采用機器人控制車身噴涂質(zhì)量

發(fā)布日期:2012-04-01    蘭生客服中心    瀏覽:3778

1引言

  隨著國內(nèi)乘用車工業(yè)的發(fā)展,越來越多的機械噴涂取代了手工作業(yè)。在這種趨勢中,機器人噴涂所占的比例也越來越大。如原先在車身噴涂中普遍使用的6杯站或 9杯站系統(tǒng),也有被機器人噴涂替代的趨勢。汽車車身外覆件也大量使用機器人噴涂,如國內(nèi)轎車保險杠噴涂中超過一半的產(chǎn)量使用了機器人。機器人噴涂既保持了手工噴對復(fù)雜形面的適應(yīng),又具精確性和重復(fù)性。本文將討論機器人施工時影響最終涂膜厚度的各種因素,為生產(chǎn)中對膜的控制調(diào)整提供 一 些思路。

2膜厚控制的意義

對于涂裝施工而言,涂膜厚度是涂裝工藝中最重要的控制因素,其意義在于:

(1)防止因膜厚不適當(dāng)導(dǎo)致的涂層缺陷。根據(jù)筆者經(jīng)驗,現(xiàn)場生產(chǎn)中涂層的外觀缺陷有超過一半以上是因為漆層膜厚控制不當(dāng)造成的。一些常見的涂裝缺陷如流掛、漆層薄、露底色等直接與膜厚控制失控有關(guān), 還有一些缺陷也間接同這有關(guān)。譬如,保險杠噴涂的第一層助黏底漆膜厚不夠,會導(dǎo)致整個涂層附著力下降,同時底漆的膜厚達(dá)不到要求時其導(dǎo)電效果也會下 降,這會引起第一道色漆使用靜電噴涂時涂料的轉(zhuǎn)移率下降,最后導(dǎo)致色漆不足。

(2)幫助外觀指標(biāo)的調(diào)整。常見的漆膜外觀指標(biāo)如 光澤、色差、桔皮、DOI 等都需要以膜厚控制作為基 礎(chǔ)。上述指標(biāo)都明顯受到膜厚,特別是面漆膜厚的影響,因此,在整個涂裝質(zhì)量控制中,把膜厚作為最重要的控制因素是必須的。

(3)成本的控制。除了膜厚控制對涂裝質(zhì)量影響體現(xiàn)的質(zhì)量成本外,涂裝的主要成本中約有一半被涂料所占據(jù)。精確的膜厚控制不僅有助于涂裝質(zhì)量的穩(wěn)定,還有利于涂料的節(jié)約。統(tǒng)計顯示,采用同樣設(shè)備噴涂時,是否精確控制膜厚其所消耗的涂料相差25%以上。

  目前在國內(nèi)使用的機器人噴涂主要有日本巖田或三菱機器人,這些設(shè)備引進(jìn)較早,控制精度較差;新的涂裝線普遍采用ABB、 FANUC、 MOTOMAN、DURR 等多軸機器人,在本文中主要是以ABB機器人為基礎(chǔ)進(jìn)行討論。

3影響漆膜厚度的因素

在機器人噴涂施工中,涂層膜厚可以按如下公式計算:

干膜厚度=(流量×涂料體積固體含量×涂料轉(zhuǎn)移率)/(走槍速度×噴幅寬度)

(1)流量,即噴涂時單位時間從噴槍口流出的涂料 體積。在機器人噴涂中,這個數(shù)據(jù)直接在BRUSH(刷子)參數(shù)表中確定。一些老式的機器人噴涂中,流量控 制沒有和機器人系統(tǒng)建立聯(lián)系,無法在一個噴涂程序 中間隨時更改流量。而大部分新機器人的流量控制系統(tǒng)直接由機器人的IPS系統(tǒng)控制,使流量控制更加精 確和便捷。如在ABB機器人噴涂的流量控制中,根據(jù)流量控制是否閉環(huán)分兩類。

一是對流量精度高的設(shè)備采用閉環(huán)控制,在閉環(huán)控制中,常用的設(shè)備配置有兩種:

  一是使用計量齒輪泵,即泵每轉(zhuǎn)一圈所獲得的體積 數(shù)是恒定的,機器人1PS系統(tǒng)控制計量泵的轉(zhuǎn)速來達(dá) 到定量供漆,在這類系統(tǒng)中,涂料的動力來自齒輪泵產(chǎn)生的壓力。

  二是通過流量計和節(jié)流閥組成的閉路系統(tǒng)來控制,在這類系統(tǒng)中,涂料的壓力來源于供漆系統(tǒng),流量計獲得的流量信號傳到機器人IPS系統(tǒng)與已標(biāo)定的值作比較,當(dāng)流量有偏差時,信號返饋給節(jié)流閥,通過改變節(jié)流閥開閉度來調(diào)節(jié)。使用第二種方案控制時對供漆壓力的穩(wěn)定性要求高。機器人噴涂系統(tǒng)提供了多級修正流量偏差的方法。如在ABBTR5002噴涂機 器人上,對于系統(tǒng)的偏差有兩種途徑可以調(diào)整。一是可 以通過機器人設(shè)鼉中的ROBOT PARAMETRE 中的涂 料特性設(shè)置,這種情況下允許對于每種涂料系統(tǒng)進(jìn)行 不同的設(shè)置,如可以修正流量受到涂料的黏度和相對密度的影響。二是可以通過TEACHPADENT 中的BRUSH設(shè)置。如當(dāng)BRUSH中設(shè)置是200而實際測量得到的流量是220時,可以設(shè)置BRUSH比例為200/220=91%,這樣實際的噴涂流量成為200。需要注意的是這種設(shè)置重新開機后參數(shù)自動恢復(fù)到100%。噴涂中流量范圍的選用主要受到兩個環(huán)節(jié)的影響:計量泵和霧化器。這兩個設(shè)備的瓶頸決定了最后可以獲取的流量范圍。如當(dāng)使用6cc計量泵時,因為泵的受控轉(zhuǎn)速范圍是0~150r/min,因此它的額定流量在0~900mL/min。同時,霧化器也存在不同的流量上限。如ABB機器人旋杯ROBOBEL625的上限為 400mL/min,所以在這種設(shè)備配置中,最高流量只能是 400mL/min。同樣,過低的流量在使用計量泵時泵的轉(zhuǎn)速過慢,無法達(dá)到應(yīng)有的精度。另一個需要關(guān)注的因素是,在空氣噴涂時,流量的大小影響到涂料霧化效果。根據(jù)機器人噴涂保險杠的經(jīng)驗,空氣噴槍選用許可流量的20%~70%較為合適,旋杯選用20%~100%流量。

(2)涂料轉(zhuǎn)移率,指最終附著在產(chǎn)品表面的涂料占涂料從噴槍中噴出的總流量的比例,也稱作上漆率。事實上整個涂裝設(shè)備的發(fā)展歷史也可以看作是一部提高涂料轉(zhuǎn)移率的歷史,因為它與涂裝制造成本和環(huán)境保護(hù)這兩個主題密切相關(guān)。影響轉(zhuǎn)移率的主要參數(shù)包括:霧化器種類、靜電高低、噴涂參數(shù)、導(dǎo)電性等。使用怎樣的噴涂設(shè)備是決定轉(zhuǎn)移率的第一因素,因為不同的設(shè)備轉(zhuǎn)移率有著明顯的差別。一些主要霧化器轉(zhuǎn)移率從小到大為:普通空氣噴槍,靜電空氣噴槍,旋杯。它們在噴涂金屬或者塑料零件時的涂料轉(zhuǎn)移率見圖1、圖2。靜電是影響涂料轉(zhuǎn)移率的第二大因素,有無 靜電和靜電高低的差別在施工中表現(xiàn)得非常明 顯。由于靜電噴涂時,涂料粒子帶電導(dǎo)致涂料向工件吸附,因此需要先到達(dá)工件表面的帶電顆?焖俎D(zhuǎn)移電荷,維持工件表面和噴槍之間的電壓 差,確保兩者之 間的空間電場強度對于涂料轉(zhuǎn)移率非常關(guān)鍵。這就又增加了一個因素,即工件的接地狀態(tài)直接影響了涂料的轉(zhuǎn)移率。這一因素在噴涂導(dǎo)電性不好的工件時尤其明顯,如塑料保險杠。試驗表明,在使用ROBOBEL噴涂色漆時,一般接地和良好接地的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移率相差10%~20%。如ROBOBEL625在噴涂使用金屬夾接地 的SVW2000門檻條的實測轉(zhuǎn)移率為70%左右,而接地不良的情況下只有50%左右。對于空氣噴槍來說,霧化空氣壓力對轉(zhuǎn)移率影響也是較大的,霧化壓力過大會造成空氣噴到被噴涂面后反彈氣流增加,阻止后續(xù)小漆粒到達(dá)被噴涂面,導(dǎo)致轉(zhuǎn)移率下降。

(3)固體含量。固體含量參數(shù)通常有體積百分比和質(zhì)量百分比兩種,計算膜厚時使用的是體積百分比。在涂裝施工中,常常會忽視這一因素變化帶來的不穩(wěn)定,由于機器人噴涂中其他因素的精確控制,這一因素的影響比起在手工噴涂中顯得更為突出。下面的幾個因 素可能引起施工時涂料固體含量的不穩(wěn)定:

①不同批次涂料固體含量的變化。

作為原漆控制指標(biāo)的固體含量造成的偏差一般在±2%,這種偏差的影響有時是很大的。例如一種遮蓋力為11μm的色漆,原漆的固體含量在27%±2%之間,這樣高低極限的偏差在(29~25)/25=16%。如果原來使用29%噴涂的膜厚在12μm,現(xiàn)在25%的只能噴到12/29×25=10.3μm,顯然膜厚不夠了。這種情況下,就需要對涂料原料的固體 含量指標(biāo)嚴(yán)格監(jiān)控,并要求供應(yīng)商對于敏感的涂料給 出更小的范圍。

②原漆存放時間過長導(dǎo)致的偏差。

一般涂料的黏度隨著存放時間的延長會上升,而在調(diào)配涂料時常是以涂料黏度作為控制指標(biāo)的。這就出現(xiàn)了原漆存放前后所調(diào)配的涂料固體含量的變化。比如。一種涂料在存放6個月后黏度上升了10%(這一幅度是比較正常的,如存放環(huán)境溫度高,黏度上升幅度還要大),在調(diào)整到同樣的黏度時需要加入的稀釋劑較6個月前增加,這就減少了調(diào)配好的涂料的固體含量,其他噴涂因素不變的情況下,涂料膜厚會降低。

③不規(guī)范的調(diào)漆操作和存放方式會導(dǎo)致固體含量減少。

如原漆在包裝桶中沒有得到充分?jǐn)嚢瑁腆w含量高的成分留在桶中,這樣間接地降低了涂料的固體含量。還有,調(diào)配好的涂料放置時間過長而密封不好導(dǎo)致溶劑揮發(fā)后,固體含量會增加。

(4)走槍速度。以ABBTR5002噴涂機器人為例,槍速范圍為:0~3000mm/s。生產(chǎn)中,一般旋杯選用速度為600~1000mm/s,空氣噴槍選用速度為800~1500mm/s之間。理論上噴涂速度同膜厚成反比關(guān)系,但實際上,由于不同速度選用的噴涂參數(shù)會間接影響到轉(zhuǎn)移率,所以在滿足噴涂節(jié)拍的前提下,優(yōu)先選用較低的槍速。關(guān)于槍速對于轉(zhuǎn)移率的影響,可以這樣解釋:槍速慢,獲得同樣膜厚使用的涂料流量低,相應(yīng)的霧化空氣也小,對于提高轉(zhuǎn)移率有利。對于旋杯也 是如此,這可能與電荷轉(zhuǎn)移需要的時間有關(guān)。測試表 明,在同樣條件下噴涂產(chǎn)品,使用旋杯速度在500mm/s時比速度為700mm/s時轉(zhuǎn)移率提高5%。

(5)噴幅寬度。指霧化器噴出的涂料在被噴涂面覆蓋的寬度。噴幅寬度受到下述參數(shù)的影響:噴槍離被噴涂表面距離、霧化和扇面參數(shù)(空氣噴槍)或者整形空氣(旋杯)。單頭空氣噴槍的噴涂形狀是橢圓形的,旋杯的霧形是圓形的,雙頭噴槍根據(jù)兩個噴頭的夾角,形狀有所不同,但是基本也呈橢圓形。從空間角度看,它們的霧形是都是圓錐形或者橢圓錐形的。因此當(dāng)噴涂距離變短時,噴幅寬度成比例地縮小。對于空氣噴槍來說,霧化空氣壓力與扇面空氣壓力的比值對噴幅寬度呈線性影響。所以當(dāng)在修改相應(yīng)的噴涂流量時,需要考慮因為調(diào)整霧化和扇面空氣值間接影響到的噴幅寬度。

4膜厚的控制

對于機器人涂裝施工而言,確保生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定是需要優(yōu)先控制的。上述5個影響膜厚的因素可以采用不同的方式控制和調(diào)整。

(1)為保證涂料固體含量參數(shù)穩(wěn)定,推薦下列措施:

①監(jiān)控不同批次的原漆固體含量,尤其是對于膜厚敏感的涂料,如遮蓋力高的色漆;
②縮短原漆的存放時間,盡可能使用新鮮的涂料;
③避免涂料存放環(huán)境溫度過高;
④規(guī)范調(diào)漆操作;
⑤不同季節(jié)所用的稀釋劑配方不同,可以通過機器人IPS設(shè)置參數(shù)調(diào)整,避免流量的更改。

(2)噴涂速度在噴涂軌跡程序編制過程中調(diào)整,一旦確定之后就基本不再變動,只有在一些特定的情況下進(jìn)行調(diào)整,如噴涂遮蓋力特別差的色漆而噴槍流量接近上限時采用調(diào)低速度的方法較為有效。

(3)噴幅寬度主要在程序編制時確定,后期的調(diào)整主要是針對一些特殊平面,如對于窄平面使用小的幅寬能有效節(jié)約涂料。調(diào)整中需要關(guān)注因為噴幅變化帶來的其他影響噴涂質(zhì)量的情況,如當(dāng)通過噴涂距離調(diào)整幅寬時,涂料到達(dá)被噴涂面的溶劑含量同時發(fā)生變化,可能發(fā)生相應(yīng)的流掛或者干噴;當(dāng)通過霧化扇面壓力調(diào)整時,可能會影響到涂料的霧化效果。

(4)涂料轉(zhuǎn)移率一般不作為生產(chǎn)中調(diào)整的因素,在生產(chǎn)中需要關(guān)注的是因為轉(zhuǎn)移率變化導(dǎo)致的噴涂質(zhì)量事故。一般多發(fā)生在因為轉(zhuǎn)移率下降導(dǎo)致的漆層變薄。如靜電噴槍因設(shè)備故障導(dǎo)致電壓下降引起轉(zhuǎn)移率的降低。

(5)流量的調(diào)整是生產(chǎn)中最頻繁用于調(diào)整的參數(shù)。需要注意的是,調(diào)整空氣噴槍的流量時,一同調(diào)整的氣體的霧化和扇面壓力的值會隨之發(fā)生變化,這會同時 影響到轉(zhuǎn)移率,最后影響到膜厚。

5結(jié)語

  漆膜厚度雖然只受到上述討論的5個因素的影響,機器人噴涂又使我們對于這些因素的控制能力得到加強,但因為這中間的每個因素又受到整個涂裝系統(tǒng)的多個因素的影響,因此在實際生產(chǎn)線施工中,需要根據(jù)實際情況,設(shè)計出有效的施工參數(shù)的監(jiān)控體系,確保膜厚可控可調(diào)。

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