浅谈喷涂机器人油漆供应与气动控制使用问题及改善

文/薛海鹏

摘 要 ：对喷涂机器人 气动系统控制原理及其双组分油漆供应进行介绍 ， 针对某汽车厂喷涂机器人 在 该方面 使用 过程中 油漆返漆进入阀岛控制气通道、油漆管道爆管、清漆层表面 失光等问题进行深入探析 ， 总结现场经验 ， 提出改善方法 ， 对出现 的 问题从源头到 末端都制定 有 效 的 标准及改善对策 ， 因此 在 使用 喷涂机器人 过程中 出现长 时间、高 频次停机 的 问题得以降低 。

关键词：喷涂机器人 ；雾化器；快速排气阀；小系统；漆压力监控

0   引言

随着信息化时代 的 到 来 ， 汽车工业 开始迈向以喷涂机器人 为 核心 的 自动化生产进程 ， 用 工成本 的 上 升及严格 的 节能 环保政策 要 求使得喷涂机器人 市场迎来 快速发展期 ， 加之机器人 喷涂快速精准 的 参数控制 ， 通过平滑均匀 的 喷涂动作 ， 使过往出现 的 过度喷涂及漏喷等现象得以杜绝 ， 大 大 提升了 油漆利用 率 。 但随之而来 由于喷涂机器人 喷涂 的 精准控制及气控阀 的 快速响应 ， 加之双组分中 固化剂遇空气快速凝固 的 特性 ， 对生产过程及后期维保提出了 更高 的 要 求 ， 例如控制油漆 的 针阀气密性 要 求高 、油漆容易进入针阀 的 阀室从而返入阀岛、固化剂管路清洗不 干净造成管路凝固、阀体卡滞、计量泵出口高 压爆管或入口漆液无 介质流过导致失光等问题 。

1   双组分双系统（2×2K）油漆供应与 气动控制原理

双组分为 清漆和 固化剂 ， 双系统为 两套油漆供给控制喷涂系统 ， 由于清漆和 固化剂不 易清洗 ， 执行清洗和 注漆时间过长 ， 采用 2×2K系统可减少因换色导致 的 停线 ， 例如CC1喷涂系统 ， 当机器人 接受到 颜色改变 的 信息后 ， 机器人 控制器发送指令开始执行雾化器 的 清洗、2K注漆时间程序 ， 不 需 要 进行清漆管路及固化剂管路 的 清洗及注漆 ， 当车体由输送设备传送至预设起喷位置时 ， 机器人 自动执行喷涂程序 。

机器人 所需 的 喷涂介质包括清漆、固化剂、溶剂 ， 这 些介质均由配套 的 输调漆系统供应 ， 在 喷涂中 ， 阀岛动作打开所对应 的 气控阀从而快速地 控制固化剂清漆 ， 调用 喷涂轨迹中 相应 的 参数 ， 各自计量泵控制清漆与 固化剂流量 ， 清漆与 固化剂 的 比例为 3 ∶ 1 ， 到 达雾化器混合搅拌均匀 ， 经旋杯高 速旋转雾化喷涂到 车身表面 。

2   喷涂系统核心部件典型改善方案

复杂喷涂机器人 工艺控制系统经常出现如油漆容易进入针阀 的 阀室从而返入阀岛造成损坏、固化剂管路清洗不 干净造成管路凝固、阀体卡滞及计量泵出口高 压爆管或入口漆液无 介质流过导致失光等问题 ， 对这 些易发且影响大 的 异常现象 ， 分别从源头预防、过程管控、应急处置及人 为 保养等方面 进行优化 ， 提升系统可靠性 。

2.1   规避供漆管路中 介质反向流动

喷涂机器人 供漆系统由软管与 两位两（三）通气动阀直接相连组合而成 ， 机器人 内部安装 的 电气元件——阀岛提供了 控制气动阀所需 的 压缩空气 ， 由阀岛引出 的 控制气管与 气动阀一 一 对应 ， 直接相连 ， 控制气供给状态直接关系着阀 的 状态 ， 与 喷涂状态密切相关 。 漆液软管及控制空气软管 的 终端为 同一 气动阀 ， 原则上 要 求介质单向流动 ， 但由于设计因素制约 ， 在 异常状态下 ， 介质会 出现反向流动 ， 造成设备故障 。

由于产品设计理念与 现场设备使用 情况存 在 差异 ， 未考虑到 介质 在 管路内双向流动 的 情况 ， 故会 在 使用 时出现以下 异常现象：

1）若漆液管路与 控制气管路对应 的 气动阀密封不 良（见图1） ， 导致漆液介质流入阀室内部 ， 由于压力作用 流入控制气管路 ， 造成控制气软管堵塞（见图2） ， 无 法正常开闭气动阀 ， 会 导致喷涂压力异常 ， 轻则产生压力报警 ， 重则 有 管路受压破损风险 ， 影响生产 。

2）若气动阀泄露严重 ， 则可能 会 使漆液通过阀室逆流至阀岛内部 ， 造成阀岛损坏 ， 无 法进行正常喷涂 ， 可能 会 造成大 面 积质量问题 ， 生产中 止 ， 并造成不 菲 的 维修费用 。

通过对多次故障横向对比后发现 ， 喷涂机器人 供漆系统中 用 以控制介质输送 的 气动针阀 在 高 负荷运行状态下 运行超过3个 月 ， 就 会 出现密封不 良 的 情况 ， 具体表现为 该阀输送 的 少量介质从阀室泄露孔中 流出 ， 如果此种现象未得到 有 效处理 ， 则会 出现介质通过阀室回流至控制气管 ， 堵塞气管 ， 导致针阀无 法正常开闭 。   

为 规避供漆管路中 介质反向流进气路造成故障 的 情况 ， 将原本直通入阀室内部 的 控制气管路改造 ， 中 间加装三通 的 快速排气阀 ， 此阀可保证控制气单向流入阀室 ， 且将逆流入阀室 的 漆液导流至另一 出口 ， 杜绝漆液进入控制气管路甚至阀岛 的 风险 ， 且可用 作阀室密封不 良目视化功能 ， 改良后工作原理见图3 。

机器人 主气阀空气供给压力为 0.8 MPa ， 控制空气经增压后达到 1.0 MPa ， 气动针阀正常工作压力为 0.75 MPa ， 选取与 控制空气软管相同管径 的 快速排气阀 ， 经过现场验证后证明对输出气压无 影响 ， 因此不 会 影响针阀开闭动作 。

2.2   开发管路压力检测异常报警功能

喷涂机器人 供漆系统 在 涂料计量泵 的 进出口安装 有 压力传感器 ， 用 以实时检测涂料输送过程中 管路 的 压力 ， 但 是 由于2×2K系统应用 的 特殊性 ， 使得 在 传感器使用 上 出现了 混合使用 的 现象 ， 即2套系统分别使用 光信号传感器（O/E）与 电信号传感器（P/E）：O/E传感器检测通过光纤传导 的 光信号 ， 其使用 3.6 V锂电池驱动；P/E传感器则通过内部电阻值变化而产生 的 电压信号检测压力 ， 其使用 24 V直流电源驱动 。 使用 不 同类型 的 传感器 ， 无 法做到 同步对检测异常数值进行报警 ， 因此使用 过程中 存 在 漏报、错报 的 情况 ， 此类情况会 导致机器人 供漆管路因压力异常而爆管、造成喷涂品质批量异常（如失光） 的 事故 ， 使得系统可靠性降低 。 通过对机器人 工艺控制器中 的 系统配置进行扩展 ， 为 光/电信号压力传感器 在 底层文件中 建立公共通道 ， 实现了 压力数据与 控制器 的 实时交互 ， 并增加极值报警代码 ， 与 原 有 上 位界面 进行关联 ， 通过窗口可设定所需压力报警阈值 ， 在 生产过程中 一 旦出现管路压力过高 或过低异常情况 ， 系统可迅速停机 ， 并实时产生报警信息及启动蜂鸣器示警 ， 待异常消除后可恢复正常工作 。

2.3   开发清漆喷涂备用 小系统

2.3.1   开发背景

现 有 的 清漆系统设计无 小系统 ， 仅两套日常系统 ， 分别用 于PPG、Basf两种清漆 的 喷涂（见图4） 。 此类设计 有 一 个 弊端：如果进行新 的 清漆验证开发 ， 需清洗整个 原系统 ， 待验证结束再清洗系统重新投入原漆 ， 操作难度大 、成本高 ， 在 正常生产状态下 无 法进行 。 因此开发用 于应急、验证 的 喷涂辅助小系统非常必 要 。

2.3.2   具体实施

1）利用 隔膜泵连接形成清漆3#小系统 ， 下 方放置油漆桶 ， 将油漆管路输出端连接至机器人 本体备用 操纵阀处 。 接通空气作为 隔膜泵动力来 源 ， 内循环可测试泵循环运行状态（见图5） 。

2） 在 机器人 控制中 加入配置 ， 通过控制不 同 的 阀号 ， 可实现小系统 的 自动控制 ， 功能 及控制完全等同于原设计中 的 两套系统 。

2.3.3   效果验证

1）模拟测试并喷车 ， 加入HMR清漆进行喷涂测试 ， 确认系统可正常运行 ， 并进行了 多轮HMR清漆喷涂调试；2）新开发系统可作为 验证系统 ， 与 正常系统无 缝切换 ， 在 正常量产系统故障 的 情况下 可作为 应急系统保障生产 。

综上 ， 通过具体 的 设计、安装及调试 ， 确认该套方案完全具 有 可行性 。

2.4   规范人 员保养方式

雾化器 是 喷涂系统 的 执行机构 ， 其结构复杂 ， 涉及 的 阀组较多（见图6） ， 保养过程中 需 要 根据现场 的 使用 中 遇到 的 一 些问题和 故障（雾化不 良、转速报警、漏液等） ， 做出验证性 的 改善 ， 并逐渐总结出雾化器标准化 的 保养方式和 保养周期 。

值得注意 的 是 保养 的 周期和 保养方式 的 拟定需根据多方面 的 因素来 决定 ， 例如产量、通过介质 的 特性、喷涂过程中 的 部件使用 频次等 。 设备保全人 员 在 保养时应注意以下 几点：

1）法兰连接雾化器与 机器人 ， 保养时目视检查连接功能 是 否正常 ， 密封圈 有 无 缺失破损 ， 气密性 是 否完好 。

2）连接块连接法兰与 雾化器 ， 保养时目视检查通道 是 否 有 污染、堵塞 ， 密封功能 是 否正常 。

3）阀块 是 一 组两位两通阀 ， 由供路和 回路组成 ， 其数量由车间 的 颜色个 数决定 ， 保养时重点检查针阀回弹 是 否顺畅 ， 密封填料 有 无 泄漏 ， 可先通过目视检查漏气或者漏漆 ， 其次检查针阀 的 磨损状态和 气密性 ， 阀室通道 有 无 堵塞 ， 如果存 在 异常及时清理更换 。

4）60°弯头提供了 材料向下 传输 的 通道 ， 应保证通道 的 畅通 ， 保养时用 目视 的 方式检查 有 无 残留油漆 ， 并检查通道连接处密封件 的 磨损状态 ， 再检查通道连接处 的 气密性 。

5）操纵阀连接上 部传输 的 材料 ， 并且包含快速清洗 的 溶剂阀和 脉冲空气阀 ， 保养时目视检查通道 的 畅通和 针阀功能 的 完好 ， 特别注意针阀安装基座 是 否 有 磨损 。

6）漆液管主针位于漆液管内部 ， 控制着材料输送 的 通断 ， 检查主针 的 功能 状态 是 否正常 ， 清理主针黏附 的 油漆 ， 并检查主针座 的 气密性 。

7）涡轮提供了 喷涂 的 转速 ， 保养检查涡轮功能 的 正常、轴向无 晃动、气密性良好 ， 反射盘干净、功能 正常、光纤镜面 无 破损 。

8）杯盘保养时应检查分配盘 有 无 堵塞 ， 杯盘内部 有 无 划痕 ， 若 有 异常及时更换 。

3   结语

在 喷涂机器人 应用 日益普及 的 今天 ， 生产中 保证高 效、稳定运行尤为 重 要 。 由于产品、材料、节拍、环境等因素 ， 每个 现场都会 遇到 不 同 的 问题 ， 抓住问题 的 根本 ， 不 断优化制定改善对策 ， 才能 提升设备 的 稳定性 。

（作者：薛海鹏，冀南松，穆浩男，张博，王磊。宝鸡吉利汽车部件有限公司）

（文章来源：现代涂料与涂装）