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淺談涂裝機器人仿形提升外觀質量

發布時間:2020.07.29    點擊數: 10781

        隨著經濟的發展以及汽車品牌與數量的增加,消費者的購車要求從滿足行駛搭載基本功用發展到了外觀舒適耀眼的更高要求。因此,涂裝外觀質量的提升成為汽車生產者關注的重要課題。車身涂裝的實現方式有手動噴涂和自動噴涂,其中,自動噴涂機器人具有柔性大、噴涂質量及材料使用率高、控制靈活等優點[1]。國內外汽車車身涂裝線普遍采用自動噴涂機器人工藝實現車身噴涂。汽車涂裝行業使用的機器人品牌有多種,本文論述的是FANUC品牌噴涂機器人仿形優化應用,通過優化機器人噴涂仿形解決涂裝缺陷問題,提升涂裝外觀質量。

1  機器人噴涂可調整參數說明

1.1 現場控制臺設置的參數

FANUC品牌機器人噴涂系統包含多個配套軟件。其中,在Paintworks3(PW3)噴涂軟件的主界面(GUI)設有Process(過程參數)功能模塊,可以設置機器人旋杯轉速、成型空氣、噴涂流體參數(流量)的預設值、噴涂電壓E-stat預設值(靜電壓)等參數。旋杯轉速一般設置為25~50 kr/min,成型空氣流量一般設置為250~450 L/min。一般情況下,這些經驗參數不會被調整,但在解決某些問題(如調整旋杯噴幅、調整油漆霧化效果等)時可以考慮調整。不同機器人,不同噴涂區域,流量設置是不一樣的,需要根據車身外形結構變化設定流量值,比如門把手、門框、內外表面交接處等區域流量設置要小點。一般會把現有車型的流量使用到新車型中,然后在新車型的不斷調試中,調整流量至符合該新車型的噴涂。

1.2 離線仿形設置的參數

仿形設置的參數有槍速、槍距、噴幅或重疊率或折距、噴涂角度等,這些參數在進行仿形軌跡設計時就要輸入了。一般槍速為600~900 mm/s,槍距設為250~400 mm,折距選擇175 mm,噴涂角度為垂直噴涂面。

    重疊率=(噴幅-折距)/噴幅。

一個機器人的噴涂周期時間包括實際噴涂時間(出漆噴涂時間)、空槍時間(機器人回家、準備噴涂、不出漆移動的時間)、換色時間。機器人噴涂時間按下式計算:

T=3 600/M,

式中:T為噴涂周期時間;M—每小時工作量(JPH)。

T=P+K+H

式中:P為實際噴涂時間;K為走空槍時間;H為機器人換色時間。

槍速要結合生產節拍、鏈速、機器人數量等綜合考慮。如某生產線節拍為34 JPH,鏈速為69 mm/s,機器人換色耗時27 s,那么機器人完成噴涂所有移動的時間是79 s,即機器人噴完一臺車的時間不能超過79 s。在已知上述信息的情況下,選定車型,進行仿形模擬試噴,可以得出合適的噴涂槍速。

2  機器人分工及仿形調試

2.1  機器人分工

進行最初的仿形設計時要確定每個機器人噴涂哪些區域,即確定機器人分工。

某條產線中涂、色漆、清漆外部噴涂均使用機器人自動噴涂。其中,中涂設有10臺機器人,色漆設有8臺機器人,清漆也設有8臺機器人。根據工藝要求,中涂只需噴一道漆,10臺機器人會被分配好噴涂區域,共同完成一臺車身的噴涂。而色漆和清漆需要進行兩道噴涂,那么8臺機器人中前4臺就要完成一臺車身的第一道漆噴涂,后4臺完成第二道漆的噴涂。

2.2  仿形編程介紹

離線仿形編程軟件的應用可以提升仿形優化解決涂層外觀缺陷的效率。

FANUC品牌機器人噴涂系統包含PaintPRO軟件,使用該軟件可以進行離線編程。編程軟件界面包含工作單元瀏覽器、虛擬示教板、虛擬噴房、虛擬汽車等內容。

編程程序包括主程序(Job)和工藝程序(Program)。主程序是指在機器人控制器里為每個手臂創建工作,工作程序定義了各個噴漆區域的噴涂順序和預定義位置, 一個Job程序定義了一個機器人要完成的所有動作及動作的先后順序。工藝程序是指確定用哪個機器人來噴涂車身的哪個部位,創建噴漆圖形,用圖形生成機器人TP程序。一臺車身的噴涂包含了若干個工藝程序。

2.3 仿形調試流程

2.3.1 離線仿形初始設計(理論設計)

設計內容包括選擇軌跡模型,設計噴幅、重疊率、折距,設計噴涂槍距、槍速、角度,設計開關槍點等。每個項的設計都要考慮現場工藝需求。軌跡模型有Triangle型、W型、Square型等。槍速根據生產節拍、生產線鏈速、機器人數量和若干次仿形模擬結果確定(槍速選定如上文所述)。新車型的仿形設計一般參考已有車型的仿形進行設計。

2.3.2 現場仿形示教

進行現場軌跡對點調試,根據結果調整離線仿形使其符合實際需要。仿真運行程序無誤,保存所有調試完畢的子程序和母程序并導入現場控制器,運行無漆Ghost,確認每個機器人動作正常,過程無報警。

2.3.3 參數設置

設置現場噴涂參數,運行有漆Ghost,確認每個機器人正常噴漆。

2.3.4 在線噴車驗證

進行實車噴涂調試,確認機器人與車身無干涉,根據出車結果優化噴涂參數及仿形程序。

3  優化仿形解決漆膜缺陷簡述

3.1 缺陷及原因

面漆缺陷有很多種,包括色差、漆薄、橘皮、縮孔、針孔、痱子、流掛、滴漆、失光、斑馬條紋、顆粒、絲狀纖維、濕印、濺溶劑、氣泡、發花、劃傷等。其中,靜電旋杯噴涂常見的缺陷有失光、橘皮、針孔、斑馬紋等[2]。影響外觀質量的因素很多,主要因素有:涂料本身的質量、施工基層狀況、涂裝工藝、施工操作、施工環境等[3]。下面結合機器人噴涂仿形設計,舉例說明部分缺陷產生的原因。

1)橘皮:噴涂槍距過大,漆霧中溶劑揮發增多,漆膜流平性差;槍速過快,一次噴涂膜厚過薄,漆膜流平性差;旋杯轉速過低,霧化不良,漆膜粗糙等。

2)流掛:流量設置過大,一次噴涂膜厚太厚;噴涂槍距過小,漆膜太厚;槍速太低,一次噴涂膜厚太厚等。

3)局部漆薄:槍距過大、仿形軌跡局部布置不到位、流量點流量值設置過低等。

4)斑馬條紋(明暗條紋):仿形軌跡的重疊率設計不合適,噴涂折距過大;仿形軌跡選型不當等。

3.2 仿形優化舉例

雖然通過仿形優化并不能解決所有涂裝漆膜缺陷,但還是有許多缺陷可以通過調整仿形編程以及調整機器人噴涂參數解決。以下簡述如何優化仿形解決幾種常見缺陷。

1)橘皮:調整槍距槍速、調整仿形軌跡、增加軌跡、增加噴涂流量等。

2)局部流掛:流掛處仿形關槍處理、增大槍距、調整仿形軌跡、調整流量點流量值等。

3)局部漆薄:噴涂不合適處減小槍距、增加軌跡、調整仿形軌跡分布、調整流量點流量值等。

4)明暗條紋:調整仿形軌跡的重疊率,調整噴涂折距,選用合適的仿形軌跡等。

4 優化仿形實際案例分析

優化仿形可以解決上述多種漆膜缺陷,其中橘皮、流掛、漆薄、痱子、色差等缺陷的產生都與膜厚控制不當有關。膜厚是涂裝的關鍵控制對象,且控制膜厚的均一性對外觀質量也有影響。上述機器人各項噴涂參數在進行仿形調試后已調整穩定的情況下,若出現噴涂缺陷,一般通過調整流量和優化仿形解決問題。或者要求進行質量提升時,可以考慮從優化噴涂仿形方面進行。下文將論證說明通過優化仿形的系列措施解決多項涂層缺陷來提升外觀質量。

4.1 優化仿形提升膜厚

一般出現整車膜厚偏低的情況時,為提升大面膜厚,首先會選擇增加流量。但是,單純增加噴涂流量極易導致流掛缺陷。優化現有噴涂仿形,將噴涂折距由175 mm調整為150 mm,噴涂重疊率由30%左右提高為50%左右,可以使膜厚平均提升10 μm,并且改進了膜厚均一性。該措施的實施效果見表1。

        以上措施改善了大面膜厚,但發蓋兩側邊緣膜厚還是偏薄。于是繼續進行仿形優化,將發蓋水平面左右靠邊處三角形仿形軌跡縮短,在側面單獨增加一道噴涂軌跡并改用側面機器人進行噴涂。仿形軌跡調整后,膜厚提升12 μm左右,結果見表2。

4.2 解決痱子及流掛缺陷

一般噴涂過厚會引發痱子和流掛缺陷。如尾門下邊緣出現痱子缺陷,缺陷發生區域很小時,僅考慮優化局部仿形解決問題。適當增大痱子發生部位仿形的槍距,就可以消除缺陷。

側門區域大面膜厚控制不當,噴涂過厚容易出現門把手處中涂和清漆層流掛的問題。首先考慮對流掛處機器人進行關槍處理,可以解決流掛缺陷,但門把手下方區域受關槍影響膜厚會變薄,外觀變差。于是,繼續進行仿形優化,調整中涂和清漆門把手處的仿形軌跡,使走槍繞開門把手進行噴涂,最終可以消除因關槍導致的漆薄問題,也不會出現流掛缺陷。仿形軌跡調整如下圖1~2所示,門把手附近區域16測點平均值結果見表3。

4.3 仿形選型對外觀的影響

不同仿形模型對外觀是有影響的,對膜厚的控制也有差別。

如仿形選用模型不當,噴涂亮度較高的紅色漆時容易出現明暗條紋的缺陷。噴涂仿形選用三角型軌跡情況下,通過優化機器人折距和噴涂速度,改進噴涂重疊率,可以弱化明暗條紋,但目視還是感覺缺陷未能完全消除。由于三角型模式噴涂是垂直方向走槍,噴涂出的條紋缺陷在豎直方向,人眼目視會較敏感。改用矩形仿形,水平走槍的方式噴涂,可以大大改善目視外觀。

如考慮到顧客目視主要關注區是車門把手水平線上下區域,為了提升關注區的外觀質量,考慮提升該區域的膜厚。三角型仿形上下區域是同一個流量點,無法通過設置流量點單獨控制上部區域。矩形仿形上下區域可以設置不同的流量點,通過設置不同的流量,可以實現上部區域膜厚的提升。矩形仿形軌跡如圖3所示,改進前使用三角型仿形,改進后使用矩形仿形,應用結果如表4所列。以上論述說明了優化仿形各項可調參數或軌跡以及優化仿形模型可以解決多項涂裝缺陷,從而提升整車外觀質量。

5 結語

合理的仿形設計使得機器人自動噴涂技術得到了充分發揮,漆膜質量得到保障。在外觀提升工作中,可以充分利用仿形優化,以最小的變動、最小的成本解決漆膜缺陷問題。仿形設計工作不是一步到位的,需要在生產調試過程中不斷調整。由于缺陷的種類太多,仿形可調整的內容也多,需要做更多研究及總結才能更好地通過優化機器人噴涂仿形實現外觀質量提升的目標。

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