噴涂機器人技術(shù)-副本

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1、噴涂機器人技術(shù) ——淺談漆膜厚度控制 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

2、 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

3、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

4、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： 干膜厚度二（流量滁料體積固體含量滁料轉(zhuǎn)移率）/（走槍 速度乂賁幅寬度） （ 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

5、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 ABB TR5002

6、 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 TEACH PADENT 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

7、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6 cc計量泵時，因為泵的受控轉(zhuǎn)速范圍是 0?150 r/min,因此它的額定流量在 0 — 900 mL/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 400 mL／min ，所以在這種設(shè)備配置中，最高流量只能 是 400 mL／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

8、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

9、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 帶電顆粒快速轉(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

10、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

11、偏差的影響有時是很大的。 例如一種遮蓋力為11師的色漆，原漆的固體含量在（27立）% 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 12M，現(xiàn)在 25%的只能噴到 12/ 29 >25=10. 3 g,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

12、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?固體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 ABB TR5002 噴涂機器人為例，槍速范 圍為：0?3000 mm/so生產(chǎn)中，一般旋杯選用速度為 600

13、? 1000 mm /s,空氣噴槍選用速度為 800?1500 mm /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 500 mm／s 時比速度為 700 mm／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

14、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

15、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。 ⑥ 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

16、度的 方法較為有效。 ⑦ 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。 ⑧ 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。 ⑨ 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)。 精品資料 Welcome To Download !!! 歡迎您的下載，資料僅供參考！