汽车涂装喷涂机器人的换色及清洗

 翟长龙

（一汽轿车股份有限公司，长春 130012）

0　引言

为提高汽车涂装的品质和涂料的利用率，减少汽车喷涂过程中涂料对人的伤害，现在汽车涂装普遍采用喷涂机器人进行喷涂，涂装生产线基本实现了无人化自动喷涂。伴随着人们对汽车产品需求的多样化，单条生产线多车型、多颜色喷涂的混流化程度不断提高，在一定的生产节拍内，需要尽可能减少机器人换色和清洗的时间，为保证喷涂质量，对于机器人换色和清洗的要求也越来越高。

1　喷涂机器人换色及清洗原理
1.1　喷涂机器人换色块结构

喷涂机器人换色是通过换色阀组实现的，换色阀组安装在机器人的大臂内，比较靠近机器人的雾化器。换色阀组是由一块块换色块集成的，每一个换色块可转换2种颜色，可根据现场需要来增减换色块数目，每种颜色的涂料通过单独的供漆管路连接到换色块上。换色块结构如图1所示，A为油漆管路接口，C为压缩空气管路接口，D为换色块上微阀，E为换色块的公共通道。微阀D是换色块上的重要组成部件，作用是控制油漆的走向，类似于开关的作用，其结构如图2所示，在压缩空气作用下，微阀内弹簧向B方向运动，此时顶针打开，油漆可以从管路流入到公共管道。

1.2　喷涂机器人换色原理

当喷涂某一颜色时，控制C处压缩空气的电磁阀接收信号，此时气控柜内两位三通阀打开，释放压缩空气由C处进入，微阀D在压缩空气作用下开启，此颜色油漆由A处流入E处通道，然后经过稳压器进入到齿轮泵，在高压静电及整形空气的作用下，通过旋杯的离心力作用，使油漆雾化附着在车身表面。若此颜色不进行喷涂时，微阀不进行开启，油漆在A处进入后，从另外一个接口流入到循环管路进行循环。每次喷涂完成后，E通道都需要用溶剂和压缩空气进行吹洗。

1.3　喷涂机器人清洗原理

对于多色种喷涂作业，机器人采用自动换色系统，这种系统包括自动清洗和吹扫功能。换色块一般安装在离雾化器较近的位置，这样可减少换色时间，满足生产节拍需求。同时，清洗时浪费涂料也较少。自动换色系统由机器人控制，对于被喷车身的色种指令，则由总控系统给出。喷涂机器人在喷涂完一台车身后需要对旋杯进行清洗和填充，且完成一定台数车型喷涂（一般同色5台，异色1台）时进行管路清洗和填充，防止涂料附着在管壁上，或油漆由于晾干变成漆渣堵塞旋杯出漆孔，影响下一台车的喷涂效果。一个完整的清洗程序应该包括循环管路清洗、旋杯清洗、循环管路填充、旋杯填充。
1.3.1　循环管路清洗

循环管路清洗主要是清洗换色阀组的公共腔、齿轮泵和换色阀组到雾化器之间的这段公共管路。循环管路清洗时主要开启S1PVS（溶剂阀）、BYP1（齿轮泵旁通阀）等阀门，管路清洗完毕后清洗溶剂经过排放管路流回调漆间废漆回收罐内，此时排放管路上的TRIG DUMP、TPVD等微阀是开启状态。其中BYP1是齿轮泵的旁通阀，因为齿轮泵的流量总是有限的，打开旁通，会使溶剂或油漆快速流动，达到快速清洗、快速填充的目的。
1.3.2　旋杯清洗

旋杯清洗主要是清洗雾化器部分，清洗溶剂不经过公共管路直接对旋杯内外进行清洗，此时TRIG SP1、TRIG EB、TRIG IB、TRIG P1等微阀开启。杯头清洗时，清洗溶剂直接排放掉。管路清洗和旋杯清洗完成后都需要用压缩空气进行吹扫，以期将管路和雾化器内的清洗溶剂吹扫干净。由于微阀开启一次最少需要0.2 s，因此在设定清洗和吹扫时间时，每一个过程不能低于200 ms，清洗过程中只有相应的微阀打开，其余微阀均处于关闭状态。
1.3.3　颜色填充

循环管路填充就是对换色阀组的公共腔和换色阀组到雾化器之间的公共管路用将要喷涂的颜色涂料进行填充。循环管路填充时，S1 PVx、BYP1、TRIG P1阀门开启。旋杯填充主要是对雾化器部分进行涂料填充，此时S1 PVx、TRIG P1阀门开启。填充不仅要求能夹带出管路和旋杯内残留的溶剂，还要求机器人在喷涂下一台车身起枪处喷涂出合格的油漆。
2　换色和清洗引起的问题
2.1　机器人喷涂时混色

混色是指机器人在喷涂当前颜色时喷出的漆里含有其他颜色涂料，喷涂部位出现色差，车身前盖在喷涂珠光白颜色时混入红油漆。造成混色的原因可以分为两类，一类是清洗程序设置问题，一类是设备故障。
2.1.1　因清洗程序设置引起的混色问题

1）长清洗程序引起的混色

从程序上对机器人进行设定：换色时，机器人进行循环管路清洗、旋杯清洗；喷涂下一台车身前进行管路填充、旋杯填充，即我们常说的长清洗。如果清洗换色程序设定机器人在换色时管路清洗或填充时间不够，管路中就会残留上一台车身的油漆，在填充下一台车身颜色时不能把管路中的废漆都排出来，喷涂时就会发生混色。珠光白颜色对设备和施工环境很敏感，极易受施工条件影响而发生变化，喷涂时易发生混色现象。尤其前面车身为经典红、珠光黑等深颜色车身时，混色更易发生。通过调节循环管路清洗时间、清洗溶剂流量、压缩空气吹扫时间，在生产节拍内增加清洗和吹扫时间，可有效缓解珠光白混色。

2）短清洗程序引起的混色

如果喷涂同一种颜色，不进行换色，只对旋杯进行清洗，不进行管路清洗；喷涂下一台车身时也仅对旋杯进行填充，不进行管路填充，即所谓的短清洗。如果旋杯清洗不干净，旋杯内部通道或者旋杯外面就会残留上一台车身颜色的油漆，在喷涂下一台车身时，很容易将旋杯上残留的油漆喷涂在下一台车身上造成混色。

3）清洗程序优化

为了得到更好的清洗效果，在连续喷涂5台同种颜色的车身后也进行长清洗，同时在程序上可以设定清洗和吹扫交替进行，不断地重复此过程，为了更好地清洗齿轮泵，在程序设定上可以把旁通BYP1关闭，专门用来清洗齿轮泵，如果旁通BYP1开启的话，溶剂大部分从旁通进入公共管路，流经齿轮泵的流量较小，清洗效果较差。清洗齿轮泵时流量设定要小一些，流量太大的话，在齿轮泵部位会憋压，产生报警，清洗其他部分时设定为开启状态。旋杯清洗时可设定分别对杯内、杯外进行清洗，清洗后进行吹扫，这样效果要优于同时清洗。通过自身程序优化，不用更改现有设备，方便快捷，成本低；但是同样受现场设备局限，更改空间较小。
2.1.2　因设备故障引起的混色

由于机器人与换色、清洗相关的微阀或单向阀等损坏，导致机器人换色、清洗程序不能正常执行，混色就会发生。如换色块上某种颜色的微阀不能正常关闭，油漆在压力的作用下会不断地流出，相当于常开，该颜色的油漆不断地混入当前喷涂的车身上，导致混色。清洗过程中如果存在微阀开关延迟、闭合不严的情况，如TRIG DUMP、TPVD、TRIG EB、TRIG IB、TRIG P1等微阀中的1个或几个不能正常开启时，清洗过程就不能够正常进行，管路中很容易残留上一台车身的余漆，如果下一台车身颜色和上一台车身颜色不同，在喷涂下一台车身时，机器人第一枪喷涂中会携带有管路中的余漆，造成下一台车身在第一枪的喷涂位置混色。

更换喷涂机器人的微阀可避免混色发生，但微阀价格昂贵，设备维护费用大大增加。为解决管路残留，保证喷涂质量，我们可以对机器人提前设定好预喷涂轨迹和参数，让机器人在喷涂第一枪时喷涂在车身外面，排放掉管路中残留的余漆和清洗溶剂，然后开始对车身进行喷涂，这样既能避免混色，又能减少机器人微阀更换频率，降低设备维护费用。
2.2　喷涂中夹带清洗溶剂导致缩孔
2.2.1　清洗不彻底导致缩孔

机器人清洗完成后，如果管路或者旋杯上清洗溶剂没有被压缩空气吹扫干净，就会残留在管壁或者旋杯上，在喷涂过程中，喷涂涂料就会夹带着清洗溶剂一块喷涂在车身上，如果清洗溶剂含量过大，漆膜就会出现缩孔。由于涂装生产线多采用不同的材料厂家供货，所利用的清洗溶剂和涂料可能不是同一厂家，在喷涂过程中，如果喷涂涂料中夹带的清洗溶剂含量过大，就极易产生缩孔，这种缩孔多发生在开始喷涂的位置，对颜色取向性大。增加清洗时压缩空气吹扫时间、减少清洗溶剂流量可有效缓解此类缩孔。
2.2.2　喷涂中溶剂泄露导致缩孔

1）微阀损坏导致清洗溶剂泄露

换色阀组上的微阀开关频次寿命是一定的，如果清洗程序设定的每次清洗、吹扫动作时间过短，重复次数过多的话，导致微阀开关频次太大，容易引起微阀磨损，造成喷涂质量问题，且每次清洗、吹扫时间过短，微阀启动会有一定的延迟，清洗效果不好。如果清洗溶剂微阀或者排放管路微阀损坏，存在泄漏，在机器人喷涂过程中，清洗溶剂也会喷涂在车身上导致缩孔产生。

2）清洗溶剂泄露产生缩孔

某轿车清洗溶剂采用BASF的SOV13清洗溶剂，紫晶檀颜色选用的是立邦品牌，由于立邦和BASF涂料的树脂体系差异较大，导致紫晶檀颜色在喷涂过程中，如果存在溶剂泄露的情况，紫晶檀颜色特别容易产生露底缩孔。开始阶段发生缩孔部位多集中在发动机盖、行李箱盖部位，位置较固定，色漆一站喷涂后即能发现缩孔，缩孔中心有白心；车身侧面未发现缩孔，其他颜色车身也未发现缩孔，通过对紫晶檀颜色喷板做缩孔试验，发现当清洗溶剂含量达到一定值后，试验板上有露底缩孔。因此初步判定车身缩孔是由于机器人清洗溶剂阀损坏导致溶剂泄露造成的。更换喷涂平面机器人的溶剂清洗阀后，露底缩孔消除。根据以往经验和此次缩孔状态，判定是由于色漆机器人清洗溶剂微漏，改变了油漆的表面张力所造成的。
2.3　排放管路清洗不净产生高压报警

机器人在换色时需要进行循环管路清洗，清洗后的溶剂会经排放管路回收到调漆间废溶剂回收罐内。如果清洗后排放管路清洗不干净或者压缩空气吹扫不干净，排放管路的管壁挂漆就较多，这样就会形成电流回路，从而形成漏电流，当漏电流过大时就会造成高压报警。高压报警一般不能通过复位进行解决，且容易击穿一些管路接头，造成喷涂问题。有时为避免排放管路清洗不净，有些设备厂家设置清洗程序时，清洗溶剂直接排放到废漆处理系统而不进行回收。如果直接排放掉，不仅不利于环保，而且增加废漆处理成本。较为科学的处理方法是，喷涂机器人完成清洗后，清洗溶剂经排放管路进行回收，在程序中设置单独对排放管路进行清洗和吹净，防止排放管路内壁挂漆。
2.4　旋杯清洗不净产生甩漆点

在喷涂完一台车身后，无论机器人在喷涂下一台车身时是否换色，都要进行旋杯内外清洗。如果旋杯清洗时间不够或者旋杯清洗溶剂量不足的话，杯帽上会残留上一台车身的油漆，晾干后变成漆渣，在喷涂下一台车身时，漆渣随喷涂油漆掉落在车身上，极易产生甩漆点。如果喷涂的下一台车身颜色和前面车身颜色不同，甩漆点目视明显。且这种甩漆点经烘干后，打磨困难，增加工时和砂纸定额。较为有效的方法是，清洗程序中一定要合理分配旋杯内外清洗的时间和清洗溶剂的消耗量，保证旋杯清洗效果。
3　结语

对于换色清洗产生的各种喷涂缺陷，种类繁多，需要深入分析。近年来，随着机器人喷涂技术的不断发展，以及机器人制造水平的不断提高，换色清洗消耗的时间也逐渐缩短，微阀使用寿命不断提高，涂料浪费量逐渐减少，清洗效果不断得到增强。