新车型涂装喷涂机器人仿形开发及漆膜调试

高孔长

新车型涂装喷涂机器人仿形开发及漆膜调试

高孔长

（福建新龙马汽车股份有限公司，福建 龙岩 364101）

现代化社会的发展促进了汽车行业的创新优化，人们对新车型油漆外观与质量产生了更高的要求，促使汽车行业优化自身新车型的开发调试工序。按照汽车涂装厂喷涂机器人导入新车型需要做的步骤，对制定喷涂轨迹、离线仿形程序编制、现场示教、漆膜调试等方面进行了详细介绍，同时也对开发过程中所遇到的问题进行了分析，并提出了相应的解决措施，使得新车型油漆外观质量达标，最终保证了自主完成汽车涂装厂新增车型的顺利投产。

喷涂机器人；新车型；自主仿形编制；漆膜质量

伴随着现代化社会的发展，喷涂机器人的应用模式不断创新，而人工成本的增加不利于提高企业的经济效益，这促使汽车厂将喷涂机器人来替代人工喷涂，有利于提高汽车喷涂质量，充分发挥油漆材料的使用效率，并提高汽车厂的生产效率。公司在进行汽车生产工作时，通常聘请第三方机构进行喷涂机器人的开发调试。然而这不利于提高公司的生产经营活动的经济效益，为了公司生产线的扩充需求，并考虑到生产成本与技术人员等因素，决定自行开展喷涂机器人仿形调试工作，并将其应用于新增车型中。

1 喷涂系统介绍

新车型喷涂系统主要由顶喷机、侧喷机、静电旋杯组成，顶喷机指喷涂机器人对新车型顶部进行喷涂，侧喷机则是对汽车侧边进行喷涂，静电旋杯是新车型的喷漆设备[1]。

新车型的喷涂工作兼具了色漆喷涂工艺与中涂喷涂工艺，能够有效强化汽车喷涂的全面性。其中色漆站中共应用了六台喷涂机器人，喷涂金属漆时喷涂两道，第一道遮盖底材，第二道主要进行银粉规则排列，呈现最终颜色，素色漆一般作一道喷涂。在清漆站应用了三台机器人，需要进行汽车的喷涂、主要喷涂清漆工序。在设计颜色中，色漆站有9色1溶剂，而清漆站只有1色1溶剂，采用两线循环方式供漆。涂装喷涂机器人型号为FANUC（发那科）P-250IB/15，喷涂设备为日本FANUC公司生产。

2 仿形开发流程

在新车型的仿形开发工作中，需要进行一系列的工作流程，如下：1）设计涂装机器人的喷涂方案；2）编辑涂装机器人的仿形计算机程序；3）进行现场的演示工作；4）优化喷涂机器人的运转技术；5）输入具体的喷涂参数；6）优化新车型漆膜的调整参数。以公司M2车型为例，详细介绍新车型喷涂机器人仿形开发过程及漆膜调试。

2.1 设计涂装机器人的喷涂方案

设计喷涂机器人的喷涂方案需要结合不同机器人的使用方式，不同车型的漆膜最佳厚度与喷涂节拍等关键要素，同时还应当设计喷涂机器人的各项程序参数，如喷涂机器人的走枪速度，最佳喷涂距离等[2]。

根据新车型M2的外观特征，如图1所示，结合机器人安装特性对各机器人喷涂部位进行详细分工，操作人员在使用喷涂机器人时，应当控制机器人的喷涂时间比车辆往前走行的时间小，这样才能保障新车型喷涂工作的规范进行[3]。喷涂机器人在开展汽车喷涂工作时，各个流程都需要耗费一定的时间，如：汽车喷涂花费的时间、切换喷涂颜色以及清洗的时间还有喷涂机器人前往不同车型所耗费的时间。以M2车型色漆站机器人为例，喷涂轨迹规划如下：1#机器人手臂安装在喷房右侧，负责右翼子板、右前门、右B柱、右中门、右后侧板、右D柱、右半边尾门喷涂；2#机器人手臂安装在喷房左侧（与1#机器人镜像），负责左翼子板、左前门、左B柱、左中门、左后侧板、左D柱、左半边尾门喷涂；3#机器人安装位置较高，用于车身引擎盖、A柱、顶盖区域喷涂；4#、5#、6#机器人负责金属漆第二道喷涂，喷涂位置与1#、2#、3#机器人一致。

图1 M2车型外观特征

2.2 编辑涂装机器人的仿形计算机程序

采用PantingPRO离线仿形软件对M2车型进行离线轨迹设计及编制。

2.2.1离线轨迹设计

在进行离线程序的编辑之前，需要先确定新车型的喷涂节拍以及喷涂机器人的走枪方案，在单个车辆的喷涂工作中，操作人员应当按照前后汽车之间的间距、拖拽汽车运输速度来形成恰当的喷涂节拍，而喷涂机器人的节拍时间需要设置为小于汽车的喷涂节拍，便于喷涂机器人切换喷涂颜色并进行清洗工作。汽车喷涂的走枪方式可划分为横喷与竖喷，其中横喷代表走枪平行于输送方向，这种形式可适用于链速较低且空间较大的环境，能够有效控制表面质量；而竖喷代表走枪方式与输送方向相垂直，能够应用于链速较高且喷房空间较小的环境中。依喷房实际情况，M2车型走枪方式采用竖喷，如图2所示。

图2 M2车型走枪方式

2.2.2编制仿形程序

根据初步制定的M2车型机器人喷涂部位和行走路线，从轨迹规划、路径规划和姿态规划三个方面进行仿形程序编制：

1）喷涂机器人的喷涂方案设计需要依据M2汽车车型的结构、汽车外表面积等要素来划分为多个小程序，操作人员需要将不同汽车的喷涂方案输入到喷涂机器人的程序当中。

2）路径规划，首先要保证喷涂重叠率，M2车型轨迹间距设定为100 mm，喷涂距离设定为250 mm，喷涂速度依实际情况设定为450 mm/s，另外需考虑到走枪逻辑及方便各自程序之间的衔接。

3）喷涂姿态，喷涂机器人的喷涂方向与汽车的喷涂面相垂直，这样能够保障汽车喷涂面的均匀性，有助于增强汽车漆膜喷涂质量。然而在实际的喷涂过程中，喷涂机器人在进行汽车转角或过渡点等区域的喷涂时，会造成喷涂机器人的姿态出现较大的变化，短时间内喷涂机器人变化了自己的运作方向，易导致喷涂机器人自身零件的磨损，且影响汽车漆膜的喷涂质量。所以操作人员需要优化喷涂机器人在遇到汽车转角区域时的姿态规划，避免给喷涂机器人与汽车漆膜造成不利影响[4]。

结合以上三个方面，M2车型机器人轨迹编制如图3、图4所示。

2.3 现场示教及试运转

完成色漆站1#机器人以及3#机器人M2车型仿形程序后，将程序输入机器人控制柜内，并将色漆右侧1#机器人程序镜像复制至左侧（2#机器人），离线模式下试运转一站机器人（1#、2#、3#），查看是否有左右机器人碰撞等问题。将一站机器人程序拷贝至二站相应机器人（4#、5#、6#），左对左，右对右，最后将色漆一站机器人（1#、2#、3#）仿形程序对应导入清漆站机器人（1#、2#、3#），进行现场试运转，调整离线仿形轨迹偏差。

2.4 设定喷涂参数

当喷涂机器人在汽车不同区域进行喷涂工作时，操作人员需要通过LEVEL命令来输入相应的参数，同时在使用同一类油漆开展喷涂工作时，还需要设置一致的转速、喷幅以及高压，M2车型喷涂参数设定如表1所示。

图3 M2车型1#机器人喷涂轨迹

图4 M2车型3#机器人喷涂轨迹

图5 M2车型走仿形轨迹试运转

表1 M2车型喷涂参数设定

涂料转速/(r·min-1)喷幅/kPa高压/kV 色漆4035060 清漆4035060

对于不同车型，其外观、面积等都具有差异性，需要操作人员设置不同的喷涂流量，从而保障新车型漆膜的均匀性，在表2中展示了新车型车身不同区域需要的色漆流量以及清漆流量。在汽车的角落或与地面接触的位置很容易造成漆膜的堆积，所以操作人员需要设置相对较小的流量值。

表2 M2车型喷涂流量设定

刷子位置色漆流量/(mL·min-1)清漆流量/(mL·min-1) 1翼子板225340 2A柱196310 3前门212300 4B柱196325 5中门230325 6C柱、中门边缘230330 7后侧板230355 8D柱196330 9尾门272320 10尾门顶柱196330

3 漆膜调试

3.1 贴板喷涂调试

工作人员需要使用贴试板法来进行汽车漆膜的调整检测工作。为了保障新车型调整结果的有效性，工作人员应当在汽车表面覆盖一层铝箔纸，以此来呈现更加均匀有效的调试效果，并测量试板电泳漆膜的厚度数据，之后再将试板固定在调试汽车上的各个区域，由机器人对汽车进行喷涂工作，喷涂后再重新测量试板的厚度并调整喷涂参数，按照流程对汽车的漆膜质量进行全方位的检验，以此确保汽车所有区域的漆膜质量符合标准[5]。同时，由于不同汽车颜色的油漆上漆率以及遮盖力都具有一定的差异性，且漆膜厚度各不相同，这使得新车型的每一个颜色都需要进行相应的调试检验。

3.2 实车喷涂调试

当工作人员检测出调试汽车表层各个区域的漆膜厚度都均匀了后，能够开展实际的喷涂工作，在喷涂前还应检测漆膜的外观及其性能等要素是否达到检测标准，如漆膜的光泽、色差还有橘皮、DOI等值等。油漆的外观性能主要以喷涂厚度为基础，当各层漆膜厚底均匀且符合标准时，则外观性能也能够符合控制要求。M2车型外观检测参数如表3所示。

表3 M2车型外观检测参数

M2 星光银金属漆 位置总膜厚/μm光泽度/20°色差/45° ≥60≥85△E≤2.06△L≤1.5△a≤1.0△b≤1.0 翼子板63.290.20.43-0.17-0.140.37 前门64.890.40.53-0.42-0.220.26 中门61.289.10.51-0.35-0.170.33 后侧板65.387.40.54-0.32-0.140.38 尾门66.790.40.62-0.39-0.110.46 引擎盖61.992.60.52-0.130.020.50

3.3 漆膜调试方法

漆膜厚度均匀的调试中调整喷涂流量是常用的方法之一，当漆膜厚度偏大时可通过降低流量来调整，而漆膜厚度偏小时可通过增加流量来调整；在进行仿形程序的编制工作时，需要根据汽车车身不同位置来调整相应的喷涂参数，有利于更好地进行喷涂的调试工作。当机器人走枪速度变快时，漆膜的厚度会减少，走枪速度变慢则漆膜厚度增加；高速运行会造成机器人的磨损，影响生产经济效益，而低速运行会增加机器人的作业时间，需要对时间进行控制，避免超过生产节拍。喷涂机器人的喷涂电压数值也会对漆膜的均匀性造成较大的影响，当新车型喷涂较为光滑平整时，应设置较高数值的喷涂电压，而对于汽车表面喷涂不平时，喷涂机器人应当使用低压电流来形成均匀的漆雾，有助于帮助新车型汽车表面呈现均匀的漆膜[6]。当低压或高压电压都无法有效保障汽车漆膜厚度的均匀性，操作人员应当再次对喷涂机器人进行调整，对于汽车尾门中心区域漆膜较厚的问题，可通过调整喷涂机器人左右喷涂枪的距离，避免汽车中心区域接受到两遍喷涂量，造成汽车漆膜过厚的问题。由此可见，涂装过程中很多因素都会影响漆膜，只有在仿形调试过程中不断积累经验，才能有效的解决问题。

4 结语

伴随着现代化社会的发展，人们对汽车质量、性能及运行速度有了更高的要求，汽车车型与颜色的创新是汽车行业的主要发展方向，而新车型仿形程序的调试是实现新车型投入生产的重要工作，能够保障新车型运行质量及车身工艺，以此满足驾驶者多样化、个性化的使用需求。本项目能够不依赖机器人厂家而独立完成M2车型喷涂机器人仿形调试的全部过程，有助于进一步减少汽车调试生产成本，从而有效增强公司的经济效益，共节省了近30万元生产调试费用，同时本司通过研究并开展M2车型喷涂机器人仿形自主开发与调试项目，还有利于增加工程技术人员专业能力。

[1] 訾斌,徐锋,唐锴,等.基于机器视觉的喷涂机器人轨迹规划与涂装质量检测研究综述[J].控制与决策, 2023,38(1):1-21.

[2] 王海平.汽车喷涂机器人工艺规划及作业分区研究[J].电镀与涂饰,2022,41(16):1170-1175.

[3] 许能才,孙中乐,汪金东,等.浅谈喷涂机器人整形空气控制原理与应用[J].现代涂料与涂装,2022,25(7): 69-71.

[4] 佘明洪,余永洪.工业机器人操作与编程[M].北京:机械工业出版社,2017.

[5] 孟凡彬,赵成林,陈登阁.浅谈涂装喷涂机器人工艺调试过程[J].现代涂料与涂装,2019,22(1):44-45,49.

[6] 牛光昆.涂装机器人系统工艺调试过程简介[J].汽车工艺与材料,2015(6):68-72.

Development of a Novel Painting and Spraying Robot for Prototyping and Film Debugging

GAO Kongchang

( Fujian Xinlongma Automobile Company Limited, Longyan 364101, China )

According to the steps that need to be done by the spraying robot in the automobile coating plant to introduce the new model,the formulation of spraying trajectory, offline profiling program- ming, on-site teaching, paint film debugging and other aspects are introduced in detail. At the same time, the problems encountered in the development process are analyzed, and the corresponding solutions are put forward to make the paint appearance quality of the new model meet the standard, Finally, it ensures the smooth production of new models in the automobile coating plant.

Spraying robot;New vehicle model; Autonomous profiling debugging; The quality of coating

U466

A

1671-7988(2023)20-140-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.020.028

高孔长（1981－）， 男，高级技师，研究方向为汽车生产制造（偏向于汽车涂装生产工艺），E-mail:78006645 @qq.com。