浅谈影响机器人喷涂质量的因素

李运荣　覃雄斌　李青

摘 要：随着智能制造产业的快速发展，我们都知道，在汽车涂装车间，一方面是长时间处于喷漆环境中对人身体很多不利，另一方面是手工喷涂质量也是存在较多的不稳定，而采用喷涂机器人，在涂层质量问题上，相对具备了较高的稳定性和可靠性，同时也满足生产效率的需求。但是，即便是使用了喷涂机器人的代人工作，在一些特殊的工况中，较多的外在因素仍然会影响到工件涂层质量，在使用喷涂机器人的过程中，也是需要根据实际的工况进行对策调整，以减少那些因素对涂层质量所产生的影响。

关键词：喷涂机器人 稳定性 可靠性 涂层质量 生产效率

1 引言

在汽车生产四大工艺中，涂装工艺是产品制造的一个重要环节，其过程中很多因素将会对产品防腐、外观质量、装饰性能等产生影响。涂装车间人工喷涂喷房环境恶劣，涂料的有机物、粉尘等影响工人身体健康，人工喷涂在生产效率、涂层质量、稳定性和可靠性及涂料利用率方面的瓶颈日益显现。随着工业制造的产业升级，采用机器人替代人工喷涂是工厂趨势，喷涂机器人也成为了工厂改造生产线升级的一种使用方式。那么，应用喷涂机器人会有哪些因素影响着喷涂的质量呢？根据在涂装车间多年经验，带您了解影响FANUC喷涂机器人的涂装质量因素。

2 影响涂层质量的五要素：人、机、料、法、环

任何产品生产质量的分析检测都要从产品品质检测的五要素来进行分析，对于机器人喷涂质量的检查也要从这五要素进行分析：

2.1 人的因素，机器人操作人员操作技能因素

喷涂机器人操作人员均参加了各班组组织的培训和考核，需掌握操作设备技能并取得了操作合格证，才能独立上岗操作设备。操作人员在喷涂机器人正常的自动运行过程中，只需根据相应工位所列出的TPM标准进行检查机器人的运行状态是否正常，未超出运行标准且设备无报警现象的均属于设备运行正常。所以，在机器人喷涂参数设置验证完成且设备调试完成后，认为自动生产过程产生的喷涂质量与操作人员无明显对应关系。所以，操作人员技能不足因素，不是造成影响喷涂质量的主要因素。

2.2 机器的因素，生产现场的喷涂机器人选型的因素

喷涂机器人性能的可靠性也直接影响到喷涂质量的稳定性，公司在买喷涂机器人时是根据通用系统要求，选择正规有规模的喷涂机器人生产厂家。FANUC机器人属于几大机器人品牌之一，售后服务方面有保证，并且保证为客户培训熟练的操作技能。而且，在通用系统各大汽车涂装车间已经广泛应用，属于相对成熟的选择，在性能方面属于稳定的设备。因此，喷涂机器人的品牌型号选择，也不是造成影响喷涂质量的主要因素。

2.3 料的因素，油漆品质及其温度、粘度和输送压力等相关控制的因素

2.3.1 涂料的品质

涂料品质对汽车涂装质量保证是至关重要的，选择可靠的品牌涂料，其产品具有良好的出厂要求标准和服务标准，产品性能的稳定性也相对较好，对涂装工艺的施工是一个有利的保障。在选定一个稳定品牌的涂料后，在同批次涂料使用稳定后，造成喷涂质量缺陷的因素则主要在于对其粘度、温度和输送压力等相关方面的控制。

2.3.2 涂料温度

喷涂的涂料温度对工件涂层质量的影响也很大，涂料温度高低会决定漆雾在喷涂过程中涂料中的水分或溶剂的挥发速度，温度偏高，挥发速度相对快，喷到工件上后，涂层表干速度也快，不利于流平，容易产生桔皮、痱子等现象；而涂料温度偏低，则在喷涂至工件过程中的雾状涂料挥发速度缓慢，当喷到工件上后，涂层因重力原因易出现挂流等缺陷问题。所以，在涂装生产工艺中，喷涂工件时也要掌控好涂料的温度，建议控制在25±3℃范围内，以提高喷涂机器人的雾化效果和工件涂层质量。

2.3.3 涂料粘度

涂料粘度对涂层质量的影响很大，涂料粘度偏高，喷至工件后，如果是色漆喷涂容易雾化效果差，出现发花等现象，罩光清漆则涂层流平性不好，出现桔皮等现象；而粘度偏低，则会使涂层闪干缓慢，易出现挂流等缺陷问题。所以，掌控好涂料的粘度，对涂料粘度做好定期监测，以确保涂料在工艺要求的粘度范围内。

2.3.4 涂料输送压力

喷涂机器人在喷涂过程中需要有一个合适的输料压力，因为输料压力太大或太小都会影响喷涂机器人的雾化效果。在喷涂过程中，维持涂料输送压力稳定，给机器人设定好压力波动范围，比如：设定机器人喷涂压力为7±1bar，上下波动超过1bar就应该发出相应的警告或故障报警，通知输送涂料的设备操作人员关注设备运行状态等。涂料输送压力稳定输出才可以保证喷涂机器人的雾化效果稳定，从而保证工件涂层的质量均匀程度。

2.4 法的因素，也就主要指的是对喷涂机器人轨迹编辑使用技能和参数设置的因素

2.4.1 喷涂轨迹编辑

在机器人编程中，养成规范化的编程习惯，编程过程中必定事倍功。机器人喷涂轨迹编辑质量影响涂层质量，主要是涂层的均匀性。机器人喷涂轨迹编辑质量主要体现在遵循喷涂轨迹分布均匀、喷涂距离控制、轨迹点数量及其姿态的控制、走枪速度等方面，而且喷涂机器人在这些方面的控制都具备很好的稳定性和可靠性。

2.4.1.1 喷涂轨迹分布均匀

两枪之间覆盖重叠率为50%，在测定喷幅后，原则上已经确定机器人轨迹间距，比如：测定喷幅为350mm后，机器人喷涂两枪的轨迹间距则是175mm，而如果是两道

喷涂，第二道喷涂则应该与第一道轨迹均匀错开87.5mm，这样才能满足喷涂均匀的重叠率。（如图1所示）：

2.4.1.2 喷涂距离控制

喷涂距离是指喷涂旋杯中心到工件表面的垂直距离，喷涂距离越大上漆率越低，反之越高，但越易产生积漆而流挂现象，因此需要在注意把控喷涂距离。常规建议在250～300mm，示教机器人轨迹时建议使用扎带等可定距离装置确保喷涂枪距。

2.4.1.3 轨迹点数量及其姿态的控制

在喷涂编辑软件自动生成机器人喷涂轨迹点后，会根据工件表面特征出现许多冗余轨迹点（如图2所示）。对于多余的轨迹点需删除，保留有特征面的点，尽量确保整个喷涂轨迹的简洁（如图3所示），同时，也要检查每个轨迹点的动作姿态适合整个轨迹的顺畅，避免动作频繁变化影响喷涂质量。

2.4.1.4 走枪速度

机器人喷涂走枪速度，走枪速度大，喷涂上漆率低，涂层膜厚低，易出现膜厚不足现象，反之，涂层膜厚高，且易出现流挂等现象。所以，需根据现场相关机器人设置参数实际情况控制一个合理速度，通常按750±150mm/sec。合适的喷涂速度也是喷涂质量和完成生产线节拍的保证。

2.4.2 喷涂参数设置

机器人参数设置主要是喷涂流量、成型空气、旋杯转速及高压静电，具体如下：

2.4.2.1 喷涂流量

机器人的喷涂流量设置的大小，会直接影响喷涂工件的漆膜厚度。颜色不同的涂料，在遮盖能力上是存在差异的，设置的流量大小根据实际情况也会存在差异。另外，喷涂工件区域形状、大小、走枪速度等不同，设置的流量也不同。

2.4.2.2 成型空气

从旋杯雾化出来漆雾，因离心力作用，会沿着离心力方向飞散。而成型空气从雾化器的成型气罩上均匀分布的小孔中喷出，可限制漆雾往离心力方向飞散，形成一个的柱状漆雾（扇幅），并把雾化的漆雾推向被涂物（工件 ）。金属漆中金属粉颗粒的排列因素，喷幅不合适很容易出现条纹等问题，而罩光清漆不合适的喷幅则影响涂层总膜厚不均匀等问题，影响工件喷涂合格率。

2.4.2.3 旋杯转速

在一定程度上来说，经过旋杯雾化后的漆滴直径越小，涂层的桔皮效应越小，光泽也越高。机器人旋杯转速的设定需要根据不同涂料、流量大小等进行相应设置。旋杯转速在一定条件下是与流量成正比关系的。另外，转速越大，离心力越大，在流量不变的前提下，喷幅也会增大，理论上需考虑增大成型空气设定，以限制喷幅的增大，确保喷涂的重叠率。

2.4.2.4 高压静电

在机器人静电喷涂中，工件为正极，旋杯为负极，通过高压静电发生器作用，在两极之间施加高电压后，产生强电吸引力，使雾化后的漆雾附着到工件表面。高电压的大小，影响静电喷涂的静电效应、上漆率及漆膜的均匀性。在生产中，要结合油漆的特性和其它相关参数，不断优化，才能到达理想的喷涂效果。

2.5 环境的因素，也就是对机器人喷涂环境温度、湿度的影响分析

施工环境温度、湿度的控制，不合适的温度和湿度控制，对喷漆质量会造成较大的影响。理想的控制是喷涂环境是恒温、恒湿度，但实际生产车间能源成本控制，在不同气候季节里总是会出现波动的。针对可预见性的问题，建立好相应的工艺文件，并做好相应问题预案及有效的控制措施，确保喷涂质量。

2.5.1 温度控制

极端温度主要出现在冬夏季节。在室外温度偏低或偏高时，均需送风系统进行相应的制热或制冷，以满足喷房的送风在工艺温度范围内。

冬季室外温度偏低，影响送风设备的制热效果，喷房内温度容易出现不能满足工艺要求的22℃以上的现象，施工环境温度偏低，喷涂过程及喷涂到工件后，漆雾及涂層调试剂挥发缓慢，流平时间会延缓，容易造成流挂现象。

在夏季室外温度偏高，影响送风设备的制冷效果，喷房内温度容易出现不能满足工艺要求的28℃以内的现象，施工环境温度偏高超出范围，喷涂过程及喷涂到工件后，漆雾及涂层调试剂挥发增快，一方面流平时间会骤减，容易造成流平不足表面桔皮现象，另一方面会出现表干过快，外层涂料已经表干而内层涂料未能继续挥发出来，容易造成大量的气泡不能完全排出涂层表层，在清漆层表层形成类似痱子的问题缺陷，影响出车质量。

2.5.2 湿度控制

出现湿度波动较大的，主要出现在春秋季节，比如在我国南方，春季梅雨天气或潮湿的回南天气，空气中水分严重，影响送风设备的除湿效果，而相反的，在秋季干燥季节，空气中水分则严重匮乏时，也同样会影响送风设备的加湿效果，造成湿度偏低现象。

施工环境相对湿度超过80%的偏高现象时，一方面，由于被涂工件表面与高湿度空气接触后吸附水气，使喷涂表面附着一层肉眼难见的极薄的水幕，从而影响涂层的成膜质量，另一方面，由于空气中湿度偏高，喷涂后的涂层挥发性能也会降低，涂层在工件上的油漆流平性增加，最为常见的是容易出现流挂现象。

施工环境相对湿度太低，低于50%的偏低现象时，会根据不同的偏低程度，造成漆雾和涂层不同程度的挥发骤增现象，在喷涂过程中就能使涂料中的大部分调试剂挥发，喷到工件上后，在色漆层容易出现涂层过干，形成粉粒状喷至工件表面，出现大面积的小颗粒现象，而在清漆层则与温度偏高类似，一方面流平时间会骤减，容易造成流平不足表面桔皮现象，另一方面会出现表干过快，外层涂料已经表干而内层涂料未能继续挥发出来，容易造成大量的气泡不能完全排出涂层表层，在清漆层表层形成类似痱子的问题缺陷，影响出车质量。

因此，综上所述，为了有更易于控制的工况环境条件，建议设置一个正常控制参数和弹性控制参数的方案，即，正常控制温度22～28℃、湿度55%～75%为宜，而弹性控制温度20～30℃的范围，湿度50%～80%。当现场温、湿度出现达到弹性控制参数时，不符合施工要求，且偏差趋势无法短时间内得到扭转控制时，则应该果断停止施工作业，避免造成批量产品质量缺陷。

3 结语

喷涂机器人的喷涂质量效果受哪些因素影响，主要通过对人、机、料、法、环五个方面进行浅谈，就为大家介绍到这里了，正常情况下涂料的粘度、机器人喷涂轨迹及设置等是影响喷涂效果的主要原因，因此大家在进行编程示教及相关设置时，要根据喷涂工件的实际情况进行编程和设置其相关参数，从而确保机器人的喷涂效果，提高产品的质量。

参考文献：

[1]宿明.《油漆工手册》，中国建筑工业出版社，1991年.

[2]P-500机器人编程手册，MATOPP5000706CE B版，美国FANUC机器人有限公司.