岳金良，肖永超，唐 鵬

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

0 引言

近年來，我國汽車制造業(yè)取得了飛速的發(fā)展，涂裝又是在制造業(yè)中比較重要的工藝環(huán)節(jié)之一，進而也取得了長足的進步；其中尤為凸顯的機器人在噴涂的高效性、質量及運營成本方面也取得了較大突破。該過程中便出現(xiàn)了機器人自動噴涂內板技術，就目前行業(yè)應用情況來看，都林公司推廣時間較早，應用工廠較多，技術已經(jīng)較為成熟。下文將結合新建工廠實際應用經(jīng)驗對機器人自動噴涂內板技術進行分析和研討。

1 “都林”機器人內板噴涂技術

1.1 內板噴涂方式

目前行業(yè)內板噴涂基于輸送設置的不同主要有兩種方式：一種是車身在噴涂區(qū)域按照既定節(jié)拍前進，機器人跟蹤車身位置并開門、開蓋噴涂，稱為連續(xù)式輸送噴涂；另一種是車身進入噴涂區(qū)域后停止，開門、開蓋機器人將五門一蓋打開后，噴涂機器人對靜止的車身進行作業(yè)，稱為走停式噴涂，這兩種噴涂方式的優(yōu)缺點如表1 所示。

表1 連續(xù)式與走停式噴涂方式優(yōu)缺點對比Table 1 Comparison of the advantages and disadvantages between continuous and stop-and-go spraying method

從表1 中可看出，二者各有優(yōu)缺點，采用連續(xù)式噴涂的最大優(yōu)點是噴漆室長度短，后期運行風量小、節(jié)能、運行成本低，同時沒有高速搬運的時間損失，節(jié)拍內工作時間機器人更能有效、全面應用；采用走停式噴涂的最大優(yōu)點是車身靜止噴涂，簡單易操作，管控方便。內板連續(xù)式噴涂調試雖然較為復雜，但基于成本與品質的綜合考慮，其仍是工廠的首選。

1.2 內板站機器人布局

因采用內板連續(xù)式噴涂，面涂線體設計一般較為緊湊，需要在有限的空間內合理布局機器人并保證內板漆膜質量；內板站主要有噴涂機器人、開門機器人和開蓋機器人；噴涂機器人設置為高位導軌，即懸掛于軌道上，開門、開蓋機器人設置在地面導軌，如圖1 所示。

圖1 連續(xù)式噴涂機器人布局Figure 1 Robot layout of continuous spraying

高位導軌方式提高了機器人噴涂的可操控范圍，降低了噴涂機器人對機運設備的依賴性，且采用軌道方式比固定式更易于在線跟蹤，噴涂空間利用率更高；同時高位軌道噴涂機器人較固定式或地面導軌機器人，可以減少噴涂過程中對本體的漆霧附著，降低車身噴涂缺陷，延長機器人保潔頻次。但需要注意的是，噴涂機器人裝置于高位導軌上，前期應合理設計機器人、導軌、噴漆室三者綜合的穩(wěn)定性，合理設置、核算機器人立柱數(shù)量及間距，防止內噴機器人立柱間距相對較大，噴涂時產(chǎn)生較為嚴重的震動，長期運行存在安全隱患以及影響噴涂質量。

噴涂機器人數(shù)量的設置需要根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍及膜厚進行確定，以保證在生產(chǎn)節(jié)拍內達到標準的膜厚要求。

1.3 機器人霧化器及旋杯配置

都林機器人內板霧化器既可內置電極噴涂又可不帶電噴涂，以車門內板結構為例對比噴涂狀態(tài)，如圖2、圖3 所示。通過噴涂效果圖對比可以發(fā)現(xiàn)，內板加電噴涂，邊緣效應效果好，同時能夠減少噴涂軌跡，即不浪費噴涂時間，噴幅內的上漆率非常好，但基于成本角度考慮的話，內加電機器人是明顯要高于不加電的。

圖2 不加電效果圖Figure 2 Effect map without electrospray

圖3 加電效果圖Figure 3 Effect map with electrospray

所以新工廠機器人霧化器配置方面需要結合成本、品質進行綜合考慮，對水性B1B2 工藝來講，通常采用色漆內板不帶電噴涂，即霧化器不配置內置電極，清漆采用高壓靜電噴涂的方案，其原因如下：

（1） 色漆內板膜厚要求較低，一般控制為10～15 μm，只需起到顏色遮蓋作用，不加電通過噴涂參數(shù)控制也可以達到要求，同時降低機器人設備成本；

（2） 清漆現(xiàn)階段一般皆使用2K 溶劑型清漆，主要是提高外觀的飽滿度及亮度，內板膜厚基本控制為20～30 μm，而涂料固含量在46%～50%之間，所以在高膜厚低固體分的情況下需要采用內加電的方式達到噴涂標準要求。

1.3.1 旋杯

因內板噴涂局限性及特殊性，其噴涂參數(shù)常設置為低轉速低吐出量。而使用小杯徑的旋杯可以實現(xiàn)涂料的高效霧化，并且可保證內板結構復雜的部位的上漆，防止虛噴弊病的發(fā)生，“都林”一般選用PPH707空氣旋杯，EC50NW 的杯頭，即杯徑為50 mm，同時杯頭具有磁性防掉落和遠程監(jiān)控功能，可以監(jiān)控杯頭是否安裝及其轉速，與安全信號聯(lián)鎖，實現(xiàn)報警。

1.3.2 成型空氣

“都林”霧化器的成型空氣分為vortex（斜吹）和straight（直吹）兩路，其中vortex 空氣可以防止成型空氣飛散，straight 空氣可以收縮扇幅，二者通過比例調節(jié)閥進行調節(jié)，兩種成型空氣孔數(shù)量相同。采用雙環(huán)成型空氣，主要作用是限制漆霧扇面的大小，如圖4 所示，其扇幅控制優(yōu)于單環(huán)成型空氣，針對內板結構復雜部位，噴涂質量更有保障。

圖4 雙成型空氣效果圖Figure 4 The effect map of double molding air

1.3.3 噴涂TCP 速度

機器人噴涂TCP 速度與該工位所噴涂的車型面積、噴涂時的重疊率、生產(chǎn)節(jié)拍、噴涂寬度，以及機器人的使用效率有關；“都林”機器人噴幅重疊率為66%，機器人的使用效率在70%～80%之間，一般情況下，內板機器人采用空氣杯噴涂時，噴涂TCP速度＜900 mm/s；采用靜電噴涂時，噴涂TCP 速度＜700 mm/s。

1.3.4 車身輔具設計與應用

前機蓋輔具：輔具前端設置矩形框，尺寸為100 mm×100 mm，方向為水平，開蓋機器人可通過其前端鉤子將機蓋掀起，如圖5 所示。前門、后門輔具：一般采用磁鐵輔具，如圖6 所示。磁鐵需要滿足耐高溫（160 ℃）的試驗，保持磁性，在磁鐵周圍增加保護套，使保護套高出磁鐵1～2 mm，保證吸合力的同時，避免磁鐵同車門內板直接接觸，防止磕碰漆問題。該輔具結構簡單且易安裝，開門機器人可通過一定力矩將車門打開和關閉。

圖5 機蓋輔具Figure 5 The assistive device of cover

圖6 前、后門輔具Figure 6 The assistive device of front and rear door

1.3.5 內板機器人仿形設計

（1） 軌跡設計制作基礎

“都林”機器人編程軟件分為離線編程MOTOSIM EG和在線修改軟件Paint Studio，在前期使用MOTOSIM EG 進行仿形離線制作，后期生產(chǎn)過程中使用Paint Studio 進行在線噴涂參數(shù)和簡單仿形修改操作。實車示教之前都會采用離線仿形軌跡設計及仿真。以都林“MOTOSIM-VRC”設計軟件為例，在進行軌跡制作前，首先做的就是軟件內的機器人與車身數(shù)模固定：即首先需要添加應用機器人、噴槍、設置噴幅尺寸、添加數(shù)模調整相對位置以及創(chuàng)建噴涂程序；然后做的是傳送帶同步噴涂設置，即添加傳送帶同步基板，最后則是程序設置、仿真及示教。

程序設計主要命令即是插補命令，“都林”機器人軌跡由插補方法決定在各程序點間以何種軌跡移動，在各程序點間的移動速度即為再現(xiàn)速度。主要使用的是關節(jié)插補MOVJ、直線插補MOVL 與圓弧插補MOVC，與機運聯(lián)動在命令前添加SY，即聯(lián)動程序編寫主要為SYMOVL，SYMOVJ 等。

示例如下：

0001 MOVJ，VJ=20，機器人按最大速度的20%移動到等待點位置；

0002 SYSTART，CV#（1）STP=1.000，機器人同步跟隨機運開始；

0003 SYMOVJ，VJ=50 CV#（1）CTP=50.000，機運到達50 mm 位置，機器人同步跟隨進行作業(yè)；

0004 SYMOVL，V=500 CV#（1）CTP=50.000，同步跟隨噴涂，速度500 mm/s；

STP 數(shù)值必須小于CTP，STP 為跟隨開始信號，CTP 為機運觸發(fā)信號。

（2） 開門、開蓋機器人

開門機器人為坐落于地面軌道的三軸機器人（S、L、U 軸），其前端配有專用開門工具，用于開關車門，車門須被打開至最大角度，一般為60°～80°之間，其開門工具采用可旋轉的卡接裝置，卡接裝置下有8 個觸接卡頭，如圖7 所示，有效保證開門；機蓋開度為70°～90°之間，并且要穩(wěn)固。開蓋機器人為六軸機器人，前端設置矩形鉤（如圖8 所示），機蓋同樣需被打開至最大角度，以便于提供噴涂機器人的運行空間。確認好開門、開蓋位置后可以貼條作為比標記，內板噴涂程序是需要經(jīng)過多次優(yōu)化的，過程中需要注意防止車身精度及輸送等問題導致的開門位置出現(xiàn)偏差。

開門過程中，機器人向PLC 發(fā)送持續(xù)的檢測信號，確認開門器抓車門到位。內部設有檢測開關，當門抓取到位后，檢測開關信號為“ON”，如開門過程中此信號中斷，機器人急停報警。

圖7 開門機器人卡接裝置Figure 7 Door-opening robot latching device

圖8 開蓋機器人卡鉤Figure 8 Opening robot hook

（3） 噴涂機器人軌跡

內板機器人不同于外板采用規(guī)則的水平往復或垂直往復運動軌跡，其軌跡是基于車身內板復雜結構形成的多線條、多重疊的無規(guī)則運動軌跡，其目的主要是保證顏色的遮蓋，所以內板仿形的復雜程度較高，其仿形軌跡需要離線制作并結合實車進行對點示教。軌跡設計過程中，首先要確保離線數(shù)模的數(shù)據(jù)與實車的數(shù)據(jù)保持一致；其次，增加路徑點形成軌跡線的同時要考慮該噴涂扇幅能否完全覆蓋此結構，否則仍需增加噴涂軌跡線。相對機蓋內板等平整區(qū)域可以貼條作為示教基礎并確認重疊率是否滿足要求，圖9 為連續(xù)式噴涂內板噴涂軌跡圖。

圖9 內板噴涂軌跡Figure 9 The spray path of inner plate

內板軌跡注意點：

① 由于內板空間狹小，霧化器轉角時要注意機器人R、B、T 軸手臂與車身內板結構之間保持安全距離；

② 內板軌跡噴涂節(jié)距一般為60～70 mm，鉸鏈以及中立柱等不易噴涂位置，需要多走幾遍軌跡，噴涂流量設定需要偏低一些，即小吐出量多軌跡重疊噴涂；針對內凹外凸差別較大的區(qū)域，可以設置單獨的刷子號以及單獨開關槍處理；

③ 因外板噴涂霧漆導致的B柱上部陰陽面問題，可以通過在內板站增加B 柱外板軌跡，即噴完機艙后噴涂B 柱外板面然后再噴涂B 柱內表面解決；

④ 針對噴涂部位不連續(xù)且需要跨越跳轉的區(qū)域，可單獨設置空噴軌跡進行有效過渡，該過程中注意機器人運行的舒適性及便利性。

2 機器人設備調試要點

2.1 內板機器人IO 空氣檢測

設備安裝完成后需針對機器人IO 空氣進行重點檢測，關注管路連接的準確性及與電控信號傳遞的準確性，同時判斷機器人功能是否具備。主要控制以下幾項：成型空氣、渦輪驅動空氣、NANO 閥空氣、AOPR 空氣管、渦輪剎車空氣管、軸承空氣管、麥克風空氣管等。

2.2 設置軟極限、防錯

調整機器人各軸（主要是S、L、U 三軸）的脈沖極限設定，防止機器人與壁板等建筑物的干涉碰撞，當超出脈沖設定范圍時，機器人急停報警。

2.3 機器人示教過程確認

示教過程中，注意在滿足噴涂位置及角度的同時，盡量拉大機器人與周邊干涉物的距離。

2.4 聯(lián)動、防錯設置

（1） 干涉信號設置

噴涂機器人與開門機器人間開關門均設定干涉信號。開門機器人開門OK，噴涂機器人方能進入內噴區(qū)域。噴涂機器人作業(yè)完成到達安全區(qū)域，開門機器人執(zhí)行關門動作。

（2） 噴涂過程中，機器人同步跟蹤的保證通過編碼器采集的脈沖信號通過脈沖控制模塊不停地向PLC 輸出脈沖數(shù)據(jù)，PLC 根據(jù)接收到的脈沖數(shù)據(jù)，與設定值進行對比，如出現(xiàn)偏差即產(chǎn)生報警，PLC 向機器人輸出急停信號，機器人立即停止工作。

（3） 滑橇檢測

沿輸送鏈方向上設置檢測開關，對滑橇位置進行檢測，當檢測數(shù)據(jù)與編碼器脈沖信號發(fā)生偏差時產(chǎn)生報警，機運與機器人立即停止工作。

3 工藝調試要點

3.1 噴涂距離

噴漆機器人霧化器與車身內板間的距離較短，一般為100～180 mm，明顯較外板噴涂距離短，其原因主要有以下兩點：

（1） 便于增加機器人R、B、T 軸的活動空間，減免因空間有限導致的磕碰及機器人姿態(tài)的極限報警；

（2） 針對復雜部位提高霧漆效果，在相同流量、轉速、TCP 的情況下，噴涂距離在合理范圍之內偏下限，可以提高車身結構復雜區(qū)域的霧漆效果。

3.2 電壓

電壓的設置直接影響涂料的上漆率以及膜厚的均勻性。色漆內板不必上電也可達到膜厚及顏色遮蓋作用，所以目前一般工廠只有2K 清漆采用內置電極霧化器進行帶電噴涂；因為內板結構復雜，且邊緣位置較多，內板電壓設置不能同外板電壓設置，一般電壓設置為10～40 kV 之間即可，電壓設置過高，易導致車身內板結構出現(xiàn)流漆、裂漆、暗印等弊病。

3.3 噴涂參數(shù)經(jīng)驗值

對于水性B1B2 工藝，噴涂參數(shù)的經(jīng)驗值如表2所示。

表2 噴涂參數(shù)經(jīng)驗值Table 2 Experience values of spraying parameters

從表2 中可以看到，內板轉速宜控制在20000～25000 r/min，外板轉速宜控制在50000～55000 r/min；內板轉速較外板低得多，主要由于內板噴涂需要控制及縮小扇幅，使用雙環(huán)成型空氣及低轉速可有效達到該目的；另外，較低的轉速可以保證內板漆膜的濕度及金屬粉粒徑的有序排列，防止過干導致內板漆膜出現(xiàn)發(fā)花等現(xiàn)象。需要注意的是，“都林”霧化器使用轉速需＞15000 r/min，方可進行油漆霧化，否則轉速較低，油漆或溶劑容易進入渦輪、軸承和控制回路。同時，轉速不得超過65000 r/min，轉速過高，易導致渦輪嚴重受損和杯頭與渦輪連接失敗，對人員和設備造成危險。

3.4 內板品質控制要點

（1） 考慮到內板的噴涂部位，只噴涂沒有外飾件遮蔽的區(qū)域，因此噴涂過程中以色漆遮蓋為主，對于車門內板及門洞處，屬于人眼目視可見的B 區(qū)，需重點注意遮蓋質量，保證無虛噴、流掛等缺陷。

（2） 對于鉸鏈、中立柱等復雜且不易上漆部位，可通過增加成型空氣，減小扇幅，調整霧化器噴涂角度，局部分別增加刷子號單獨控制來有效達到噴涂效果。

（3） 針對內板結構復雜、軌跡重疊率較高的位置出現(xiàn)的吹漆問題，可以通過調整邊臨兩槍的成型空氣進行解決，盡量降低軌跡存在垂直角度的成型空氣互吹問題。

（4） 考慮水性色漆需要滿足預烘干脫水率≥85%，因此內板色漆膜厚不宜過厚，否則易出現(xiàn)痱子等弊病。

4 結語

隨著汽車涂裝環(huán)保理念的踐行，內板自動化噴涂技術的應用會越來越多，而基于成本和品質的綜合考慮，內板連續(xù)式噴涂技術也會成為更多廠家整車廠的首選。通過對“都林”機器人的噴涂方式、布局、設備配置、參數(shù)設置、仿形設計及品質控制要點等方面的分析，總結了連續(xù)式噴涂的優(yōu)勢及技術管控要求，以上是筆者基于新工廠調試應用帶來的一些經(jīng)驗及分享，希望對大家有益。