4）調試過程優化：采用車衣測膜厚替代貼馬口鐵板、優化調試車工藝路線減少占用生產時間。

3 仿形調試工藝過程

3.1 噴幅調整

調整噴幅的流量，轉速，外整形，內整形，高壓五個參數。

3.2 軌跡編程

程序模塊的主程序及子程序進行軌跡編程。

3.3 校對槍距

校對工具坐標與工件坐標的垂直距離，外加電槍距200 mm，內加電槍距250 mm。

3.4 測量單層膜厚

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

3.5 測量涂著固體份

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

3.6 測量爐溫曲線

使用爐溫檢測儀測定整車8個位置的溫度，保證整車漆膜溫度在工藝要求范圍內。

3.7 測量復合涂膜參數

中涂，色漆，清漆組成的整車漆膜測量（調整復合涂膜是為了保證整車各個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 調整色差

將色差分為L（黑白項）、a（紅綠項）、b（黃藍項）三個緯度進行分析調整（色差控制是為了使生產車輛的顏色與標準顏色一致，保證產品色差的一致性）。

4 仿形調試過程中的難點及解決措施

4.1 噴幅重疊率

新增車型是在不改變生產節拍的基礎上，改變噴涂速度進行噴涂，經過多次噴涂膜厚始終達不到標準范圍。通過項目小組的討論，重新調試機器人噴涂工藝參數，滿足噴幅要求。

圖2 噴幅測試軌跡圖

在噴幅測量的過程中，出現膜厚過薄，導致噴幅測量不準。經討論，采取了編制來回三段的仿形及模擬正常噴涂時的仿形，增加膜厚的方法，如圖2所示。

同時，在機器人噴涂過程中，還出現了單邊發花，上漆率低的情況。通過分析驗證，原因為馬口鐵板放置在格柵板上，貼近文丘里水循環，沉降風速不均勻導致。項目組制作了高800 mm的平臺用于放置馬口鐵板，解決了噴幅測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

清漆站噴幅數據 車型流量/(mL/min)轉速/(krpm)外整形/(NL/min)內整形/(NL/min)電壓/(?kV)噴幅/(≥330 cm)重疊率(≈66.7%)/% 瑞邁標軸300434202506029062 300433502506031065 300433502006033567 300433002006030063 新增車型400434502006025056 400434002506024054 300433002006034068 300432801506048477

通過調整流量、轉速、整形空氣等參數，最終確定了新車型的各顏色、涂層的噴涂工藝參數，如表1所示。

4.2 機器人極限位（死軸）

新增車型在調試的過程中經常出現機器人極限位故障報警[1]。由于新增車型比原車型的整車噴涂面積大，導致噴涂新增車型時機器人出現極限位，如圖4所示。采取以下方法避免出現機器人極限位：

圖4 極限位狀態圖

圖5 極限位優化圖

4.2.1優化機器人姿態

觀察機器人出現極限位時的姿態，重新調整軸姿態于可自動步進下一個軌跡點，如圖5所示。

4.2.2改變噴涂速度

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

圖6 噴涂速度優化后示意圖

4.3 色差調整

對于新增車型，工藝參數需重新驗證。噴涂參數不同，會導致金屬漆中鋁粉排列方向不同，出現色差問題。通過以下措施，使色差達到標準：

4.3.1調整膜厚

在調試階段，首先增加刷子表中的流量參數，提升膜厚，色差降低一點。

4.3.2調整固體份

其次在微調金屬漆涂準固體份[2]讓金屬漆噴涂在車身上時含水量更低，進一步降低色差。

4.3.3調整色漆二次成膜比例

通過反復摸索驗證，改變色漆二次成膜的比例，由原來的5:5比例，改成6:4比例，從而改善金屬漆L值偏低的問題，使色差控制在標準范圍內，如表2所示。

表2 清漆站噴涂工藝參數

雅致銀 車型部位45°L45°a45°b 瑞邁標軸左葉子板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 左后側圍61.99?0.93?2.89

4.4 節拍

新增車型與原車型前后噴涂時需進行換色清洗，這時就存在換色清洗時間不足的問題（只有7 s時間），從而導致后一臺車的在噴涂過程中會與機器人發生碰撞[3]。

通過以下方法驗證：

4.4.1縮短清洗節拍

修改換色清洗程序，在保證機器人清洗質量標準前提下，換色清洗節拍由13 s縮短為9 s。

4.4.2修改起噴距離

起噴時間點延遲，經驗證討論起噴距離最大可延遲起噴距離100 mm，可提升換色清洗節拍2.9 s。

4.4.3新增車型在面漆撬的原位置后移適當距離

經反復討論驗證相對當前位置向后移600 mm，并在程序中修改起噴距離從650 mm改為1 250 mm，優化換色清洗時間節拍到17.5 s。這樣既保證了換色清洗節拍的要求，又避免了與機器人碰撞的風險。

圖7 節拍優化示意圖

5 結語

通過對新產品車進行噴涂機器人自主仿行調試，從人、機、料、法、環五大方面考慮，合理安排自主仿形調試計劃，在不影響正常生產并保證新產品按計劃順利投產的前提下，解決了在仿形調試過程中遇到的噴幅重疊率、機器人極限位等問題。

本項目在不依賴機器人廠家的情況下獨立完成了噴涂機器人仿形調試的整個過程，為公司節省能耗成本、人工成本和仿形調試費用共計250萬元，而且使技術人員在仿形調試整個過程中積累寶貴經驗，提升了工程技術人員能力。噴涂機器人是汽車涂裝線關鍵設備，掌握機器人仿形調試技術對新車型導入、項目進度、費用節約都有很大的助力作用，工程技術人員掌握了涵蓋輕卡、皮卡、SUV等多種車型仿形調試技術，在行業內處于領先水平。

[1] 佘明洪,余永洪.工業機器人操作與編程[M].北京:機械工業出版社,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.工業機器人離線編程與仿真[M].北京:機械工業出版社,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

B

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.024.026

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