摘要：涂装技术是一种广泛应用于汽车表面处理的工艺,对于保护强化汽车、装饰美化汽车、识别标志汽车都有重要的作用。现如今已经是汽车生产工艺当中不可缺少的重要环节。而随着科学技术的发展,机器人喷涂工艺逐渐在汽车涂装技术当中普遍开来,大大提高了汽车涂装的工作效率、使用性能以及自动化水平。
关键词:涂装机器人；汽车；喷涂；发展现状
喷涂机器人在机器人工业应用领域中占有很重要的地位，尤其是汽车加工制造业，其对环境的要求程度、自动化集成度等在同等规模的机器人工程设计制作中都是最高的。其牵涉到的关联设备有机械化输送、供排风、温湿度、消防等，其自身控制参数有喷幅、转速、高压、流量等，其设计正在随着客户对于自动化程度要求的提高而不断提高。“连续、高效、安全”正在成为衡量机器人系统是否成熟和可以信赖的标准。其中，机器人系统的安全和防错技术是保证这一切的前提条件。
1机器人喷涂技术在汽车涂装中的应用优势
最早汽车涂装主要依靠人工喷涂进行,但喷涂的漆料一般都是含有大量的苯、甲苯、二甲苯等具有较强危害性的化学成分,这对喷涂人员的身体健康将会造成较大的影响,但是采用机器人喷涂,则可以避免工作人员直接接触大量化学物质。除此之外,随着社会的发展,人们对于汽车的美观性和使用性能都提出了更高的要求,传统的人工喷涂已经无法满足汽车涂装工艺发展的要求,而喷涂机器人则能够在很大程度上弥补人工喷涂的劣势,提高工作效率和喷涂质量,同时也能够降低人力物力资源的浪费,帮助企业更好地进行成本预算控制,提高了企业的经济利润。相对于自动喷涂机,喷涂机器人在操作和维护方面都具有更高的便利性,可以通过离线编程,有效降低进行现场调试所耗费的时间,同时可插件结构和模块化的设计,能够实现快速安装和更换元器件,在很大程度上缩短了维修时间。与此同时,喷涂机器人的设备利用率也要远远高于自动喷涂机,从长远角度来说也是降低成本,提高工作效率的重要途径。
而我国早期主要使用的喷涂机器人是以日系工业机器人为主,这种工业机器人虽然也能够完成汽车涂装工艺的基本工作任务,但是其系统控制精确度不高,随着现代汽车工艺质量的不断精细,这种日系工业机器人也逐渐被淘汰。目前,我国汽车涂装则主要依靠新一代的涂装多轴机器人来完成,相对于传统工业机器人,涂装多轴机器人的工作效率和喷涂质量有了更大的提高。新一代涂装机器人能够通过ABB集成过程系统的精确控制,实现闭环回路式调节及高速涂料控制于空气流量调节,除此之外,ABB集成过程系统还能够有效避免过喷问题的出现,确保汽车喷涂表面能够均匀一致,避免由于厚度不一致出现美观度降低的问题,大大提高了涂料和溶剂的利用率。
2机器人本体的安全与防错技术
2.1安全设计
参考国际几大机器人本体制造品牌FUNCK、ABB、KUKA、YASKWA等，通行安全措施如下。①过速控制：机器人内部运算CPU全程跟踪每一个关节伺服马达的运行速度参数。当某一个时段机器人单轴或多轴电机出现速度异常（过速或失速），超出设计要求，系统会在第一时间切断数控轴的伺服控制电源，立刻停止运作，并反馈故障代码。②过力矩控制：当机器人运行中出现外部力量阻挡轴马达运行，所造成的阻滞力矩大于运行设计力矩时，系统将会立刻切断伺服电源，停止运作并根据反馈值报出相应等级代码。③等级管理：一般机器人操控系统会根据实际操作需要设置成不同操作内容的操作等级，同时存有操作和参数修改记录，从而约束相关操作、设置行为，避免因为跨级不当操作、设置对设备的损害风险。④特殊要求：根据不同的工作场合，机器人会有一些特殊的设计来保证安全。比如取放机器人会关注腕轴的载荷量和防撞机构，焊接机器人会注重相关线路的铺设和防溅伤设计，喷涂机器人更注重本体的全面防爆设计。无论是臂内隔绝的防爆气体，还是控制柜内的高低压隔离都是出于这方面的考虑。
2.2防错设计
单体机器人在设计时会考虑各种极端情况，如：运行中掉电、碰撞、数据误删等。机器人系统一般为双CPU系统，内部CPU负责监测各轴数据的运算和监控，外部CPU负责监测各种外部反馈信号，并循环侦听，通过不定期或定期对关键数据的自动备份，达到保护系统正常运行的目的。在机器人CPU数据模块或电路板都会设置1个ROM读口和存贮卡，用以记录和备份核心RAM内的数据，以便在由于误删、掉电等不利因素造成的数据丢失后的恢复。在故障复位时，系统会自动扫描侦听数据有无错误，并根据相关判断指示操作人员进行确认操作，保证实际环境已经真实具备运行条件。
3喷涂机器人系统安全与防错技术
3.1喷涂机器人段室体的安全与防错
机器人系统一般分工作站和工作线，其统一的特点是要求工作区域相对封闭，机器人运行期间，只允许待加工件和辅助工装在其工作区域内。有些甚至通过安装在机器人臂上的检测装置来复核环境是否真实达到设计安全要求。同时为了确保工作区域的相对封闭，会对整个区域安装全封闭室体或半封闭围栏来保证人员及设备安全，并对需要进出人员的门、通道安装检测开关来确保安全。
喷涂机器人在自动喷涂段区域工作，进入自动喷涂段区域的每一个人员进出门都会安装门磁（安全保护）开关，从而检测有无人员出入。并在与其他段（如手工段、检查补漆段等）相同的部位安装光幕保护，来保证其他工位人员或无关部件在机器人运行期间不会通过工件通道进入该区域（机器人喷涂区）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了应对紧急情况，在室体的进出口以及操作台都会预留急停按钮，以便在意外情况发生时，第一时间任意按下一急停按钮，切断电源，系统停止运行。
3.2流挂现象的安全与防错
流挂现象较容易在汽车竖直的立面、棱角边角以及把手等凸起曲折面,主要表现为某一部位的漆膜明显变厚。出现流挂现象主要是因为工作人员在设定喷涂机器人时,将以此喷涂成膜的流量设置过大,或是由于喷涂机器人的涂料管道的压力过大、喷涂高压效应等压力问题导致的流挂问题。在处理流挂问题时,首先应该在机器人运作之前,对机器人的涂料管道、喷涂开枪阀等部件进行质量检查,确保喷涂机器人符合运作标准。其次,结合喷涂汽车、喷涂环境以及喷涂涂料的具体情况,设定喷涂机器人的喷涂参数,主要包括喷涂流量、喷涂高压、成型空气等因素。
3.3橘皮现象的安全与防错
橘皮现象主要出现在汽车表面需要进行喷涂搭接的部分,是一种极为常见的喷涂问题,表现为汽车表面出现像橘皮一样不平整的褶皱漆面。出现橘皮现象的原因主要有以下几点:第一,涂料的黏稠度比较高,导致汽车喷涂的流平性比较差;第二,喷涂机器人在进行一次成膜时,喷涂得过薄,这就容易出现漆膜中的溶剂挥发较快的问题;第三,旋杯的转速过高时,会造成涂料雾化颗粒过于细小,这也会出现漆膜中的溶剂挥发较快的问题。要想应对橘皮现象,工作人员必须对喷涂的涂料、喷涂机器人以及喷涂工艺等多方面进行全面检查。首先,工作人员应该根据实际喷涂情况,选择合适粘稠度的涂料,在涂料中添加的高沸点溶剂也应该合理控制在一定量之内,避免因为涂料问题出现喷涂橘皮现象。其次,喷涂机器人的一次喷涂厚度应该确保适度,避免出现过薄或过厚的现象,而旋杯的转速也应该根据喷涂的实际情况进行合理控制,从而确保喷涂工艺的完善。
3.4喷涂机器人对于加工件识别的安全和防错
对于待喷涂物品，一般在设计时都会考虑如何针对不同产品进行自动识别。如整车喷涂线，在车辆进入自动喷涂段前，机械化输送设备会在特定位置给机器人系统发送相关数据（如车型、颜色等），机器人可根据机械化输送设备所传送的数据进行自动喷涂。考虑到机器人自身设备及车身的安全，机器人系统会在车辆进入待喷涂工位时通过光幕或超声波来扫描相应的特征点，并在设置好的数据库中比对，如果相符将使车辆进入喷涂工位，如不相符则停止车辆输送，报警提示操作人员核对信息。
3.5发花现象的安全与防错
发花现象主要是因为在喷涂过程中出现喷涂的颜色不均匀、厚度不一等问题,表现为条纹和色相混乱等情况,主要出现在水性的金属漆表面。一方面,现在的许多汽车涂装都可能涉及到多种颜色,如果使用一台喷涂机器人进行多种颜色涂料的喷涂时,可能会出现换色清洗时不够彻底,从而导致喷涂机器人的喷涂管道中混杂上不同颜色的涂料,造成喷涂颜色混乱。另一方面,喷涂机器人在喷涂过程中可能会由于喷幅重叠不均匀或是喷涂流量设定过大等原因,出现喷涂厚度不一等问题,这也会造成发花现象。针对发花现象,工作人员首先应该确保在换色清洗过程中,能够将喷涂机器人中残留的上一中涂料彻底清洗,尤其应该注意不同性质的涂料所需的清洗时间往往不同,通常情况下,水性涂料的清洗时间应该确保在15s以上,而油性涂料则应该在12s以上就可以。其次,在喷涂过程中,应该将喷涂流量控制在合理的范围之内,可以通过控制喷涂转速来调控流量大小。
3.6色差现象的安全与防错
色差现象主要是指喷涂后的颜色在色相、亮度、彩度等方面与标准板出现偏差,还有可能是在汽车维修补漆出现新漆与原来的汽车漆色不一致的情况。出现色差现象可能是因为喷涂机器人在更换喷涂颜色时没有清洗干净,造成新漆色被污染,还有可能是因为喷涂机器人的喷涂管道没有被彻底清洁,出现一些杂质,这也可能污染新涂料的颜色,或者是因为喷涂机器人喷涂时间过久,造成涂料长时间在喷涂管道中流动,造成涂料的分子结构发生变化,出现颜色差异。应对色差现象,应该首先注意喷涂机器人的喷涂管道的清洁度,避免残留其他涂料或杂质,其次,还应该避免将未喷涂完的汽车长时间停留在喷涂作业间。除此之外,还可以用不同的电压喷涂不同种类的涂料,从而提高汽车喷涂颜色与标准板的一致性。
3.7喷涂机器人与关联设备之间的安全与防错
完整的机器人喷涂系统需要与整个喷涂体系内的设备联动，如与机械化输送设备、空调供排风、温湿度、消防设备等联锁，以确保喷涂机器人与关联设备之间的安全与防错。①与机械化输送设备联锁：需要与其共享运行、停止、报警等相关信号，在特定位置需要提供具备待加工部件的颜色、型号等信息的数据。②与空调供排风、温湿度联锁：由于喷涂对环境温湿度的特殊需要，机器人为了保证喷涂质量，对于室体内的风速和温湿度都会提出相应的要求，这些设备需要共享运行、停线、报警信号。③与消防设备联锁：为了保障对喷涂区域防火防爆的要求，机器人系统需要与消防设备联动。在接受到消防设备提示后，机器人需要立刻停止运作，切断供漆管路，防止火灾对设备进一步损害。
结语：
总而言之,喷涂机器人在汽车涂装过程中发挥着重要作用,在提高工作效率和喷涂质量等方面都优于传统的人工喷涂和自动喷涂机,虽然喷涂机器人在实际应用过程中也存在一些问题,但随着科学技术的发展,喷涂机器人也在更新换代之中,其工作能力也得到了有效优化,工作人员需要充分注意一些常见的喷涂问题,在使用喷涂机器人时尽可能避免出现这些喷涂问题。
参考文献：
[1]姜峰.浅谈汽车涂装机器人[J].电镀与涂饰,1993(4):64-67.
[2]郑家旺.多传感器融合的涂装机器人研发[D].武汉理工大学,2011．
论文作者:钟红丽,卢建坤
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/4
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