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，陕西 宝鸡 721000）
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。
详情见《现代涂料与涂装》2021-1
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