汽車涂裝內(nèi)噴機(jī)器人工藝調(diào)試過(guò)程

甘中康，齊曉波，葉明東，饒秋喜

（吉利汽車集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315300）

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，客戶對(duì)車身外觀及品質(zhì)要求越來(lái)越高，這對(duì)噴涂作業(yè)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的人工噴涂?jī)?nèi)板作業(yè)已不能滿足目前市場(chǎng)的質(zhì)量要求。機(jī)器人內(nèi)板噴涂具有較高的質(zhì)量穩(wěn)定性和連續(xù)性，也有利于降低單臺(tái)耗量，已然成為涂裝行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。量產(chǎn)后內(nèi)噴質(zhì)量的穩(wěn)定性主要得益于前期調(diào)試的效果，因此本文針對(duì)前期內(nèi)噴調(diào)試進(jìn)行論述。

1 內(nèi)噴機(jī)器人的布局

某新建涂裝線為Dürr 三代機(jī)器人，采用tracking(跟蹤式)連續(xù)輸送方式，其中色漆內(nèi)噴共有8 臺(tái)噴涂機(jī)器人、4 臺(tái)開(kāi)門機(jī)器人和2 臺(tái)開(kāi)蓋機(jī)器人(見(jiàn)圖1)。一般布局為4 臺(tái)機(jī)器人(R11、R12、R21、R22)噴涂四門，2 臺(tái)機(jī)器人(R13、R23)噴涂前蓋，2 臺(tái)機(jī)器人(R14、R24)噴涂后蓋。

圖1 色漆內(nèi)噴布局圖Figure 1 Layout of interior base coat spraying

清漆內(nèi)噴共有6 臺(tái)噴涂機(jī)器人、4 臺(tái)開(kāi)門機(jī)器人和1 臺(tái)開(kāi)蓋機(jī)器人(見(jiàn)圖2)。一般布局為4 臺(tái)機(jī)器人(R11、R12、R21、R22)噴涂四門，2 臺(tái)機(jī)器人(R13、R23)噴涂后蓋，前蓋內(nèi)表面免清漆噴涂。

圖2 清漆內(nèi)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(nèi)噴工作站，完成開(kāi)門開(kāi)蓋機(jī)器人和噴涂機(jī)器人對(duì)車身數(shù)模噴涂面軌跡的編程及噴涂參數(shù)設(shè)置。再將離線程序?qū)氍F(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人控制器，通過(guò)工件坐標(biāo)測(cè)量轉(zhuǎn)換應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。離線導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)時(shí)還需要在線示教，確認(rèn)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(kāi)門開(kāi)蓋角度(或者距離)是否與數(shù)模一致。離線編程可以減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，縮短產(chǎn)品投放周期。

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

(1) 確保離線仿形時(shí)間在設(shè)計(jì)節(jié)拍內(nèi)，保證所有噴涂區(qū)域均能噴涂到位，噴涂效率要高，達(dá)到噴涂質(zhì)量。

(2) 根據(jù)機(jī)器人布局及車型特點(diǎn)，選擇最佳的噴涂軌跡路徑，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡平滑、穩(wěn)定，無(wú)奇異點(diǎn)。

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

(4) 不允許機(jī)器人手腕有超過(guò)一圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，各軸(尤其是二軸)的角度不宜變化較大。

(5) 噴涂過(guò)程中盡量減少機(jī)器人無(wú)效的等待或者運(yùn)行時(shí)間，部分碰撞風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)可以出現(xiàn)等待。

(6) 機(jī)器人噴涂作業(yè)運(yùn)行速率盡量保持一致，在噴涂機(jī)器人能力許可及節(jié)拍允許的范圍內(nèi)，低噴涂速率下的內(nèi)噴效果較好。另外，整車噴涂速率需要一致(無(wú)變化)，過(guò)渡軌跡速率除外。

3 車身測(cè)量

將離線程序?qū)氍F(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人控制器，通過(guò)車身測(cè)量建立工件坐標(biāo)系，經(jīng)轉(zhuǎn)換后應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)才能實(shí)現(xiàn)仿形的在線示教。車身測(cè)量的步驟如下：

(1) 提供一臺(tái)與數(shù)模一致的標(biāo)準(zhǔn)車身。

(2) 通過(guò)集成在3Donsite 軟件的“Tools”(工具)區(qū)內(nèi)的“Calibration”(校準(zhǔn))模塊對(duì)工具或?qū)ο筮M(jìn)行校準(zhǔn)。

(3) 準(zhǔn)備車身測(cè)量工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)霧化器型號(hào)選取相應(yīng)工具(車身測(cè)量工具的坐標(biāo)已經(jīng)在建站初期存入系統(tǒng)程序中，在創(chuàng)建Local 和World 程序時(shí)直接選取即可)。

(4) 選取數(shù)模上8 個(gè)特征點(diǎn)(不能是可以移動(dòng)部件上的特征孔，例如四門和兩蓋上的孔)，創(chuàng)建完整的Local 程序。

(5) 在3Donsite 上的同一Station(站)中，從進(jìn)行車身測(cè)量的機(jī)器人Measure(測(cè)量)項(xiàng)目中創(chuàng)建新車型的World 程序文件。

(6) 利用測(cè)量工具，R11 和R21 機(jī)器人分別按照順序測(cè)量相應(yīng)的點(diǎn)，各點(diǎn)保存后形成新的World 程序文件，在3Donsite 上進(jìn)行“Calibration”(校準(zhǔn))，分別將Local 程序和World 程序?qū)?，生成一組數(shù)據(jù)，即工件坐標(biāo)值。

4 仿形在線示教

仿形程序編制完成后，在3Donsite 軟件上進(jìn)行離線模擬，主要驗(yàn)證仿形程序的通過(guò)性，并觀察機(jī)器人的運(yùn)行姿態(tài)。如果離線模擬通不過(guò)或機(jī)器人運(yùn)行幅度過(guò)大，須繼續(xù)優(yōu)化仿形程序，直到離線模擬通過(guò)為止。

離線模擬通過(guò)后，利用便攜式可編程控制器，完成開(kāi)門開(kāi)蓋機(jī)器人和噴涂機(jī)器人對(duì)車身噴涂面軌跡的在線示教。通過(guò)在線示教精對(duì)點(diǎn)，可以克服輸送系統(tǒng)、工裝夾具、工件等自身帶來(lái)的誤差，規(guī)避現(xiàn)場(chǎng)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。具體示教步驟如下：

(1) 選定標(biāo)準(zhǔn)車身，四門兩蓋工裝安裝后測(cè)試正常；車身放至機(jī)器人可噴涂的位置，在Zone Fifo(站序列)內(nèi)記錄車身相對(duì)于Zone start(站啟動(dòng))開(kāi)關(guān)的距離，標(biāo)記為S1。

(2) Station(站)內(nèi)打開(kāi)對(duì)應(yīng)仿形的Main(主)程序，找出wait conveyor(等待輸送)數(shù)值，標(biāo)記為S2(每個(gè)機(jī)器人均有一個(gè)wait conveyor 的值，它決定機(jī)器人何時(shí)開(kāi)始追蹤)。

(3) 計(jì)算出此時(shí)車身工件坐標(biāo)值S=S1-S2，此值即車身位置相對(duì)于機(jī)器人的工件坐標(biāo)值，在線示教需將此值輸入到示教器內(nèi)，這樣機(jī)器人才能找到車身當(dāng)前的位置。

(4) 啟動(dòng)工作站的示教(T1)模式，按照各個(gè)機(jī)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(shí)錄入車身工件坐標(biāo)。

(5) 首先示教開(kāi)門開(kāi)蓋仿形，主要驗(yàn)證開(kāi)門開(kāi)蓋程序的通過(guò)性及開(kāi)門開(kāi)蓋角度(與離線數(shù)模角度一致)，優(yōu)化過(guò)程中所有點(diǎn)的平滑度，多次驗(yàn)證以確保感應(yīng)器無(wú)異常報(bào)警。

(6) 在線示教時(shí)機(jī)器人的運(yùn)行速率盡可能地低，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，一些邏輯關(guān)系需在線一并示教，還有機(jī)器人的可達(dá)性、各軸軟限位、軸的角度、軌跡的平滑性等均需驗(yàn)證。

(7) 一般在線示教多次，驗(yàn)證無(wú)風(fēng)險(xiǎn)后才能做模擬，首次驗(yàn)證建議在滿足邏輯關(guān)系的情況下先測(cè)試單邊機(jī)器人，多人分工以確保安全性。

5 噴涂參數(shù)的設(shè)置

噴涂參數(shù)包括油漆流量、成形空氣(shaping air)、高壓(此現(xiàn)場(chǎng)色漆內(nèi)噴不帶高壓)和馬達(dá)轉(zhuǎn)速。工件噴涂面積、面漆成膜工藝、膜厚標(biāo)準(zhǔn)、油漆固體分、機(jī)器人霧化裝置、運(yùn)行速率及槍距，都會(huì)影響噴涂參數(shù)設(shè)置范圍。

油漆流量：指1 min 內(nèi)從機(jī)器人霧化裝置吐出涂料的量。

馬達(dá)轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速越高則離心力越強(qiáng)，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(diào)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(guān)系見(jiàn)圖3。

圖3 成形空氣流量與噴幅扇面直徑(SB50)之間的關(guān)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(tài))，噴涂機(jī)器人為負(fù)極，通過(guò)高電壓在兩極之間形成靜電場(chǎng)，在該靜電場(chǎng)內(nèi)被霧化的涂料顆粒帶上負(fù)電荷，在電場(chǎng)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(shí)附著效率也無(wú)明顯變化，一味追求高電壓也會(huì)很危險(xiǎn)。

噴涂刷子設(shè)定：噴涂刷子編號(hào)設(shè)置要精細(xì)、全面，并有備用，便于日常噴涂參數(shù)的調(diào)整與管理。不允許重復(fù)調(diào)用同一噴涂參數(shù)編號(hào)。噴涂參數(shù)編號(hào)設(shè)置要滿足表1 的要求(作模塊區(qū)分是為了便于后期調(diào)試)。

表1 噴涂參數(shù)編號(hào)設(shè)置要求Table 1 Setting of numbers for different parts to be sprayed

6 工藝調(diào)試過(guò)程

噴涂參數(shù)設(shè)定后便可以做帶漆的ghost，完成后可過(guò)車噴涂，調(diào)試過(guò)程如下：

(1) 若調(diào)試車資源充足，可直接噴涂后確認(rèn)干膜缺陷。相反，調(diào)試車數(shù)量受限時(shí)，可優(yōu)先考慮確認(rèn)濕膜缺陷，確認(rèn)完之后擦掉濕膜(僅限于色漆，清漆不可擦拭)以便循環(huán)使用。

(2) 前期調(diào)試優(yōu)先確保噴涂面遮蓋完全，無(wú)流掛、吹皺、發(fā)花等大缺陷后再確認(rèn)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(shù)優(yōu)化，參數(shù)優(yōu)化無(wú)效的位置考慮仿形優(yōu)化。

(4) 觀察濕膜時(shí)，建議用指觸法確認(rèn)漆膜的遮蓋狀態(tài)(如圖4 所示)。

圖4 指觸油漆濕膜遮蓋狀態(tài)對(duì)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(duì)調(diào)試有至關(guān)重要的作用，詳見(jiàn)圖3。

(6) 內(nèi)板調(diào)試效果與油漆材料有很大關(guān)系，施工固體分、施工黏度、工程遮蓋力等均對(duì)內(nèi)噴調(diào)試有直接影響，因此材料穩(wěn)定性至關(guān)重要。

(7) 個(gè)別顏色由于材料自身原因，遮蓋力較差，在機(jī)器人噴涂參數(shù)和軌跡反復(fù)調(diào)整后仍不滿足內(nèi)噴要求時(shí)，可嘗試優(yōu)化材料或單獨(dú)開(kāi)發(fā)內(nèi)噴專用材料。

內(nèi)噴調(diào)試的典型問(wèn)題見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)噴調(diào)試問(wèn)題分析Table 2 Causes and countermeasures of some common problems occurred during interior spraying

7 結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人內(nèi)噴已成為現(xiàn)今涂裝行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，不僅有利于車身質(zhì)量穩(wěn)定性的控制，同時(shí)大大降低了材料成本，有利于環(huán)保節(jié)能。