涂装车间新型膜厚检测系统的开发及应用

2017-05-29程小辉操金明赵晨思宋衍国

汽车实用技术 2017年23期

关键词：控制柜电泳上位

程小辉，操金明，赵晨思，宋衍国

（1.一汽-大众汽车有限公司，吉林长春 130011；2.机械工业第九设计研究院有限公司，吉林长春 130011）

1 新型膜厚检测系统研制的背景

汽车涂装行业中，部分主流企业要求在涂装线上增设膜厚检测设备（比如大众集团、菲亚特集团），用于在线测量闪干后的本色漆膜厚，监控其稳定性，出现膜厚波动时及时发出报警信息，提醒操作者检查分析原因，避免出现批量的车身油漆膜厚不良等质量问题。

目前，全球较流行的膜厚在线测量系统是CO2气体激光膜厚测量系统，以德国Phototherm公司为主，居垄断地位。其系统基于独立的激光控制主机为主站，不足之处主要表现在以下方面：

1）系统结构复杂，需要空冷，水冷等辅助设备；

2）基于独立的控制系统为主站，导致系统响应时间延长(理论上单个循环延长0.4s以上)；

3）附属设备多，造价昂贵；

4）测量时间通常在2s以上，不能满足日益增加的高产能需求。

工艺过程如下：ECU控制激光发生器产生间断激光脉冲—激光脉冲加热油漆涂层—加热的油漆涂层经底层反射衰减热波—热敏传感器感应热量衰减波(不同的厚度对应不同的衰减波) —控制系统采集不同的热量衰减值经换算得到膜厚值并保存—上位机显示保存数据。

图1 CO2激光膜厚测量系统工作原理图

2 新型膜厚检测系统测量原理

1）测量过程。新膜厚检测系统的测量过程：机器人按轨迹将激光探测头靠近测量点(距离 90～110mm)—机器人发送膜厚测量指令—激光控制箱ECU接到机器人测量指令后，触发激光探测头进行膜厚检测—激光控制箱 ECU将检测的数据送给机器人控制柜—机器人控制柜将数据传给上位机—上位机进行数据的采集、分析、存储—上位机向机器人控制柜反馈必要的指令—下一个测量循环。

图2 膜厚测量原理图

图3 厚涂层的信号波形

图4 薄涂层的信号波形

2）测量的标定。如图2所示，激光头(Laser Head)产生一定频率的激励激光(Pulse)；激光透过涂层(Paint Film)，将涂层加热；热量经过基层(Steel Panel)反射(Heat Radiation)，不同的厚度反射的时间不同(相位值不同，如图3、图4所示)；反射的热波经光学传感器(Optic, Sensor)测定及转换，即得到不同的膜厚值。

3）电泳补偿。实际测量时，由于受镀锌层，电泳层工艺的限制，某个测量点的厚度会上下浮动，最高会有2μm左右的误差产生。另一方面，当所测量的涂层在基层(镀锌层)以上有多于2个涂层，由于涂层材料不同，干湿度不同，导致激光在加热及辐射过程工况不同。基于以上情况下要想得到准确的色漆涂层厚度，就需要做电泳补偿的处理。其处理公式如下：

其中：

BC为电泳补偿后的准确色漆膜厚值；

BCLaser为激光测量系统测定的色漆漆膜厚值

V=Trefi– A10points，Trefi为调试车身上的某个点，A10points为生成拟合公式的楔形板所取10个点电泳值的平均值。

ε= Tactui– A50points，Tactui为实际生产车身上某个点的电泳值，A50points为调试车身上50个点的平均值。

3 新型膜厚检测系统硬件结构

新膜厚系统的硬件结构如图5所示。其主要构成如下：①测量探头，用来进行涂层的加热及测量；②电控单元盒，控制测量探头的开关，并转换测量的膜厚相位值为膜厚值；③连接盒，当线缆进入坦克链时，需要使用超柔线缆，而坦克链外围普通线缆，需要使用连接盒过渡；④机器人控制柜，作为整个系统的主站，一方面控制机器人运动，另一方面进行测量系统数据的采集；⑤PLC控制柜，负责系统安全信号及故障信号的采集与反馈；⑥上位机，系统数据的采集与分析反馈。