汽车涂装中机器人喷涂操作存在的漆膜缺陷及对策研究

车磊

摘要：为了提高汽车涂装工艺水平，本文从漆膜缺陷角度出发，对机器人喷涂工艺作业期间存在的问题进行挖掘。按照喷涂主要操作参数标准，结合喷涂操作实际情况，给出一些缺陷应对策略，主要包括漆膜流挂处理对策、橘皮处理对策、喷涂颜色不均匀处理对策。为了提高策略可行性，本文对缺陷产生的原因进行分析，按照一一对应关系，提出解决对策。

Abstract： In order to improve the level of automobile coating process， this paper excavates the problems existing during robot spraying process from the perspective of paint film defects. According to the standards of main operating parameters of spraying and combined with the actual situation of spraying operation， some defect countermeasures are given， mainly including paint film sagging treatment countermeasures， orange peel treatment countermeasures and spraying color non-uniformity treatment countermeasures. In order to improve the feasibility of the strategy， this paper analyzes the causes of defects， and puts forward countermeasures according to the one-to-one correspondence.

關键词：机器人喷涂;汽车涂装;漆膜缺陷

Key words： robot spraying;automobile coating;paint film defect

中图分类号：TQ639                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）23-0195-02

0  引言

随着科学技术的不断进步，促进了汽车制造业的发展，越来越多汽车制造企业选择机器人喷涂作业模式，以此提高生产效率[1]。涂装线柔性化生产的提出，打破了传统作业模式，对机器人作业灵活性成为了优化重点内容。为了优化机器人喷涂操作方法，目前大部分研究学者对操作中存在的问题进行分析，并提出了一些优化建议[2]。由于这些研究存在片面性，对于喷涂问题总结不够全面，不利于优化工作的开展[3]。本文尝试从多个方面总结喷涂中漆膜问题，根据机器人喷涂作业原理，提出一些优化对策。

1  汽车涂装中机器人喷涂主要操作参数

1.1 机器人喷涂

喷涂机器人是一种支持自动喷涂的机械装置，该装置根据下达的操控命令开始喷涂，作业效率较高，运动空间较大，支持复杂喷涂轨迹运动[4]。如图1所示为机器人喷涂作业现场。

一般情况下，机器人的腕部具备2～3个自由度，能够根据操控需求，沿着各个方向转动。该装置作业原理：采用液压驱动机械臂，按照作业命令，分别对各个部位采取喷涂处理[5]。目前，机器人喷涂作业在汽车涂装中应用较多。由于汽车涂装对机器人的操控技术水平要求较高，当前的技术水平存在一定提升空间。因此，需要根据喷涂中的主要作业参数，深入探究喷涂中的问题，提出一些优化策略。

1.2 汽车涂装中机器人喷涂主要参数

1.2.1 喷涂流量与TCP速率

喷涂流量指的是定单位时间，内量泵向各个旋杯输送的涂料量，根据生产作业需求，随时调整该作业参数[6]。漆膜厚度与喷涂量的大小密切相关，当喷涂量较大时，膜厚度就会随之增加，反之，漆膜变薄。一般情况下，按照如表1所示的喷涂量，采取不同喷涂工艺完成汽车喷涂作业。

关于喷涂TCP速率参数的控制，即对喷涂工具的移动速率采取一定控制措施。由于膜厚与速率成反比关系，所以可以根据膜厚需求，调整装置喷涂作业移动速率。一般情况下，控制移动速率在900mm/s以下。

1.2.2 旋杯转速

涂料雾化效果在很大程度上取决于旋杯转速的控制，一般情况下，针对不同的涂料，采取不同的转速控制[7]。其中，水性金属作业期间，旋杯转速作业范围30～40kr/min，如果换做双组分涂料，作业范围40～45kr/min。

1.2.3 静电高压

静电高压喷涂是借助电极上的空气粒子，在两个极板之间形成静电场，按照粒子移动原理产生电场力，作用在涂料粒子上，使其得以吸附在车身表面，完成喷涂。一般情况下，喷涂水性涂料期间，以60～70kV电压作为作业电压控制范围，如果喷涂的涂料属于油性，则缩小喷涂电压范围，控制在65～70kV范围之内。

1.2.4 成型空气

成型空气喷福随着压力的增加而减小，当流量相同时，漆膜的重叠率容易受空气压力变化的影响，所以操作中需要严格控制压力大小。一般情况下，设定喷涂作业成型空气压力范围30～40dbar。

2  机器人喷涂操作存在的漆膜缺陷及对策

本文针对喷涂操作中常见的漆膜缺陷进行分析，按照汽车涂装标准，提出漆膜缺陷对应的解决策略。其中，常见的漆膜缺陷主要包括流挂缺陷、橘皮缺陷、喷涂颜色不均匀缺陷。

2.1 汽车部分涂装位置存在漆膜流挂缺陷及解决对策

2.1.1 漆膜流挂缺陷

机器人喷涂汽车车身期间，经常会出现车身漆膜厚度不同情况，产生流挂缺陷，这些缺陷的形状与浅滩、波浪线类似，主要分布在门把手、边角、棱线、立面等多个部位。之所以会出现此类问题的主要原因是：①涂料管路设定的作业压力较大;②采用一次喷涂手法，车身表面形成的漆膜流量较大;③作业期间成型空气压力稳定性较差，一些部位出现了气压波动情况;④喷枪控制阀门作业异常;⑤喷涂期间产生高压效应。

2.1.2 解决对策

按照汽车涂装作业标准，分别对各项问题，提出相应解决策略：①保证机器人作业期间管路内的压力大小得以稳定控制，通过设定限定范围，添加警报结构和自动化控制结构，从而降低问题产生可能性。按照作业控制标准，控制内部压力大小在3bar左右。②对于一次成膜的操作，需要注意成膜的厚度控制。按照操作标准，一道成膜与二道成膜的比例约为5：5，或者6：4，根据汽车加工膜厚度控制要求具体设定，所以在操作之前需要计算分析，最终确定比例参数。③对于成型空气压力稳定性较差问题，建议采取定期校验方法加以处理。以成型空气扇幅作为校验对象，一定发现扇幅抖动，立即挖掘问题，并采取修复处理。一般情况下，需要借助专属测试仪器，采集空气压力变化数据，作为问题分析参考依据，经过统计分析，找到问题产生根源。④考虑到机器人作业期间容易受多因素影响，枪阀可能出现异常。所以，需要设定检验周期，在规定时间内检查喷枪阀门，统计作业过程中开/关切换次数。一般情况下，检验周期设定为7d。为了预防阀门异常，建议当阀门开/关操作切换次数达到一定数值后，更换新的阀门。⑤对于成型空气、旋杯转速、喷涂高压、流量等作业参数的调整，需要根据汽车涂装工艺要求中的涂料黏度和作业环境等因素，确定参数，以此提高漆膜品质。

2.2 汽车涂膜表面存在橘皮缺陷及解决对策

2.2.1 橘皮缺陷

橘皮是汽车涂装作业中很难避免的一种缺陷，主要表现为表面不平整粗糙，局部出现皱纹，相比于其他部位，车身喷涂连接位置出现这些缺陷的频率更高一些。之所以会出现这些问题，主要原因如下：①涂料黏度偏高，流平性能较差。②作业中旋杯转速较高，产生的雾化颗粒比较细，加快了溶剂挥发速度。③成型空气长时间吹扫等待点。④采用一次喷膜工艺，导致膜的厚度比较薄，加快了溶剂挥发速度。

2.2.2 解决对策

本文通过阅读大量文献资料，结合汽车涂装操作经验，针对橘皮缺陷，提出一些解决对策：①针对流平性能较差问题，可以适当在涂料中添加一些沸点较高的溶剂。喷涂过程中温度升高时，溶剂发挥作用，降低涂料黏度，从而缓解留平性能较差问题。②根据施工工艺需求，控制旋杯转动速度，根据材料不同，设定具体参数。③为了避免成型空气吹扫压力过大引发溶剂快速挥发问题的产生，对车身漆面质量造成一定影响，作业期间控制成型空气压力，要求在10bar左右，不得超过11bar。建议配合报警器使用，当该数值达到了上限值，立即发出警报，根据现场实际作业情况，给出调整方案。④对于一次喷膜厚度的控制，涂料厚度控制在14左右，如果是为了达到遮盖颜色的效果，喷涂膜厚度不得高于25？滋m。

3  喷涂颜色不均匀缺陷及解决对策

3.1 喷涂颜色不均匀缺陷

喷涂颜色不均匀也是汽车涂装操作比较常见的一种缺陷，表现为色彩杂乱，局部出现条纹，或者车身表面出现斑印等情况。一般情况下，水性金属漆喷涂中出现此类问题频率比较高。之所以会出现此类问题，原因归结如下：①对于不同色彩的喷涂，更换颜色过程中清洗工作不到位，导致两种及以上颜色混淆，致使涂料色彩发生变化，喷涂到车身时出现了上述问题。②喷福控制不佳，部分区域出现了喷福重叠情况，引发漆膜厚度分布不均匀问题。从漆料喷涂效果来看，涂料内部发生了对流，影响喷涂效果。③作业参数设定方案中流量数值过大，测得一次性漆膜厚度数值过大。

3.2 解决对策

针对上述问题，提出以下解决对策：①严格把控换色清洗时间，根据涂料性能的不同，设定最短清洗时间。对于油性涂料，时间不得低于12s;对于水性涂料换色清洗，时间不得低于15s。②适当扩大喷涂扇幅作业范围，调整成型空气压力，根据机器人喷涂作业需求，适当降低此参数，使得膜厚度得以改善。③关于流量的有效控制，建议加大喷涂转速，避免再溶解导致的条纹等缺陷的产生。

4  总结

本文围绕汽车涂装作业期间的机器人喷涂操作问题展开探究，根据机器人作业规范，结合作业状况，总结一些喷涂操作存在的问题，主要表现在漆膜流挂、橘皮、喷涂颜色不均匀3个方面。通过挖掘缺陷产生的原因，找到问题解决突破口，提出针对性解决策略。通过本文内容的探究，扩大了机器人喷涂操作问题覆盖面，为喷涂优化控制研究奠定了基础。

参考文献：

[1]潘力，高伟强，刘建群，等.基于云计算的喷涂机器人远程监控诊断系统的研究[J].组合机床与自动化加工技术，2019（12）：57-61.

[2]杜春苗，朱浩，李明哲，等.采用B1B2涂裝工艺所制漆膜局部失光问题的解决方案[J].电镀与涂饰，2020（18）：1270-1273.

[3]张淑珍，毛伟，甄晶博，等.静电喷涂涂层厚度分布模型的研究进展[J].表面技术，2019，48（1）：291-297.

[4]梅伟，赵云涛，毛雪松，李维刚.基于离散灰狼算法的喷涂机器人路径规划方法[J].计算机应用，2020（11）：285-290.