淺談噴涂機器人油漆供應與氣動控制使用問題及改善

文/薛海鵬

摘 要 ：對噴涂機器人 氣動系統控制原理及其雙組分油漆供應進行介紹 ， 針對某汽車廠噴涂機器人 在 該方面 使用 過程中 油漆返漆進入閥島控制氣通道、油漆管道爆管、清漆層表面 失光等問題進行深入探析 ， 總結現場經驗 ， 提出改善方法 ， 對出現 的 問題從源頭到 末端都制定 有 效 的 標準及改善對策 ， 因此 在 使用 噴涂機器人 過程中 出現長 時間、高 頻次停機 的 問題得以降低 。

關鍵詞：噴涂機器人 ；霧化器；快速排氣閥；小系統；漆壓力監控

0? ?引言

隨著信息化時代 的 到 來 ， 汽車工業 開始邁向以噴涂機器人 為 核心 的 自動化生產進程 ， 用 工成本 的 上 升及嚴格 的 節能 環保政策 要 求使得噴涂機器人 市場迎來 快速發展期 ， 加之機器人 噴涂快速精準 的 參數控制 ， 通過平滑均勻 的 噴涂動作 ， 使過往出現 的 過度噴涂及漏噴等現象得以杜絕 ， 大 大 提升了 油漆利用 率 。 但隨之而來 由于噴涂機器人 噴涂 的 精準控制及氣控閥 的 快速響應 ， 加之雙組分中 固化劑遇空氣快速凝固 的 特性 ， 對生產過程及后期維保提出了 更高 的 要 求 ， 例如控制油漆 的 針閥氣密性 要 求高 、油漆容易進入針閥 的 閥室從而返入閥島、固化劑管路清洗不 干凈造成管路凝固、閥體卡滯、計量泵出口高 壓爆管或入口漆液無 介質流過導致失光等問題 。

1? ?雙組分雙系統（2×2K）油漆供應與 氣動控制原理

雙組分為 清漆和 固化劑 ， 雙系統為 兩套油漆供給控制噴涂系統 ， 由于清漆和 固化劑不 易清洗 ， 執行清洗和 注漆時間過長 ， 采用 2×2K系統可減少因換色導致 的 停線 ， 例如CC1噴涂系統 ， 當機器人 接受到 顏色改變 的 信息后 ， 機器人 控制器發送指令開始執行霧化器 的 清洗、2K注漆時間程序 ， 不 需 要 進行清漆管路及固化劑管路 的 清洗及注漆 ， 當車體由輸送設備傳送至預設起噴位置時 ， 機器人 自動執行噴涂程序 。

機器人 所需 的 噴涂介質包括清漆、固化劑、溶劑 ， 這 些介質均由配套 的 輸調漆系統供應 ， 在 噴涂中 ， 閥島動作打開所對應 的 氣控閥從而快速地 控制固化劑清漆 ， 調用 噴涂軌跡中 相應 的 參數 ， 各自計量泵控制清漆與 固化劑流量 ， 清漆與 固化劑 的 比例為 3 ∶ 1 ， 到 達霧化器混合攪拌均勻 ， 經旋杯高 速旋轉霧化噴涂到 車身表面 。

2? ?噴涂系統核心部件典型改善方案

復雜噴涂機器人 工藝控制系統經常出現如油漆容易進入針閥 的 閥室從而返入閥島造成損壞、固化劑管路清洗不 干凈造成管路凝固、閥體卡滯及計量泵出口高 壓爆管或入口漆液無 介質流過導致失光等問題 ， 對這 些易發且影響大 的 異常現象 ， 分別從源頭預防、過程管控、應急處置及人 為 保養等方面 進行優化 ， 提升系統可靠性 。

2.1? ?規避供漆管路中 介質反向流動

噴涂機器人 供漆系統由軟管與 兩位兩（三）通氣動閥直接相連組合而成 ， 機器人 內部安裝 的 電氣元件——閥島提供了 控制氣動閥所需 的 壓縮空氣 ， 由閥島引出 的 控制氣管與 氣動閥一 一 對應 ， 直接相連 ， 控制氣供給狀態直接關系著閥 的 狀態 ， 與 噴涂狀態密切相關 。 漆液軟管及控制空氣軟管 的 終端為 同一 氣動閥 ， 原則上 要 求介質單向流動 ， 但由于設計因素制約 ， 在 異常狀態下 ， 介質會 出現反向流動 ， 造成設備故障 。

由于產品設計理念與 現場設備使用 情況存 在 差異 ， 未考慮到 介質 在 管路內雙向流動 的 情況 ， 故會 在 使用 時出現以下 異常現象：

1）若漆液管路與 控制氣管路對應 的 氣動閥密封不 良（見圖1） ， 導致漆液介質流入閥室內部 ， 由于壓力作用 流入控制氣管路 ， 造成控制氣軟管堵塞（見圖2） ， 無 法正常開閉氣動閥 ， 會 導致噴涂壓力異常 ， 輕則產生壓力報警 ， 重則 有 管路受壓破損風險 ， 影響生產 。

2）若氣動閥泄露嚴重 ， 則可能 會 使漆液通過閥室逆流至閥島內部 ， 造成閥島損壞 ， 無 法進行正常噴涂 ， 可能 會 造成大 面 積質量問題 ， 生產中 止 ， 并造成不 菲 的 維修費用 。

通過對多次故障橫向對比后發現 ， 噴涂機器人 供漆系統中 用 以控制介質輸送 的 氣動針閥 在 高 負荷運行狀態下 運行超過3個 月 ， 就 會 出現密封不 良 的 情況 ， 具體表現為 該閥輸送 的 少量介質從閥室泄露孔中 流出 ， 如果此種現象未得到 有 效處理 ， 則會 出現介質通過閥室回流至控制氣管 ， 堵塞氣管 ， 導致針閥無 法正常開閉 。 ??

為 規避供漆管路中 介質反向流進氣路造成故障 的 情況 ， 將原本直通入閥室內部 的 控制氣管路改造 ， 中 間加裝三通 的 快速排氣閥 ， 此閥可保證控制氣單向流入閥室 ， 且將逆流入閥室 的 漆液導流至另一 出口 ， 杜絕漆液進入控制氣管路甚至閥島 的 風險 ， 且可用 作閥室密封不 良目視化功能 ， 改良后工作原理見圖3 。

機器人 主氣閥空氣供給壓力為 0.8 MPa ， 控制空氣經增壓后達到 1.0 MPa ， 氣動針閥正常工作壓力為 0.75 MPa ， 選取與 控制空氣軟管相同管徑 的 快速排氣閥 ， 經過現場驗證后證明對輸出氣壓無 影響 ， 因此不 會 影響針閥開閉動作 。

2.2? ?開發管路壓力檢測異常報警功能

噴涂機器人 供漆系統 在 涂料計量泵 的 進出口安裝 有 壓力傳感器 ， 用 以實時檢測涂料輸送過程中 管路 的 壓力 ， 但 是 由于2×2K系統應用 的 特殊性 ， 使得 在 傳感器使用 上 出現了 混合使用 的 現象 ， 即2套系統分別使用 光信號傳感器（O/E）與 電信號傳感器（P/E）：O/E傳感器檢測通過光纖傳導 的 光信號 ， 其使用 3.6 V鋰電池驅動；P/E傳感器則通過內部電阻值變化而產生 的 電壓信號檢測壓力 ， 其使用 24 V直流電源驅動 。 使用 不 同類型 的 傳感器 ， 無 法做到 同步對檢測異常數值進行報警 ， 因此使用 過程中 存 在 漏報、錯報 的 情況 ， 此類情況會 導致機器人 供漆管路因壓力異常而爆管、造成噴涂品質批量異常（如失光） 的 事故 ， 使得系統可靠性降低 。 通過對機器人 工藝控制器中 的 系統配置進行擴展 ， 為 光/電信號壓力傳感器 在 底層文件中 建立公共通道 ， 實現了 壓力數據與 控制器 的 實時交互 ， 并增加極值報警代碼 ， 與 原 有 上 位界面 進行關聯 ， 通過窗口可設定所需壓力報警閾值 ， 在 生產過程中 一 旦出現管路壓力過高 或過低異常情況 ， 系統可迅速停機 ， 并實時產生報警信息及啟動蜂鳴器示警 ， 待異常消除后可恢復正常工作 。

2.3? ?開發清漆噴涂備用 小系統

2.3.1? ?開發背景

現 有 的 清漆系統設計無 小系統 ， 僅兩套日常系統 ， 分別用 于PPG、Basf兩種清漆 的 噴涂（見圖4） 。 此類設計 有 一 個 弊端：如果進行新 的 清漆驗證開發 ， 需清洗整個 原系統 ， 待驗證結束再清洗系統重新投入原漆 ， 操作難度大 、成本高 ， 在 正常生產狀態下 無 法進行 。 因此開發用 于應急、驗證 的 噴涂輔助小系統非常必 要 。

2.3.2? ?具體實施

1）利用 隔膜泵連接形成清漆3#小系統 ， 下 方放置油漆桶 ， 將油漆管路輸出端連接至機器人 本體備用 操縱閥處 。 接通空氣作為 隔膜泵動力來 源 ， 內循環可測試泵循環運行狀態（見圖5） 。

2） 在 機器人 控制中 加入配置 ， 通過控制不 同 的 閥號 ， 可實現小系統 的 自動控制 ， 功能 及控制完全等同于原設計中 的 兩套系統 。

2.3.3? ?效果驗證

1）模擬測試并噴車 ， 加入HMR清漆進行噴涂測試 ， 確認系統可正常運行 ， 并進行了 多輪HMR清漆噴涂調試；2）新開發系統可作為 驗證系統 ， 與 正常系統無 縫切換 ， 在 正常量產系統故障 的 情況下 可作為 應急系統保障生產 。

綜上 ， 通過具體 的 設計、安裝及調試 ， 確認該套方案完全具 有 可行性 。

2.4? ?規范人 員保養方式

霧化器 是 噴涂系統 的 執行機構 ， 其結構復雜 ， 涉及 的 閥組較多（見圖6） ， 保養過程中 需 要 根據現場 的 使用 中 遇到 的 一 些問題和 故障（霧化不 良、轉速報警、漏液等） ， 做出驗證性 的 改善 ， 并逐漸總結出霧化器標準化 的 保養方式和 保養周期 。

值得注意 的 是 保養 的 周期和 保養方式 的 擬定需根據多方面 的 因素來 決定 ， 例如產量、通過介質 的 特性、噴涂過程中 的 部件使用 頻次等 。 設備保全人 員 在 保養時應注意以下 幾點：

1）法蘭連接霧化器與 機器人 ， 保養時目視檢查連接功能 是 否正常 ， 密封圈 有 無 缺失破損 ， 氣密性 是 否完好 。

2）連接塊連接法蘭與 霧化器 ， 保養時目視檢查通道 是 否 有 污染、堵塞 ， 密封功能 是 否正常 。

3）閥塊 是 一 組兩位兩通閥 ， 由供路和 回路組成 ， 其數量由車間 的 顏色個 數決定 ， 保養時重點檢查針閥回彈 是 否順暢 ， 密封填料 有 無 泄漏 ， 可先通過目視檢查漏氣或者漏漆 ， 其次檢查針閥 的 磨損狀態和 氣密性 ， 閥室通道 有 無 堵塞 ， 如果存 在 異常及時清理更換 。

4）60°彎頭提供了 材料向下 傳輸 的 通道 ， 應保證通道 的 暢通 ， 保養時用 目視 的 方式檢查 有 無 殘留油漆 ， 并檢查通道連接處密封件 的 磨損狀態 ， 再檢查通道連接處 的 氣密性 。

5）操縱閥連接上 部傳輸 的 材料 ， 并且包含快速清洗 的 溶劑閥和 脈沖空氣閥 ， 保養時目視檢查通道 的 暢通和 針閥功能 的 完好 ， 特別注意針閥安裝基座 是 否 有 磨損 。

6）漆液管主針位于漆液管內部 ， 控制著材料輸送 的 通斷 ， 檢查主針 的 功能 狀態 是 否正常 ， 清理主針黏附 的 油漆 ， 并檢查主針座 的 氣密性 。

7）渦輪提供了 噴涂 的 轉速 ， 保養檢查渦輪功能 的 正常、軸向無 晃動、氣密性良好 ， 反射盤干凈、功能 正常、光纖鏡面 無 破損 。

8）杯盤保養時應檢查分配盤 有 無 堵塞 ， 杯盤內部 有 無 劃痕 ， 若 有 異常及時更換 。

3? ?結語

在 噴涂機器人 應用 日益普及 的 今天 ， 生產中 保證高 效、穩定運行尤為 重 要 。 由于產品、材料、節拍、環境等因素 ， 每個 現場都會 遇到 不 同 的 問題 ， 抓住問題 的 根本 ， 不 斷優化制定改善對策 ， 才能 提升設備 的 穩定性 。

（作者：薛海鵬，冀南松，穆浩男，張博，王磊。寶雞吉利汽車部件有限公司）

（文章來源：現代涂料與涂裝）