涂装线机器人新车型仿形与参数设置

在汽车涂装生产线中，任何一款新车型在生产试制及批量投产前，都需要对涂装设备进行工艺参数设置或设备改造，如吊具支点、机械化滑橇系统、机器人喷涂仿形及参数设置等，其中机器人喷涂仿形及参数设置尤显重要，因为白车身上的中涂层、面漆层和清漆层全部由机器人进行喷涂，下面主要介绍汽车涂装线机器人新车型仿形及参数设置。

在汽车涂装工艺中，喷涂机器人的应用越来越广泛，其显著的优点是可以同时在同一生产线上混线生产多种车型，提升了涂装的自动化程度及生产效率，其六轴或七轴的运动轴系比传统的往复机和自动喷涂机更灵活。

机器人的喷涂动作按预先设定好的轨迹程序和工艺参数进行，其曲面运动通过多个LIN点进行，如LIN(P1)→LIN(P2)→LIN(P3)→LIN(P…)，每个LIN点之间的运行，机器人程序默认为直线移动。每个LIN点都是由机器人的“WORLD”坐标系（X，Y，Z）组成。同时，车身表面的油漆喷涂参数按照工艺预设定值进行。

机器人运动轴系

机器人根据其加工工件的复杂度及运动仿形坐标系（X，Y，Z）需求，运动轴系一般分为如下七轴（见文中表和图1，视不同机器人厂家、参数而异）

机器人坐标系

机器人系统通常采用“WORLD”坐标系（见图2），该坐标系有以下2个特性：X，Y，Z轴互成直角；机械化输送链的前进方向对准＋X方向。

图2  “WORLD”坐标系

如图3所示，在机器人“WORLD”坐标系中，各坐标系代表的含义如下：

＋X：机械化前进方向；

－X：与机械化前进相反的方向；

＋Y：沿机械化进行左侧方向；

－Y：沿机械化进行右侧方向；

＋Z：喷漆室的顶部方向；

－Z：喷漆室的地板（格栅）方向。

图3  各坐标系的含义

机器仿形程序设置

以上述机器人运动轴系及坐标系为基础，下面以某机器人厂家的仿形程序为例，阐述机器人的仿形程序设置。该站共有机器人4台，分左右两边布置，左侧机器人为R11、R12，右侧机器人为R21、R22，进行仿形设置：

.

..

…(省略)

STARTPROG(“DOOR”)

开始DOOR程序

SELECT(“R11”)

选择R11机器人

S   E  L  E  C  T

SELECT SETTOOL(HT_BELL250)

加载机器人旋杯参数TOOL数据

SETTOOL SETOBJECT(HP)

SETOBJECT

LOADBRUSHFILE()

加载刷子文件

VEL(V 650)

设置机器人TCP速度

ACC(A2500)

设置机器人TCP加速度

OVERLAP( NODEC50)

加载有关机器人运动的参数值

SETTRIGGERPAR(G50)

加载机器人触发参数值

MOVE(“DOOR”)

开始ROOD仿形路径

MOVE LIN(P1)

机器人TCP向P1点直线移动

SETBRUSH(Gun1 1 PO3 TRG3)

设置刷子文件

SETBRUSH GUN(Gun1 GunOn PO6 TRG6)

主针(Main Gun)开启

LIN(P4)　　向P4点移动

LIN(P5)　　向P5点移动

LIN(P6)　　向P6点移动

LIN(P7)　　向P7点移动

GUN(Gun1 GunOff P9 TR3) 主针(Main Gun)关闭

LIN(P10)　　向P10点移动

WAIT_PAINTPOSITION(180.0)

等机械化反馈值达到180mm

GUN(Gun1 GunOn P12 TR4)

主针(Main Gun)开启

LIN(P13)  向P13点移动

LIN(P14)　　向P14点移动

LIN(P15)　　向P15点移动

LIN(P16)　　向P16点移动

LIN(P17)　　向P17点移动

LIN(P18)　　向P18点移动

LIN(P19)　　向P19点移动

GUN(Gun1 GunOff P73 TR14)

主针(Main Gun)关闭

LIN(P22)　　向P22点移动

END MOVE(“DOOR”)

DOOR 路径完成终止

RELEASE(“R11”)　R11机器人作业完成

ENDPROG(“DOOR”)程序

DOOR终了

RETURN　返回主程序

如上所述，经过程序编译后，在机器人的工控机上产生如图4所示的机器人轨迹走向图，至此，机器人R11的仿形已经设置完毕，运用同样的程序设置R12、R21和R22，最后再用主程序将4台机器人的分程序串接起来，就构成了机器人的运动仿形程序。

图4  机器人轨迹走向

上述方法为现场用实车进行在线仿形测量法，实际应用中，由于车型开发的三维数模及机器人应用软件的不断发展，已经完全可以应用软件（如FANUC公司的“PAINTPRO”软件、DURR公司的“3-D ONSITE”软件等）进行仿形程序离线编程，通过在软件中的三维数模车身图，直接在车身表面上设置轨迹点来实现编程（见图5）。新车型三维数模数据，一般应用最多的是CATIA的IGS及CGR格式模型数据，输入应用软件中进行编程，编程完毕后将仿形数据输入至机器人工控机上，完成车身的仿形程序设置，缩短了机器人仿形制作周期，减少了现场调试报废车的情况。

图5  在车身表面上设置轨迹点

机器人工艺参数值设置

运动仿形程序设置完成后，机器人还不能完整地喷涂出合格的油漆车身，还需要进行以下工艺参数的设置：

1.机器人雾化器的高电压值

机器人静电喷涂机的原理是以接地的被涂物为正极，旋杯（喷枪）为负极，从而在被涂物和雾化器间形成高压静电场。根据同性相斥、异性相吸的原理，使带负电的油漆在静电场的作用下被吸附于被涂件上，所以高电压值的大小直接影响静电涂装的静电效应、上漆率和涂膜的均匀性。若雾化器到车身的距离一定时，高电压值的升高会加强静电场的电场力，此时被涂物体表面部位的磁力线密度较高，使得涂料的上漆率增加，膜层厚度增加。但是高电压值不是越高越好，在喷涂中，当其电场强度超过4500V/CM时，会产生火花放电，同时在车身的折角、边缘部位的锐角处，容易出现流挂、气泡和发花等油漆缺陷。当电压值过低时，会导致上漆率过低，这时喷出的油漆就成雪花状的散团，导致圆锥形喷射漆流的回流现象，覆盖到车身表面的油漆过少。

轿车涂装中比较适应的高电压参数范围为50～80kV，根据金属漆、中涂漆和清漆而有所不同。由于原漆的电阻值低、导电性好，金属漆通常设置值为50～65kV，中涂漆与清漆设置值为60～75kV。对于边角部位，为避免边角静电效应，通常设置为45～50kV。

2.机器人雾化器的成型空气量

雾化器的成型空气一般也称为整形空气，它从旋杯后侧均匀分布的小孔中喷出，主要作用是限制油漆流的大小及整形幅度。在其他参数稳定不变，单独调整成型空气量时，成型空气量越大，油漆流喷出时形成较窄的区域，喷射漆流中央部位上的涂层厚度会有明显的增加；成型空气量越小，圆锥形喷射漆流的宽度有所扩大，导致区域内漆膜厚度也越薄。成型空气量应该在一定的范围内，它的大小设置和以下两个参数相关：

(1) 油漆流量：和成型空气量成正比关系，油漆流量越大，成型空气量也相应增加。

(2) 旋杯转速：和成型空气量成正比关系。成型空气量根据上述参数一般设置为100～350NL/min，当过低的时候，容易造成油漆的上漆率低，油漆利用率下降，同时也会造成旋杯的漆雾污染；过高的时候，由于压缩空气流较大，产生气流干扰，使油漆附在雾化器上，会导致漆膜表面的质量弊病，造成不利的影响。

机器人运动轴系

3.机器人的油漆流量

在机器人旋杯系统中，75％的油漆从旋杯环形间隙喷出，25％的油漆从旋杯中心孔喷出。机器人静电喷涂的油漆流量一般在0～500 ml/min范围内可调，通过齿轮计量泵来达到精确控制，计量精度为±1.5%。单位时间内，油漆流量参数设置越大，圆锥形喷射漆流的宽度增加，漆粒总数增多，漆粒流的密度增大导致漆膜厚度越大，反之越小。当涂料的油漆流量过大时，会影响旋杯的雾化效果，造成雾化难、漆粒粗，会产生滴漆、流挂和气泡等油漆缺陷。它的大小主要和以下因素相关：

(1) 油漆固体分：在需求膜厚相同的情况下，涂料的固体分越高，油漆的流量设定值越小。

(2) 机械化链速的大小：和油漆流量成正比，当链速增加的时候，油漆流量也相应增加。

(3) 涂层漆膜厚度的要求：如清漆要求为35～50μm，金属色漆要求为12～18μm，中涂漆要求为30～45μm，膜厚要求不同，其参数值也不相同。

机器人喷涂站每个旋杯的油漆流量计算公式如下：

P=[Sxδ/(TxNV)]/N

式中：

P—油漆流量，单位为ml/min；

S—新车型外表面喷涂面积，单位为m2；

δ—干涂膜厚度，单位为μm；

T—油漆上漆率（利用率），一般为80％～90％（采用的机器人厂家不同，其值也相应不同）；

NV—油漆施工固体分；

N—该站的机器人台数（旋杯数量）。

通常该理论计算值在调试阶段进行设置，实际与经现场调试优化后的最佳油漆流量值有一定范围（10％左右）的偏差。

4.机器人的旋杯转速

旋杯转速主要的作用是：通过每分钟高达25000～60000转的速度，对喷吐出的油漆进行雾化，使其达到一定的雾化细度。旋杯转速的设定和以下因素相关：

(1) 油漆的涂层要求：如中涂漆、色漆和清漆要求的转速各不一样，以溶剂型涂料为例，清漆转速度为35000～45000 r/min，中涂与底色漆稍低，为30000～35000 r/min。

(2) 涂料的油漆流量：其他参数不变时，油漆流量越大，要求的旋杯转速也越高。

通常情况下，旋杯转速越大，漆膜厚度也相应增厚，雾化效果也越好，但是如果参数设置值长期高于45000 r/min，会导致旋杯的损伤，如轴承的过量磨损等，增加设备备件的更换成本。

5.主针（Main Gun）控制参数

主针的作用是在机器人运行喷涂时，控制换色阀中油漆、溶剂和压缩空气的开关。以顶喷机器人为例，当喷涂顶盖有天窗车的车身时，通过仿形数据可知，天窗位置为点252～276（自动机以车身在光栅接受位置为0点），当顶喷机运行到天窗位置开始点252时，设置主针为关闭，当到达点276时，设置主针为开启，它的作用相当于手工喷枪中的枪针，枪针打开，油漆喷出，枪针关闭，油漆不喷，通过这样在天窗位置处，达到机器人不进行油漆喷涂的目的。

另外，主针还可以定义各雾化装置区域时间的接通和断开点以及清洁程序、注漆程序的开始点等参数。当设置主针参数时，需特别注意的是必须在开始进行清洗程序之前在合适的位置关闭主针，同时注意车身之间的间隙，将清洗程序放置在合适的位置（冲洗时间）以防止出现主针重叠的机器报警故障。

6.参数的过载百分比

过载百分比可以定义各参数如：输送链速度、油漆流量（P）、成形空气量（LL）和高电压值（HT）等参数的百分比数值。此参数设置值在一些场合可以使机器人的众多参数设置变得非常简便。

(1) 例一：面漆线现有的链速为2.6m/min，由于生产线产能的需求，需要将其提升到2.86m/min，那么单位时间内油漆耗量必须要相应增加，否则车身会出现少漆、桔皮等油漆缺陷。我们也可以在参数修改窗口里把每个区域的油漆量、成形空气量等参数提高，但是相对于一种颜色、一种车型而言，其参数高达90个区域，200多个参数要全部重新调整，导致参数修改量大。通过修改参数的过载百分比只需要在“输送链速度”调整窗口中，将链速过载百分比值设为：（2.86－2.6）／2.6×100%＝10%，即可达到目标。

(2) 例二：由于喷漆室空调蒸汽输送产生暂时的故障，导致喷漆室温度升不到工艺要求值，为防止车身流挂，需要修改大量的油漆喷涂参数值，如每种车型、每个区域的油漆流量值等。通过修改参数的过载百分比只需要在“油漆流量”调整窗口中，将所有车型及颜色的原始参数降低至95％或90％。

在正常场合，即在无链速提升及突发故障前提下，参数过载百分比值设为100％。

7.短清洗、长清洗程序设置

机器人的每个雾化旋杯装置上都有3个程序：长清洗程序、短清洗程序和预喷漆程序（也称注漆程序），作用主要是在换色或每次生产间隙进行溶剂清洗和油漆预注。

长清洗程序：每次换色或同一颜色的车喷涂10辆后，用溶剂对所有管道和阀门进行自动清洗，时间为8～10s，溶剂流量为100～450ml/min；短清洗程序：每喷完一辆车过后，用溶剂对所有管道和阀门进行自动清洗，时间为4～6s，溶剂流量为100～450ml/min。

其中，清洗程序在设定时应把溶剂与压缩空气的主针交替打开，中间间隔0.2s，最后是压缩空气，以便能吹掉多余的溶剂。

结束语

以上述理论为基础，目前我公司已经成功地在机器人系统上，独立进行了4种全新构造车型的机器人喷涂仿形与参数设置，喷涂质量及外观皆达到预期的效果及目的，机器人喷涂运行中未发生机器人的错位运行故障、碰撞和主针故障等。

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