噴涂機(jī)器人技術(shù)-副本

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1、噴涂機(jī)器人技術(shù) ——淺談漆膜厚度控制 1 引言 隨著國(guó)內(nèi)乘用車工業(yè)的發(fā)展， 越來(lái)越多的機(jī)械噴涂取代了 手工作業(yè)。 在這種趨勢(shì)中， 機(jī)器人噴涂所占 的比例也越來(lái)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(jī) 器人噴涂替代的趨勢(shì)。汽車車身外覆件也大量使用機(jī)器人噴涂， 如國(guó)內(nèi)轎車保險(xiǎn)杠噴涂中超過(guò)一半的產(chǎn)量使用了機(jī)器人。 機(jī)器人 噴涂既保持了手工噴對(duì)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(jī)器人施工時(shí)影響最終涂膜厚度的各種因素， 為生產(chǎn) 中對(duì)膜的控制調(diào)整提供一些思路。 2 膜厚控制的意義 對(duì)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(yàn)， 現(xiàn) 場(chǎng)生產(chǎn)中涂層的外觀缺陷有超過(guò)一半以上是因?yàn)槠釋幽ず窨刂? 不當(dāng)造成的。一些常見(jiàn)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(xiǎn)杠噴涂的第一層助黏底漆膜厚不夠， 會(huì)導(dǎo)致整個(gè)涂層附著力 下降，同時(shí)底漆的膜厚達(dá)不到要求時(shí)其導(dǎo)電效果也會(huì)下 降，這 會(huì)引起第一道色漆使用靜電噴涂時(shí)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(jiàn)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(gè)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(duì)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(jì)顯 示， 采用同樣設(shè)備噴涂時(shí)， 是否精確控制膜厚其所消耗的涂料相 差 25 ％以上。 目前在國(guó)內(nèi)使用的機(jī)器人噴涂主要有日本巖田或三菱機(jī)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(jī)器人，在本文中主要是 以 ABB 機(jī)器

4、人為基礎(chǔ)進(jìn)行討論。 3 影響漆膜厚度的因素 在機(jī)器人噴涂施工中，涂層膜厚可以按如下公式計(jì)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(shí)單位時(shí)間從噴槍口流出的涂料體積。 在機(jī)器人噴涂中，這個(gè)數(shù)據(jù)直接在 BRUSH （刷子）參數(shù)表中確 定。 一些老式的機(jī)器人噴涂中， 流量控制沒(méi)有和機(jī)器人系統(tǒng)建立 聯(lián)系， 無(wú)法在一個(gè)噴涂程序中間隨時(shí)更改流量。 而大部分新機(jī)器 人的流量控制系統(tǒng)直接由機(jī)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(jī)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(duì)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(jì)量齒輪泵，即泵每轉(zhuǎn)一圈所獲得的體積數(shù)是恒 定的，機(jī)器人 1PS 系統(tǒng)控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到定量供漆，在 這類系統(tǒng)中，涂料的動(dòng)力來(lái)自齒輪泵產(chǎn)生的壓力。 二是通過(guò)流量計(jì)和節(jié)流閥組成的閉路系統(tǒng)來(lái)控制，在這類 系統(tǒng)中， 涂料的壓力來(lái)源于供漆系統(tǒng)， 流量計(jì)獲得的流量信號(hào)傳 到機(jī)器人 IPS 系統(tǒng)與已標(biāo)定的值作比較， 當(dāng)流量有偏差時(shí)， 信號(hào) 返饋給節(jié)流閥， 通過(guò)改變節(jié)流閥開(kāi)閉度來(lái)調(diào)節(jié)。 使用第二種方案 控制時(shí)對(duì)供漆壓力的穩(wěn)定性要求高。 機(jī)器人噴涂系統(tǒng)提供了多級(jí) 修正流量偏差的方法。 如在 ABB TR5002

6、 噴涂機(jī)器人上， 對(duì)于系統(tǒng)的偏差有兩種 途徑可以調(diào)整。 一是可以通過(guò)機(jī)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(duì)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(duì)密度的影響。 二是可以通過(guò) TEACH PADENT 中的 BRUSH 設(shè)置。 如當(dāng) BRUSH 中設(shè)置是 200 而實(shí)際測(cè)量得到的流量是 220 時(shí)， 可以設(shè) 置 BRUSH 比例為 200／220=91 ％，這樣實(shí)際的噴涂流量成為 200 。 需要注意的是這種設(shè)置重新開(kāi)機(jī)后參數(shù)自動(dòng)恢復(fù)到 100 ％。 噴涂中流量范圍的選用主要受到兩個(gè)環(huán)節(jié)的影響： 計(jì)量泵和霧

7、化 器。這兩個(gè)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(jì)量泵時(shí)，因?yàn)楸玫氖芸剞D(zhuǎn)速范圍是 0?150 r/min,因此它的額定流量在 0 — 900 mL/min。同時(shí)，霧化器 也存在不同的流量上限。如 ABB 機(jī)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(guò)低的流量在使用計(jì)量泵時(shí)泵的轉(zhuǎn)速 過(guò)慢，無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的精度。另一個(gè)需要關(guān)注的因素是，在空氣 噴涂時(shí)， 流量的大小影響到涂料霧化效果。 根據(jù)機(jī)器人噴涂保險(xiǎn) 杠的經(jīng)驗(yàn)，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(shí)上整個(gè)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?yàn)樗c 涂裝制造成本和環(huán)境保護(hù)這兩個(gè)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?yàn)椴煌脑O(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?cè)趪娡拷饘倩蛘咚芰狭慵r(shí)的涂料轉(zhuǎn)移率 見(jiàn)圖 1 、 圖 2 。 靜電是影響涂料轉(zhuǎn)移率的第二大因

9、素， 有無(wú) 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(shí)， 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(chǎng)強(qiáng)度對(duì)于涂料轉(zhuǎn)移率非常關(guān)鍵。 這就又增 加了一個(gè)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(shí)尤其明顯，如塑料保險(xiǎn) 杠。試驗(yàn)表明，在使用 ROBOBEL 噴涂色漆時(shí)，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(shí)測(cè)轉(zhuǎn)移率為 70 ％左 右，而

10、接地不良的情況下只有 50 ％左右。對(duì)于空氣噴槍來(lái)說(shuō)， 霧化空氣壓力對(duì)轉(zhuǎn)移率影響也是較大的， 霧化壓力過(guò)大會(huì)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(jì)算膜厚時(shí)使用的是體積百分比。在涂裝施工中，常常 會(huì)忽視這一因素變化帶來(lái)的不穩(wěn)定， 由于機(jī)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(gè)因素可能引起施工時(shí)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(shí)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(lái)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(duì)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(duì)于敏感的涂 料給出更小的范圍。 ② 原漆存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致的偏差。 一般涂料的黏度隨著存 放時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)上升， 而在調(diào)配涂料時(shí)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(gè)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(shí)需要加入的稀釋劑較 6 個(gè)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(huì)降低。 ③ 不規(guī)范的調(diào)漆操作和存放方式會(huì)導(dǎo)致固體含量減少。 如原漆在包裝桶中沒(méi)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)而密封不好導(dǎo)致溶劑揮發(fā)后，固體含量會(huì)增加。 （ 4）走槍速度。以 ABB TR5002 噴涂機(jī)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(shí)際上， 由于不同速度選 用的噴涂參數(shù)會(huì)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(duì)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(duì)于提高轉(zhuǎn)移率有利。對(duì)于旋杯也 是如此，這可能 與電荷轉(zhuǎn)移需要的時(shí)間有關(guān)。測(cè)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(shí)比速度為 700 mm／s 時(shí)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(gè) 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(shí)，噴幅寬度成比例地縮小。對(duì)于空氣噴槍來(lái)說(shuō)，霧化空氣 壓力與扇面空氣壓力的比值對(duì)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(shí)， 需要考慮因?yàn)檎{(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(duì)于機(jī)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(gè)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(duì)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(shí)間，盡可能使用新鮮的涂料； ③ 避免涂料存放環(huán)境溫度過(guò)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(guò)機(jī)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(guò)程中調(diào)整，一旦確定 之后就基本不再變動(dòng)， 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(shí)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(shí)確定，后期的調(diào)整主要是 針對(duì)一些特殊平面， 如對(duì)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?yàn)閲姺兓瘞?lái)的其他影響噴涂質(zhì)量的情況， 如當(dāng)通過(guò)噴涂距離調(diào)整幅寬時(shí)， 涂料到達(dá)被噴涂面的溶劑含量同 時(shí)發(fā)生變化， 可能發(fā)生相應(yīng)的流掛或者干噴； 當(dāng)通過(guò)霧化扇面壓 力調(diào)整時(shí)，可能會(huì)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?yàn)檗D(zhuǎn)移率變化導(dǎo)致的噴涂質(zhì)量事故。 一般多發(fā)生 在因?yàn)檗D(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(shí)， 一同調(diào)整的氣體的霧化和扇面 壓力的值會(huì)隨之發(fā)生變化，這會(huì)同時(shí) 影響到轉(zhuǎn)移率，最后影響 到膜厚。 5 結(jié)語(yǔ) 漆膜厚度雖然只受到上述討論的 5 個(gè)因素的影響， 機(jī)器人 噴涂又使我們對(duì)于這些因素的控制能力得到加強(qiáng)， 但因?yàn)檫@中間 的每個(gè)因素又受到整個(gè)涂裝系統(tǒng)的多個(gè)因素的影響， 因此在實(shí)際 生產(chǎn)線施工中， 需要根據(jù)實(shí)際情況， 設(shè)計(jì)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！